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Así funciona el enfoque PDAF, uno de los sistemas de enfoque más veloces y precisos del mundo móvil

Así funciona el enfoque PDAF, uno de los sistemas de enfoque más veloces y precisos del mundo móvil
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Dado que las cámaras se han convertido, sin prisa pero sin pausa, en uno de los componentes más apreciados y cuidados de todo teléfono móvil moderno, es lógico que los fabricantes no dejen de innovar en este campo. O, en casos como el que nos ocupa, que no duden en importar fórmulas que ya funcionan en otros cambios. El caso que nos trae aquí es uno de ellos, el del sistema de enfoque PDAF, siglas que resumen el Phase Detection Auto Focus. O enfoque por detección de fase.

Este sistema se encuentra entre los más veloces y precisos del mundo móvil, por detrás del enfoque por láser o el que proporcionan los sensores TOF 3D para lecturas de profundidad, pero es sin duda el más extendido de todo el mercado. Y la razón es que es el propio sensor del teléfono el que ya cuenta con el sistema incorporado, sin necesidad de echar mano de ayudas mecánicas como en el caso del enfoque por láser. Te contamos cómo funciona.

Qué es el enfoque por detección de fase

En el mercado del móvil, lógico heredero del mundo de las cámaras fotográficas tradicionales, y cada vez más del más ligado al sector profesional, hay distintos modos de enfoque disponibles. Tenemos el enfoque por contraste, algo lento, o el enfoque por láser, que necesita un dispositivo concreto acompañando a la cámara. O incluso el enfoque con sensores Dual Pixel, aunque aquí hablaríamos de dos fotografías simultáneas para otros fines. Pero la detección de fase es uno de los más comunes, y no está de más explicar cómo funciona exactamente.

En el enfoque por detección de fase, o PDAF por sus siglas anglosajonas, el sensor se centra en detectar transiciones de luz en la propia escena capturada. Bien por los bordes de los objetos contenidos en la misma, ya estén en primer plano o en el fondo, o por las texturas de los propios objetos. Como líneas que crucen la imagen. Básicamente, buscan una detección de contraste, aunque no debemos confundir este PDAF con el propio enfoque por contraste, cuyo funcionamiento es más complejo y lento.

Pdaf Imagen de PhotografyLife
Las figuras 1 a 4 representan condiciones en las que el objetivo está enfocado (1) demasiado cerca, (2) correctamente, (3) demasiado lejos y (4) demasiado lejos. En los gráficos se puede ver que la diferencia de fase entre los dos perfiles se puede usar para determinar no solo en qué dirección, sino también cuánto cambiar el enfoque para lograr un enfoque óptimo. Tenga en cuenta que, en realidad, la lente se mueve en lugar del sensor. Explicación de Photography Life.

El enfoque PDAF o de detección de fase permite determinar la distancia focal correcta con una sola exposición

Dado que este enfoque por detección de fase se centra en buscar diferencias de contraste en la escena, no funciona del todo bien cuando la luz de la escena se reduce, ya que en ausencia de luz todos los tonos se acercan entre sí, llegando algunos a fundirse, y para el sensor se hace mucho más difícil localizar estas zonas de ruptura de la luz. También ocurre cuando fotografiamos, valga la redundancia, objetos con poco contraste.

Y para operar con este sistema de enfoque automático de las cámaras de los móviles sólo necesitaremos una cosa, fundamental aunque muy extendida, y es que el propio sensor ya tenga incorporado el sistema. Por eso es, tal vez, el más extendido, pues no siendo el más veloz sí es el más fácil de encontrar. Raro es el teléfono móvil que no soporta este tipo de enfoque, y la razón es que muchos sensores están construidos para él. Para entenderlo, te mostramos cómo funciona.

Cómo funciona el enfoque por detección de fase

Como ya hemos comentado en varias ocasiones, los sensores más extendidos del mundo fotográfico en general, no sólo en los móviles, son los sensores RGB. Salvo excepciones, como los SuperSpectrum RYYB estrenados por Huawei en sus últimos P30, y algún que otro modelo que juega a variar los colores de los fotositos, claro está. Pero podemos afirmar que, salvo contadas excepciones, el mundo fotográfico es RGB. Aunque no es del todo exacto, pues en realidad tendríamos que hablar de RGGB.

Los sensores de las cámaras fotográficas están divididos en píxeles, y el tamaño de éstos determina la cantidad de luz que son capaces de obtener de la escena fotografiada. Pero hay una subdivisión más, la de los fotositos. Cada pixel cuenta además con cuatro fotositos o fotodiodos, pequeños sensores individuales que cuentan con filtros de luz específicos para dejar pasar un espectro de la luz blanca y no los demás. Así, nos encontramos con filtros para dejar pasar el rojo, para dejar pasar el verde y para dejar pasar el azul. De ahí el R(ed)G(reen)B(lue).

El sistema RGGB es el más implantado aunque ya hay pruebas con alternativas, como los RYYB que Huawei y Leica han puesto en los P30 y P30 Pro

Los intermedios, sin embargo, llegan duplicados pues la luz verde es la que más información es capaz de captar en este tipo de sensores (de ahí que Huawei y Leica hayan sustituido el verde por el amarillo, para ampliar aún más esta captación). Así que dado que tenemos cuatro fotositos y dos de ellos están repetidos, RGGB, son estos fotositos verdes los "sacrificables" a la hora de embeber el sistema de enfoque PDAF en el propio sensor fotográfico.

Mediante este sistema, que no es más que una forma de construir el sensor para posteriormente aprovecharlo mediante software, se sitúan parejas de fotositos de forma que operan como los ojos de un ser humano o de cualquier otro animal. Animal que tenga dos ojos, claro está. Así, se sacrifica un fotosito verde para enmascar uno de estos "ojos" que se emparejan entre sí. Y no hay unos pocos sino muchísimos esparcidos por todo el sensor fotográfico.

Enfoque PDAF Matriz RGGB con simulación de los píxeles verdes "sacrificados" para los "ojos" detectores de contraste

Así, cada uno de estos "ojos" se encarga de determinar la distancia focal correspondiente a lo que estamos encuadrando en la escena, y todo ello de forma automática. La razón es que cada uno de ellos lee un punto concreto de la imagen y, en el momento en que se caza una diferencia de contraste, se determina la distancia a la que está el objeto. Multiplicamos esta detección por cada pareja de "ojos" que captan diferencias de contraste y ya tenemos ahí la velocidad y eficiencia de este sistema de enfoque automático. Y una vez detectada la distancia focal, la lente interna ya puede moverse al punto correcto.

Con este sistema PDAF se puede detectar esta diferencia de fase en un único paso, a diferencia de sistemas de enfoque más antiguos como el enfoque por contraste, que requerían de varias tomas para llegar al mismo punto. ¿Qué suele ocurrir? Que no es extraño que se emplee una mezcla entre ambos, aunque esto no se ve a menudo en el móvil. El enfoque PDAF es el encargado de realizar el primer enfoque a alta velocidad, y el enfoque por contraste determina posteriormente si hay que realizar alguna corrección sobre el mismo. Sin embargo, este segundo enfoque se realiza de forma silenciosa y no lo percibimos, pues cuando disparamos la imagen ya está correctamente enfocada.

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