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

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

Mehr als zwei Jahrzehnte lang waren die Regeln der Digitalfotografie klar: Ein kreatives Spiel mit der Schärfentiefe ist nur mit großen Bildsensoren und entsprechend teuren Kameras möglich. Nun wirft die sogenannte Computational Photography alles über den Haufen. Mit Hilfe von ausgefeilten Algorithmen, Kamera-Arrays und teilweise sogar Infrarot-Lasern schicken sich die winzigen Smartphone-Bildsensoren an, sogar digitale Spiegelreflexkameras zu übertrumpfen. Wie? Das lest Ihr in diesem Artikel.

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Ein unscharfer Hintergrund lenkt den Blick des Betrachters auf das abgebildete Subjekt. Diese Unschärfe nennt man „Bokeh“; nach dem japanischen Wort für „verschwommen“. Häufig heißt der Bokeh-Modus auch Portrait-Modus, da er sich besonders für Porträt-Fotos eignet. / © AndroidPIT

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.

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Hier haben wir der Einfachheit halber eine unendliche Motiventfernung angenommen, daher sind die ankommenden Lichtstrahlen parallel. Je größer das Objektiv ist, desto geringer ist die Toleranz, bis die Größe der einzelnen Pixel auf dem Sensor (3) überschritten ist. Bei einem kleinen Objektiv (2) verlaufen die Lichtstrahlen von einem bestimmten Punkt paralleler als bei einem großen Objektiv (1). / © AndroidPIT

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.

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Manche Smartphones aktivieren dank „AI” automatisch den Portrait-Modus mit Bokeh-Effekt, sobald sie ein Gesicht vor der Linse erkennen. / © AndroidPIT

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.

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Brillengläser oder feine Details stellen Bokeh-Modi oft vor eine unlösbare Aufgabe. / © AndroidPIT

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. 

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Viel hilft viel? Manche Smartphones schaffen mit nur einer Linse ordentliche Bokeh-Effekte, beispielsweise die Pixel-Smartphones von Google. Samsung dagegen setzt beim aktuellen A9 auf ganze vier Objektive. / © AndroidPIT

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.

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Mehr Flexibilität: Beim Huawei Mate 20 Pro gibt es eine Weitwinkel-Kamera, eine Standard-Cam und ein Tele-Objektiv für entfernte Motive. / © AndroidPIT

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. 

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Fünf Kameras, fünf unterschiedliche Brennweiten / © AndroidPIT

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.

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Das erste Smartphone mit Time-of-Flight-Kamera war das Lenovo Phab2 Pro, das bereits Ende 2016 vorgestellt wurde. Den Durchbruch wird die Technologie im Smartphonebereich vermutlich erst 2019 mit fortschrittlicheren VCSELs erlangen. / © AndroidPIT

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.

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Googles dritte Pixel-Generation zaubert auch mit einem einzelnen Sensor Bokeh-Effekte aufs Bild. / © AndroidPIT

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!

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35 Kommentare

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  • Wenn es um das Bokeh geht, kann das Smartphone nicht gewinnen. Eine "errechnete" Unschärfe ist nicht so schön wie die Unschärfe einer großen Linse kombiniert mit einem großen Sensor. Da lasse ich nicht mit mir diskutieren, zumal es wahrscheinlich bei jedem Handybild falsche Zuordnungen gibt, welche Bereiche weichgerechnet werden und welche nicht. Das wurde im Artikel ja auch klar dargestellt.
    Das heißt aber nicht, dass das Smartphone nicht auch gute Bilder machen kann. Im Alltag ist ja immer diejenige Kamera die Beste, die man gerade dabei hat. Aber im Detail, bei sorgfältiger Analyse, wird der Kenner zuverlässig das DSLR-Bild vom Handybild unterscheiden können. Da bin ich mir sicher.


  • Richtig fotografieren macht mit einem Smartphone keinen wirklichen Spaß. 5 Linsen hin oder her. Auch heute noch kommt so ein Smartphone nicht an eine richtige Kamera ran. Will man echt schöne Momente in der Natur auf Bild festhalten braucht es eine gute Kamera und kein Smartphone.


    • Was ist richtig fotografieren? Wenn man eine fette Sony, Canon, Nikon in der Hand hat? Kaum einer wird sich mit den manuellen Einstellung a la Blende und Belichtungszeit herum schlagen oder gar Analog fotografieren. Die Automatik lässt sich schon fast mit der AI im Smartphone vergleichen.

      Schlussendlich sind schöne Bilder relativ. Denn es gibt genug unterdurchschnittliche Bilder die auf einer 2000€ Kamera eingefangen wurden und vom Smartphone geschossenen Bilder die auch ohne Nachbearbeitung äußerst professionell und ästhetisch wirken.

      Meiner Meinung nach ist aktuell nur das Lowlight-Verhalten ein Manko. Ansonsten ist die Bildqualität gerade in der Oberklasse sehr gut.

      Delia


      • Digitalkameras sind dem Smartphone immer dann überlegen, wenn sie eine Eigenschaft aufweisen, die Handykameras schon aus Platzgründen nicht bieten können. Dazu gehört etwa ein optischer Sucher, ein Zoom mit großem Brennweitenumfang, Wechselobjektive oder ein großer Bildsensor und ein Blitz der einen ganzen Raum richtig ausleuchten kann.


      • Diesbezüglich muss ich dir Recht geben, dass je nach Situation eine ordentliche Digitalkamera klar überlegen ist. Aber dadurch ist man kein besserer Fotograf.


