Las cámaras de enfoque completo

Ayer nuestro blog hermano de Nokia Conversations publicó un post de Damian Dinning, el gurú de la imagen en Nokia y quien ha participado muy activamente en los últimos meses no sólo en los laboratorios de desarrollos de nuevos productos, sino asumiendo el rol de vocero altamente calificado para compartir secretos y trucos de un mundo que nos apasiona a todos, la fotografìa y el video. Siendo Nokia el mayor fabricante de cámaras digitales del mundo (por las que introduce en sus equipos), es entonces considerable leer todo lo que Damian tiene para contarnos. Por ello traducimos su nota y compartimos con todos ustedes su visión sobre las nuevas cámaras “full focus” (enfoque completo) usadas por Nokia.

Como alguien que se pasa gran parte de todos los días leyendo y participando en Twitter, foros de discusión, blogs de tecnología, etc, siguiendo las reacciones a las nuevas introducciones del Nokia E7, el C7 y el C6, considero que es pertinente tomar tiempo para explicar la tecnología de las cámaras de foco completo utilizadas en estos productos.

El gran error es considerar algo como esto: baja tecnología = barato = pobre rendimiento. Bueno, espero tengan algo de tiempo para explicarles más y explorar cuáles son tus consideraciones al respecto…

Las cámaras de fixed focus (foco fijo) no tienen componentes móviles y presentan oportunidades en la disminución de costos. Eso es cierto. Sobre la base de estos antecedentes, puedo entender por qué la gente llega a tales conclusiones. Después de todo, las cámaras de foco fijo han existido por años, ¿no? y siempre han utilizados en los productos baratos y aburridos, ¿verdad?.

Sin embargo, la única similitud entre las cámaras de foco fijo de los días pasados y las cámaras de enfoque completo de Nokia es que no tienen elementos móviles en sus lentes.

¿Qué pasa con las cámaras de “autofocus” (enfoque automático)? Vamos a empezar admitiendo que los mecanismos que existen en los módulos de enfoque automático son increíblemente complejos, con elementos de lentes en movimiento en sistemas increíblemente compactos gracias a una ingeniería de alta precisión que tienen que ser desarrollada y analizada usando microscopios de electrones. Sin embargo, apartando la mecánica, se podría fácilmente argumentar que las cámaras de enfoque completo son en realidad más complejas que las cámaras de enfoque automático. Pero antes de llegar a eso, vamos a explicar por qué hemos desarrollado estas cámaras de enfoque completo.

La necesidad es la madre del enfoque completo

Hace algunos años, tomamos conciencia de la necesidad de contar con módulos de cámara cada vez más pequeños. Como los dispositivos móviles estaban admitiendo en su desarrollo muchos más componentes, cada uno de ellos con el tiempo tendría que ser progresivamente miniaturizado. Además de esta tendencia, podíamos ver la frustración para los usuarios ocasionales con dispositivos móviles donde el uso es cada vez más espontánea. (NDR: pensemos en esos momentos no planificados donde necesitamos contar con un dispositivo que no tenemos a mano… siempre esperamos poder tenerlo disponible en nuestro teléfono. A veces pensamos que nuestros equipos deben ser como unas navajas suizas. Para poder llegar allá hay una gran tecnología en introducir todo ello en estas pequeñas carcazas que caben en nuestro bolsillo).

Por lo tanto, era vital desarrollar cámaras que pudiesen utilizarse rápidamente y con menos problemas que las cámaras de enfoque automático de la época – siendo más pequeñas, también. Por estas razones esenciales, hemos desarrollado las cámaras de enfoque completo para ser utilizadas ampliamente en todo nuestro portafolio a fin de ofrecer el mejor balance entre rendimiento y conveniencia de la operación a los usuarios de estos dispositivos.

Éstos son los beneficios únicos de estas cámaras:

1. Con una cámara Nokia de enfoque completo puedes fàcilmente capturar momentos sin el temor que las imágenes o videos estén fuera de foco para los sujetos u objetos que se encuentren desde 50 cm hasta el infinito, independientemente de las condiciones de iluminación o la ubicación de sujeto en el cuadro, etc.

2. No hay necesidad de perder tiempo esperando el enfoque automático. A pesar que el Nokia N8 cuenta con el enfoque automático más rápido de cualquier móvil en sólo 350 ms (promedio), sigue siendo un retraso.

3. Todo lo que esté desde aproximadamente 50 cm hasta el infinito en la misma foto / vídeo aparece en foco. De aquí deriva el nombre de “enfoque completo”. Las cámaras convencionales tienen menos profundidad de campo que las cámaras de enfoque completo y por ello los objetos distantes se ven borrosos. Los fotógrafos más experimentados podrán – por supuesto – preferir el juego con estos efectos. Sin embargo, para la gran mayoría de los que toman las imágenes es más atractivo encontrar todo en foco.

4. Módulos de cámara más pequeños – que conducen a diseños de productos más delgados.

Entonces, ¿qué hace esto posible?

Hay dos elementos principales que hacen posible la existencia de las cámaras Nokia de enfoque completo. En primer lugar, el diseño de lentes complejos y segundo el procesamiento de imágenes altamente sofisticado. Echemos un vistazo a estos dos con más detalle.

