Prueba de planitud del filme: 3 portapelículas en la primera comparación cuantitativa

Este artículo documenta un intento de comparar cuantitativamente la planitud de la película en tres soportes para escaneado con DSLR. El método se basa en un análisis Depth-from-Focus con un riel macro. La precisión de la medición es limitada; los resultados muestran tendencias y diferencias relativas, no valores absolutos.

Por qué es importante la planitud de la película

La planitud de la película es la queja más frecuente en la comunidad del escaneado con DSLR. La película se comba en el soporte y las esquinas pierden nitidez. La física subyacente es conocida: con los ajustes de escaneado habituales, la profundidad de campo es de solo fracciones de milímetro. Una curvatura de 0,3 mm basta para provocar una pérdida de nitidez visible en las esquinas.

Muchas opiniones, ninguna medición

En los foros y en Reddit se encuentran numerosas afirmaciones sobre la planitud de la película: «Las esquinas están desenfocadas», «El soporte X es mejor que el Y». Lo que no se encuentra son datos de medición. Según nuestra investigación, nadie ha determinado y publicado cuantitativamente la desviación de una película en un soporte. Todas las comparaciones se basan en una evaluación subjetiva de la nitidez del escaneado.

Este artículo es un intento de cambiarlo.

La tira de prueba

La tira de prueba utilizada, Kodak Gold 200, tomada con una Olympus OM-2n y un Zuiko 50mm f/1.8 a f/5.6. Negativo relativamente denso, con la información de la imagen distribuida uniformemente.

Para todas las mediciones se utilizaron la misma tira de película y el mismo fotograma. La elección del motivo es relevante: el método Depth-from-Focus necesita textura en la imagen (grano de la película, bordes) para determinar el punto de enfoque. Un motivo uniformemente claro u oscuro (cielo, pared, nieve) no proporciona una señal utilizable. Las ramas y las hojas son adecuadas: son densas, tienen mucho contraste y están distribuidas uniformemente por todo el fotograma.

Método A: Comprobación de los reflejos (cualitativa)

La superficie de la película refleja la luz. Si se sostiene la película montada bajo una lámpara de techo, las irregularidades se hacen visibles como líneas de reflejo distorsionadas. Este método es sencillo y muestra detalles finos, pero no se puede traducir a cifras.

La misma tira de película en cuatro soportes, fotografiada en cada caso bajo una lámpara de techo:

Referencia: La misma película sostenida solo con la mano, sin soporte

Lo que se aprecia a simple vista: ninguno de los soportes mantiene la película perfectamente plana; las líneas de reflexión están distorsionadas en los tres casos. Pero los tres funcionan visiblemente mejor que no usar ningún soporte. Como mucho, las imágenes de reflexión permiten intuir cuál obtiene el mejor resultado. La curvatura no se puede cuantificar: a partir del reflejo no se puede saber si la desviación es de 50 o de 500 micrómetros. Por eso, el segundo método.

Cómo guían la película los tres soportes

Los tres soportes probados utilizan principios de construcción diferentes para mantener la película en su posición. Esto influye en dónde y cuánto puede combarse la película.

Negative Supply: La base tiene una puerta de formato panorámico y la película solo se guía por los dos bordes longitudinales (arriba y abajo). No hay guía longitudinal. Existen máscaras que se insertan desde abajo (para Half Frame, 35mm o formato panorámico), pero incluso con la máscara la película queda libre en sentido longitudinal. Esto significa que, en el centro de la puerta, la película tiene el mayor margen para combarse.

Valoi: Cada formato de película tiene su propio soporte, moldeado de una sola pieza. La película se guía tanto a lo ancho como a lo largo. La construcción de la guía longitudinal no puede verse desde el exterior, ya que está integrada en la carcasa.

Ausgeknipst: Una combinación de ambos enfoques. La base tiene, como Negative Supply, una puerta de formato panorámico y guía la película únicamente por los laterales. Encima se colocan tapas intercambiables que también guían y presionan la película desde arriba a lo largo de toda su longitud. Sin tapa, el soporte se comporta como el enfoque de Negative Supply (solo guía lateral). Con la tapa, se añade la guía longitudinal.

Lo que esto significa para los bordes de la película: Los tres sistemas guían la película justo por la superficie que habría que dejar al descubierto para escanear la perforación y las inscripciones del borde. Un soporte que muestra el borde ya no puede sujetar la película en ese punto, y la medición de control más abajo muestra dónde termina esto: sin la placa superior, esa misma tira se desvía del plano 2,3 veces más, con 381 µm RMS. En este diseño, los escaneos de los bordes y la planitud se excluyen mutuamente. Quien quiera ambas cosas no puede prescindir de dos cristales anti-Newton y lo paga en velocidad, porque cada imagen se coloca individualmente.

Esta diferencia en la guía es relevante para la medición: como el ancho de la ventanilla es diferente en cada soporte, el análisis se limitó al 80 % interior del fotograma de la película. Las zonas de los bordes contienen poca información de imagen y, además, se recortan al escanear, por lo que no se incluyen en la comparación.

Método B: medición de profundidad a partir del enfoque (cuantitativa)

La cámara se desplaza por el plano de la película en pasos definidos mediante un carro macro. Se toma una imagen en cada posición. Cada región de la imagen alcanza su máxima nitidez en un fotograma diferente, dependiendo de la distancia a la que se encuentre del objetivo. A partir de la posición del máximo de nitidez se puede calcular la altura de la superficie de la película en cada punto.