  • Bokeh, Anzahl der Linsen, Sensorgröße, Auflösung, HDR hin oder her. Ich wünsche mir eine Linsenlose Kamera... die Marktreife lässt sich wohl noch einige Jahre warten


  • Früher hieß das noch "Makro"


  • Tim vor 8 Monaten Link zum Kommentar

    „Viel hilft viel? Manche Smartphones schaffen mit nur einer Linse ordentliche Bokeh-Effekte, beispielsweise die Pixel-Smartphones von Google. Samsung dagegen setzt beim aktuellen A9 auf ganze vier Objektive.“
    Der Vergleich hinkt enorm...
    Mehrere Kameras sind NICHT nur ausschließlich für Bokeh-Modi da. Nur Google denkt so beschränkt.
    Von den vier Kameras des A9 sind nur zwei für den Bokeh-Modus da und nicht alle vier...


  • Gefällt mir der Bericht 👍


  • Es hat sich was getan. Die Softwarelösungen arbeiten deutlich besser und und bei klaren Freistellungen sind die Ergebnisse bei Betrachtung über das Display mehr als brauchbar.
    Aber man darf sich nichts vormachen, das Bokeh, das über die Optik erzeugt wird hat ein ganz anderes Kaliber. Scharfes Auge mit sanft abnehmenernder Schärfe zum Ohr hin. Dazu eine Auflösung bei der man die feinen Härchen auf der Wange sieht...
    Ist das Objekt nicht sauber vom Hintergrund getrennt, bspw. sitzende Person auf dem Boden ist ein Arm der nach vorn gestreckt ist, dann ist die Software chancenlos.

    Aber es gibt Momente da muss sich auch eine Vollformat DSLR geschlagen geben. Eines
    meines besten Fotos dieses Jahr ist mir mit einer Boxkamera aus den 1930ern gelungen. Hat einen 10er in der Bucht gekostet und wird mit 120er Rollfilm gefüttert... die "Sensorgröße" beträgt dann 6x9cm ;-) also 4,25" in der Diagonalen...


    • Eine Vollformat-Kamera hat da keine Chance, ja, aber es gibt ja auch noch Mittelformat... :D Kann sich nur kein Normalsterblicher leisten :D


      • Ja, Mittelfortmat und Großformatkameras schlagen jede SLR und Handys sowieso.
        Aber die Schärfe, ein Traum.

        Gute Objektive vorausgesetzt.
        Deren Auflösungsvermögen muss oberhalb des Bildsensors liegen.

        Die Preise dieser Optiken ... .

        Aber wenn die Bilder größer werden sollen als A 5 und qualitativ hochwertig, schon vor dem Einsatz von Photoshop, muss ne richtige Kamera her.


  • hä? Klar gibt es das auch bei Sony. Schon seit Jahren. Wurde schon im Xperia Z eingeführt.


  • C. F.
    • Blogger
    04.12.2017 Link zum Kommentar

    Gibt's bei Sony als App und heißt "Hintergrund-Unschärfe". Funktioniert bestens.


  • Nach langer Zeit Mal wieder ein Artikel, den ich gerne gelesen habe. Danke!


  • Huawei bekommt das mit dem Bokeh recht gut hin für eine Softwarelösung.
    Hab aber eine ganz andere Idee wie man eine Dualkamera sinnvoll verwenden kann
    Eine Linse sollte hochauflösend, mindestens 20 MP haben und nur für Tageslichtaufnahmen verwendet werden. Die zweite Linse, weniger MP, eventuell sogar nur 8MP und einen großen Sensor und eine extrem offene Blende. Wenn möglich sogar unter f1.0 Und natürlich beide Linsen mit einem OIS ausgestattet. So könnte man aus Tages und Nachtaufnahmen unabhängig voneinander das Beste herausholen ohne das sich die jeweiligen Nachteile der spezifischen Eigenschaften des Sensors im Weg sind.
    Schön wäre auch wenn man mal die Blende individuell einstellen könnte.


    • Es ist jetzt erst Samsung gelungen die Blende auf F1.5 zu drehen, bis man bei unter 1.0 ist, dauert es noch eine Weile, wenn es denn überhaupt möglich ist.
      die größte mir bekannte Blende liegt aktuell bei F0.95 und das ist echter Overkill

      Aber mit so einer Lösung hätte man genau das gleiche Problem, welches ich beim Note8 ständig feststelle und das mich fast zur weißglut bringt: Ab welchen Lichtbedingungen soll welcher Sensor verwendet werden?
      Ist die Software bspw. nicht gut genur kalibriert kann es sein, dass du schon bei noch recht guten Lichtbedingungen nur noch mit dem 8MP-Sensor-Bilder machst und dann kannst du selbst das geringste Reinzoomen eigentlich vergessen.
      Das Problem ist halt, dass zwischen "guten" und "schlechten" Lichtbedingungen ein durchgehender Übergang ist. Da gibt es keinen radikalen Cut... Und Kunstlicht machen es für so eine Software noch schwieriger.

      Eine verstellbare Blende wäre denke ich auch unmöglich in einem Smartphone. Samsung hat zwar angeblich bei diesem neuen Klapp-Handy sowas eingebaut, aber ich glaube da irgendwie nicht wirklich dran bzw. denke eher, dass das nur eine Software ist, die eine Blende zwischen "F1.5 und F2.4" (so heißt es) simuliert...


      • Es ist schwierig und auf jeden Fall immer irgendwo ein Kompromiss. Bei meiner Idee würde ich aber den Hauptsensor trotzdem für fast alles einsatzfähig machen. Von Tageslicht bis hin zur Dämmerung. Erst bei Nachtaufnahmen soll der zweite Sensor seine Leistung ausspielen. Müssen auch nicht nur 8 Mp sein, auch 12 MP denke ich würden passen. Natürlich ist die Software hier auch ausschlaggebend.

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