Los sistemas fotográficos (cámaras) sin lugar a dudas se han ganado un lugar muy importante en los teléfonos celulares (Smartphones) al grado de que ya no concebimos uno que carezca de ellas. Podemos encontrar bastante información en internet al respecto, pero aquí proporcionaremos algunos detalles técnicos que no son fáciles de encontrar o de interpretar y empleamos lo mínimo de operaciones para que puedas entender más este proceso. Esperemos que te agrade y te sea de utilidad. 

Habrás notado que de unos años a la fecha se han adicionado varias cámaras con el propósito de obtener mayor amplificación o efectos de gran angular, sin embargo, seguramente habrás tenido limitaciones en este proceso. Esto se debe fundamentalmente a que cada una de las cámaras posee una lente con una potencia fija, hecho que se especifica con símbolos como f/1.8, f/2.2, etc. para cada cámara. 

Estos símbolos se conocen como el f/# (f-número) de la lente y se calcula dividiendo el diámetro (D) de la lente por su distancia focal (f), es decir, f/#=fD.  Por ejemplo, una lente con un diámetro de 2 mm y una focal de 4 mm tendrá un f-número de 2 y se expresará con el símbolo de f/2 y no significa que f esté dividido entre dos. Si pudiésemos cubrir una parte de la lente para reducir artificialmente su diámetro (como en las cámaras tradicionales), entonces fD aumentará dado que la focal de la lente es constante. De esta manera, intuitivamente se entiende que el f/# se relaciona con la cantidad de luz que captura la lente. 

Hay desde luego otros efectos relacionados con el f/#, por ejemplo, una lente con f-número mayor posee mayor resolución, es decir, captura detalles más finos y, por el contrario, si posee un f-número menor se tiene mayor tolerancia al desenfocamiento. La focal de la lente la proporciona el fabricante, pero igualmente, si pudieras desmontarla del celular (¡no lo recomendamos!)  y en día soleado intenta “enfocar” la luz del sol en un punto. La distancia del centro de la lente a ese punto será la distancia focal y será de unos cuantos milímetros.

Adicional a la amplificación está el proceso de enfocamiento. Si tu celular te da la opción de tener ese control eres afortunado, pero si en general utilizas el enfoque automático ¿te has preguntado cómo le hace tu celular para enfocar? Desde luego, cada compañía tendrá su técnica y aunque no proporcionan los detalles debido a secretos tecnológicos y de competencia, si las podríamos englobar fundamentalmente en dos categorías, sin dejar de lado, desde luego, algunos algoritmos para compensar digitalmente el desenfocamiento: primeramente tenemos aquellas técnicas que miden la distancia de la lente al objeto y que usan esta distancia para desplazar la lente y lograr el enfocamiento. El hecho de desplazar la lente para enfocar es muy conocido y curiosamente la fórmula aproximada más utilizada para determinar el desplazamiento adecuado es conocida desde 1683 y se atribuye a Edmund Halley (si, el descubridor del cometa Halley), amigo y contemporáneo de Newton, quien también desarrolló una fórmula al respecto. 

La fórmula de Halley, conocida también como fórmula de las lentes delgadas, relaciona la distancia de la lente al objeto (Lo), la focal de la lente (f) y la distancia de la lente al sensor de la cámara  (Li) y  se expresa como sigue:

 1Lo+1f=1Li

 

Y su funcionamiento se esquematiza en la figura:

 

De la fórmula, podrás observar que conociendo Lo y f, se puede estimar la posición de la imagen  (Li) simplemente invirtiendo el resultado del lado derecho de la fórmula de Halley. Dado que el sensor de la cámara es fijo, el mini-motor desplazará la lente la distancia apropiada y tendremos una imagen “enfocada”. En la segunda categoría de las técnicas de enfocamiento, se desplaza la lente en varias posiciones, capturando las respectivas  imágenes y por medio de algoritmos se define un criterio de calidad, basado en su nitidez. La nitidez se relaciona con las rugosidades y los cambios abruptos en las imágenes. Sabemos que una imagen desenfocada posee “menos” rugosidades y cambios más “suaves” que otra enfocada, luego, midiendo estos cambios y rugosidades se determinará la imagen más enfocada cuando la medida de la rugosidad sea máxima. 

En nuestro laboratorio de óptica del Centro de Investigaciones en Óptica, A.C (CIO) hemos desarrollado algoritmos de enfocamiento propios como los aquí descritos encontrando que la luz láser en una excelente herramienta para ello. En resumen, nuestros celulares son minicomputadoras que poseen algoritmos y criterios para procesar digitalmente las imágenes y mostrarlas de manera nítida. Hay varios retos que tienen los fabricantes de celulares todavía y uno de ellos es el de poseer un sistema óptico de amplificación más óptimo. De ello hablaremos en el próximo artículo.