Schöne Unschärfe für Portraits: So funktionieren Bokeh-Effekte im Smartphone

Von Schärfe und Unschärfe in Kameras

Zunächst möchte ich das Konzept von Schärfe und Unschärfe erklären. Wie tief der scharfe Bereich ist, hängt von zwei Kameraparametern ab: von der realen Brennweite der Optik und – vereinfacht gesagt – vom Durchmesser der Linse.

Fangen wir mit dem Durchmesser an. Dafür betrachten wir das Kameraobjektiv ganz vereinfacht als eine einzelne Linse. In der nachfolgenden Grafik befindet sich das Motiv links von der Linse. Je größer der Durchmesser dieser Linse nun ist, desto schneller driften die Lichtstrahlen im Strahlengang der nachfolgenden Grafik auseinander. Gegenstände außerhalb des Fokus werden dann nicht mehr punktförmig, sondern mit zunehmendem Linsendurchmesser als immer größere Kreise abgebildet. Sobald einer dieser Kreise auf dem Sensor größer ist als ein einzelner Pixel, ist der jeweilige Bildteil nicht mehr scharf.

Neben dem Durchmesser der Linse spielt auch die Brennweite der Optik eine Rolle. Je höher die Brennweite, desto kleiner ist der scharfe Bereich. Was Ihr bei Smartphones als beispielsweise 24 oder 26 Millimeter aus dem Datenblatt kennt, ist nicht die echte Brennweite der Objektive. Angegeben wird hier die sogenannte (Kleinbild-)Äquivalent-Brennweite. Diese beschreibt jene Brennweite, die ein Objektiv an einer Kamera mit 36 x 24 mm großem (riesigen!) Kleinbild-Sensor haben müsste, um den gleichen Bildwinkel zu haben wie die Objektiv-Sensor-Kombination Eures Smartphones. Die realen Brennweiten der Weitwinkelobjektive von Smartphones liegen eher im Bereich von 3,0 bis 8,0 Millimetern. 

Angesichts der Mini-Linsen und winzigen Brennweiten wird klar: Bei Smartphones ist die Schärfentiefe immer sehr groß. Da hilft es auch nicht, dass Smartphones mit ihren winzigen Pixeln kleinere Zerstreuungskreise haben als Spiegelreflexkameras. Einen Einflussfaktor auf die Schärfentiefe habe ich hier bewusst außen vor gelassen: die Entfernung zum Motiv – je geringer diese ist, desto selektiver ist die Schärfentiefe. Den Effekt werden die meisten von Euch schon bei Makrofotos mit dem Smartphone beobachtet haben.

Viel CPU statt großem Objektiv

Was Smartphones allerdings bieten, ist jede Menge Rechenpower, um die Effekte per Bildbearbeitung nachzuahmen. Grundsätzlich funktioniert das immer so, dass die Kamera Vorder- und Hintergrund voneinander unterscheidet und dann gezielt den Hintergrund weichzeichnet. Je sauberer dabei Motiv und Hintergrund voneinander getrennt sind, desto überzeugender der Effekt. Wie diese Trennung funktioniert, dazu komme ich gleich noch im Detail.

Typische Schwachstellen sind dabei Feinheiten wie beispielsweise abstehende Haare, die zusammen mit dem Hintergrund weichgezeichnet werden. Und auch Glas stellt die Bokeh-Funktionen immer vor Probleme: In den meisten Fällen werden Brillengläser von portraitierten Personen dem Vordergrund zugerechnet, der durch die Brille sichtbare Hintergrund jedoch dann nicht weichgezeichnet, wie es bei einem "echten" optischen Bokeh-Effekt der Fall wäre.

Ganz neu sind diese Smartphone-Experimente mit Tiefenunschärfe nicht. Bereits das HTC One (M8) oder auch diverse Nokia-Geräte mit Windows Phone (Ruhe in Frieden) brachten Bokeh-Effekte auf die Bilder. Allerdings waren damals weder die Bildqualität noch die Verarbeitungsgeschwindigkeit gut genug, sodass der endgültige Durchbruch erst in den vergangenen drei Jahren gelang. 

Wie heute auch fanden beim angesprochenen HTC One (M8) und bei den Nokia-Geräten unterschiedliche Ansätze Verwendung, die wir beide auch heute noch in ganz ähnlicher Form in aktuellen Smartphones finden. Auf die Unterschiede und deren Vor- und Nachteile möchten wir im nachfolgenden eingehen. Abgesehen von LG gibt es von allen großen Herstellern inzwischen Devices mit Bokeh-Funktion. 

Mehrfach-Kamera für Bokeh-Effekte

Wie der Dual-Kamera-Pionier HTC One (M8) setzen auch heute viele Smartphones auf eine Doppel-, Dreifach oder sogar Vierfach-Kamera, um eine Tiefenkarte der abfotografierten Szene zu errechnen. Analog zum Gehirn und den beiden Augen nutzt das Handy hier den Versatz der Objektive. Auf die so als Hintergrund identifizierten Bildteile wendet die Software einen Weichzeichner an.