Diseño de lentes complejo

Es justo decir que en Nokia, hemos estado presionando en el diseño de lentes mas allá de lo que las personas hubiesen pensado que era posible hace sólo algunos años. La última generación de cámaras de enfoque completo utilizadas en el Nokia E7, el C7 y el C6 utiliza un diseño plástico de cuatro elementos en sus lentes. Algunos van a decir en este momento “de plástico, puaj! te lo dije, son lentes baratos”. Pero la realidad es que el diseño de los lentes actuales es tan complejo que no pueden ser producidos masivamente en vidrio. Es más, el referirse a ellos simplemente como ‘plástico’ es sumamente injusto para los diseñadores.

Para los cuatro elementos del lente de los módulos de estas cámaras de enfoque completo se utilizan tres diferentes polímeros. Cada uno seleccionado basándose en el diseño de cada elemento del lente. Por ejemplo, la forma en que el polímero se comporta en los moldes de alta precisión del lente influirá en las características ópticas. Por esta razón, el diseñador del lente utiliza diferentes polímeros dependiendo de sus necesidades de enfriamiento del material, la precisión de la superficie, las tensiones internas, etc, etc. Todo ello debe ser equilibrado en el marco del diseño de la lente.Y a este nivel todavía no consideramos las características de rendimiento como el índice de óptica, las propiedades de dispersión de la luz, así como las posibles aberraciones de la desviación cromática.

Borroso para la claridad

Podrá sonar extraño, pero una de las funciones principales de estos diseños de lentes complejos es desenfocar la imagen. Sí -has oído bien- hablamos de desdibujar la imagen, pero no pienses que es tan básico como untar vaselina en el lente para obtener un efecto difuso: se trata de un estricto control de imágenes borrosas.

Los lentes convencionales tienen una superficie esférica. Esto significa que la curvatura del lente a través de la superficie es radial. Dichos lentes hoy en día son fáciles de producir. El siguiente paso en la evolución lo constituyen los lentes asféricos. Aquí el radio de la curvatura cambia a medida que nos movemos desde el centro del lente hacia el exterior. Estos requieren de procesos de fabricación de alta precisión y han sido decisivos para permitir componentes ópticos mucho más pequeños y más complejos. Por citar sólo un ejemplo, todos los lentes utilizados en el Nokia N8 son asféricos.

El diseño de lentes de enfoque completo es aún más complejo pues requerimos de superficies nunca antes vistas. La superficie de curvatura cambia muchas veces mientras nos movemos desde el centro hacia el borde del lente. La fabricación de lentes convencionales simplemente no puede ser usada para el diseño de estos. La única manera de producirlos es moldeándolos. Para los procesos convencionales de moldes se trabaja con tolerancias que son medidas a menos de unas pocas milésimas de milímetro. Pero en el caso de estos lentes especiales, los márgenes de tolerancia tiene que ser aún mayores.

Hace tres o cuatro años, simplemente no era posible producir en masa lentes con una precisión tan alta. Ha sido Nokia quien fundamentalmente ha logrado dar con la fórmula para hacer posible la producción de geniales cámaras de enfoque completo. Pero esto es sólo una parte de la historia. Y si conoces algo acerca de la fabricación de lentes sabes con certeza que los aumentos de precisión elevan los costos y no los reducen como se esperaría. Pero éste es un costo necesario para crear estas cámaras.

Agregue la salsa secreta

Lo que tenemos ahora es una imagen sutilmente borrosa. Por ello la siguiente etapa es el procesamiento de imágenes de alta complejidad para convertirlas en una imagen o vídeo que logre definir todo lo que está enmarcado desde 50 cm hasta el infinito y que además quepa en dispositivos super delgados como los nuevos E7 y C7.

Por desgracia, no puedo entrar en demasiados detalles de cómo ocurre esta transformación pues estos procesos están clasificados como secretos. Sin embargo, puedo decirles que a pesar de no haber elementos de lente en movimiento se usan algoritmos que digitalmente y dinámicamente procesan el foco de la imagen. Es así como los objetos que se encuentran a diferentes distancias tienen una influencia dinámica en el procesamiento de imágenes que deben ser realizadas de forma individual. Como resultado, cada imagen se procesa de acuerdo con el contenido único, en lugar de usar un algoritmo genérico. (NDR: es decir, cada fotografía que tomamos genera sistemas de procesamiento diferentes. Así como cada momento es único, también lo es el sistema de su captura. Es como si tuviéramos una cámara diferente para cada click).

Los datos de captura abandonan el módulo de la cámara -habiendo sido difuminados y luego retrabajados para definirlos de nuevo- y pasan al procesador de imagen. Aquí, el tratamiento de la imagen es más convencional a los que conocemos como la corrección de color, etc. Esto significa además que tenemos optimización de la imagen en el módulo de la cámara y también en el procesador de imagen.

El simple manejo de las capturas en el procesador de imágenes es lo suficientemente complejo para tener un buen resultado, pero requerimos asegurarnos que el procesamiento de datos combinado nos de la mezcla perfecta. A menudo, puede que tengamos que hacer más optimizaciones en el procesamiento módulo de la cámara que a su vez generará una reacción en cadena a la optimización convencional en el procesador de imagen.

Pero después de todo, nuestro objetivo es poder ofrecer sistemas que te permitan obtener imágenes o videos con todo en foco desde los 50 cm hasta el infinito con la simplicidad de apuntar y hacer click. Simple en la superficie, pero masivamente complejo en los detalles.

Visto en Nokia Conversaciones.