Gleiche Brennweiten

Die Dual-Kameras von Huawei, Honor, Nokia und Motorola setzen auf jeweils gleiche Brennweiten bei beiden Sensoren. So steht die Bokeh-Funktion für Weitwinkel-Fotos zur Verfügung. Bei den günstigeren Doppel-Kamera-Modellen, etwa dem Honor 10 Lite, löst die Zweitkamera lediglich 2 Megapixel auf. Ihr einziger Zweck ist also die Erzeugung einer Tiefenkarte.

Die Flaggschiffe dagegen finden noch einen weiteren Einsatzzweck für die Kamera als "nur" Bokeh: Beim Huawei P20 Pro etwa schießt der zweite Sensor hochauflösende Schwarzweißfotos, um die RGB-Aufnahmen der Hauptkamera mit zusätzlichen Helligkeitsinformationen zu unterfüttern. Das soll insbesondere beim Einsatz des digitalen Zooms die Bildqualität verbessern. Und manche Hersteller, *hust Samsung hust*, verbauen gleich drei oder sogar vier Kameras in ihren Smartphones.

Unterschiedliche Brennweiten

Immer mehr Smartphones, darunter auch das oben abgebildete Huawei Mate 20 Pro, setzen auf unterschiedliche Brennweiten bei den beiden Optiken, um dem Fotografen sowohl Panoramafotos zu möglichen als auch entfernte Objekte nah heranzuholen. Ein Bildausschnitt aus der Weitwinkel-Kamera hilft dann beim Tele-Foto, die Tiefenkarte zu generieren. Andersherum funktioniert das jedoch nicht, und dann steht im Weitwinkel oft keine Bokeh-Funktion bereit. Diese Einschränkung dürfte in der Praxis nicht tragisch sein. Für Porträt-Fotos liefern die höheren Brennweiten des Tele-Moduls nämlich ohnehin schönere Ergebnisse. 

Sonderfälle

Vereinzelt finden sich auch Experimente mit aufwändigeren Kamera-Systemen, bei denen nicht aus dem Versatz der beiden Objektive eine Tiefenkarte ermittelt wird. Die Front-Kamera der aktuellen iPhones beispielsweise projiziert ein Infrarot-Punktmuster auf die Umgebung und kann so nicht nur das Gesicht des Nutzers erkennen, sondern diesen auch sauber von der Umgebung freistellen. 

Einen Schritt weiter geht noch das Honor View20, das eine Time-of-Flight-Kamera neben der Hauptkamera integriert hat. Diese scannt mit einem Infrarotlaser den Raum ab und fängt das zurückgeworfene Licht mit einem Spezialsensor ein, was deutlich präzisere Ergebnisse liefern soll.

Bokeh-Effekte mit nur einem Objektiv

Den Effekt kennt Ihr bestimmt: Haltet Ihr Euch ein Auge zu, funktioniert Eure Tiefenwahrnehmung nur noch eingeschränkt. Wie schaffen es also Smartphones, mit nur einer Linse Vorder- und Hintergrund voneinander zu unterscheiden? 

Für die zuvor erwähnten Windows Phones gab es damals eine App namens Refocus. Hier schossen die Handys einfach Fotos mit unterschiedlichen Fokuspunkten, und mit einem Fingertipp konnte der Nutzer dann auswählen, welche Bereiche scharf sein sollen. Das hat zwar ganz gut funktioniert, war aber sehr langsam und damit nur eingeschränkt praxistauglich. Heutzutage sind sowohl Hard- als auch Software weiter – und daher klappt’s auch ganz ohne Fokus-Reihen.

Das Google Pixel 3 bietet einen Bokeh-Effekt mit einer einzelnen Linse. Hier hilft ein Feature des Bildsensors IMX363, nämlich der Dual-Pixel-Autofokus. Hier ist jeder einzelne Bildpunkt auf dem Sensor in zwei Hälften unterteilt. Wie bei den Dual-Kameras ist es so möglich, zwei leicht versetzte Bilder zu generieren. Die technische Umsetzung ist allerdings komplexer als bei zwei einzelnen Sensoren, da der Versatz nicht im Zentimeter-Bereich liegt, sondern dem halben Objektivdurchmesser entspricht. Die aktuelle Pixel-Generation kombiniert hier eine ganze Serie von Fotos für die Tiefenkarte und setzt zusätzlich auf AI-gestützte Bildanalyse.

Und Ihr so?

Es gibt also eine ganze Reihe verschiedener Möglichkeiten, auch mit den kleinen Bildsensoren und Mini-Objektiven von Smartphone-Kameras Aufnahmen mit stimmungsvoller Hintergrundunschärfe zu knipsen. Welchen Ansatz wünscht Ihr Euch denn für Euer nächstes Smartphone? Lasst uns in den Kommentaren über die Vor- und Nachteile diskutieren!