Configuración

Configuración de medición: cámara montada en un carro macro y soporte de película sobre la fuente de luz. Las notas adhesivas bajo el panel de luz sirven como calzas para compensar las mínimas diferencias de altura en las esquinas y garantizar que el plano de la película quede paralelo al sensor.

Primer plano: carro macro con reloj comparador, pasos de 0,1 mm

Los detalles:

• Cámara: Sony ZV-E10
• Objetivo: Carl Zeiss Jena Tessar 50mm f/2.8 en fuelle macro
• Diafragma: f/2.8 (completamente abierto, para lograr la máxima sensibilidad a los desplazamientos del enfoque)
• Carro macro: pasos de 0,1 mm, 21 tomas por pasada
• Alineación: método del espejo

Alineación del espejo: el reflejo de la lente debe quedar exactamente centrado para que el eje óptico sea perpendicular al plano de la película

Análisis

Un script de Python se encarga del análisis. Divide cada imagen en una cuadrícula y determina en qué fotograma la nitidez es máxima para cada celda. A partir de ahí se puede calcular la altura de la superficie de la película en cada punto. A continuación se aplican dos correcciones: primero se elimina la inclinación global (el sensor nunca está perfectamente paralelo a la película). Después se elimina la curvatura de campo del objetivo, de modo que solo queda la topografía de la película.

Tres pasadas por soporte, en orden aleatorio y promediadas.

Detalles técnicos del procesamiento de datos

Para el análisis, el script divide cada imagen en una cuadrícula de 20 × 30 celdas. Para cada celda, calcula la varianza del laplaciano a lo largo de los 21 fotogramas, una medida de cuánto contraste de alta frecuencia (grano de la película, bordes) contiene la celda correspondiente. La celda está más nítida cuando el plano de enfoque coincide exactamente con la superficie de la película.

La curva de nitidez resultante tiene un pico por celda. Su posición se determina mediante interpolación parabólica de 3 puntos para lograr una resolución Z más fina que el paso utilizado (0,1 mm). A continuación, se ajusta un plano de mejor adaptación a todo el mapa Z y se resta (corrección de inclinación). Al comparar varios soportes, se resta la media de todos los mapas Z como sesgo del sistema (rechazo del modo común), lo que elimina la curvatura de campo del objetivo, idéntica en todas las mediciones.

El análisis se realiza sobre el 80 % central del fotograma de película. Las zonas de los bordes se descartan, ya que contienen poca o ninguna información de imagen y, de todos modos, se recortan al escanear.

Los scripts están escritos en Python (numpy, opencv, matplotlib). Quien quiera revisar el código o recalcular los datos brutos puede ponerse en contacto; si se presenta una crítica fundamentada del método, adaptaremos el análisis y publicaremos los resultados corregidos.

Referencia del peor caso: película guiada solo por los bordes, sin placa de cubierta, con la máxima curvatura

Resultados

Tres mediciones por soporte, promediadas. Medido en el 80 % central del fotograma de película (se excluyen las zonas de los bordes, ya que los soportes guían la película con anchuras diferentes; véase arriba). La curvatura de campo del objetivo se elimina mediante el rechazo del modo común.

PV = de pico a valle: la mayor desviación entre el punto más alto y el más bajo.
RMS = raíz cuadrática media: la desviación promedio, mucho más robusta que PV, porque un único valor atípico no distorsiona el resultado.

Mapas de calor

Los mapas de calor muestran la topografía del plano de la película. Rojo significa que la película se curva hacia el objetivo. Azul: se hunde alejándose de él. El blanco representa el plano ideal. La escala muestra micrómetros.

Comparación de los 3 portapelículas: rojo = película más cerca del objetivo, azul = más lejos

Validación: el portapelículas con sprockets (izquierda) muestra claramente más desviación que los portapelículas con placa superior

Y los mapas de calor individuales, promediados a partir de tres ejecuciones cada uno:

Ausgeknipst, promedio de 3 ejecuciones

Valoi, promedio de 3 ejecuciones

Negative Supply, promedio de 3 ejecuciones

Qué dicen los datos

Validación: ¿funciona el método?

El control con sprockets (película sin placa superior) muestra valores RMS 2.3 veces mayores que el mejor portapelículas. Este es el dato más importante de toda la medición: confirma que el método detecta diferencias reales en la planitud de la película y que los resultados no quedan ocultos por el ruido de medición.

Ausgeknipst (RMS de 163 µm)

El valor RMS más bajo de la prueba. El mapa de calor muestra una distribución relativamente uniforme, sin puntos críticos dominantes. La parte superior intercambiable presiona la película tanto por los lados como a lo largo, lo que se refleja en una guía uniforme. La variación entre ejecuciones (es decir, la diferencia entre los resultados al volver a insertar la misma película) fue de 176 µm, comparable a la de Negative Supply.

Valoi (RMS de 175 µm)

Justo por detrás de Ausgeknipst. El mapa de calor muestra ligeros patrones ondulados que podrían deberse a la guía en forma de S del diseño de canal de Valoi; al introducirla, la película pasa por un canal curvado. La variación entre ejecuciones, de 210 µm, fue algo mayor que en los otros dos portapelículas. A partir de los datos no se puede determinar si se debe al diseño o a la forma de enhebrar la película.

Negative Supply (RMS de 202 µm)

El valor RMS más alto de los tres portapelículas. El mapa de calor muestra más contraste que los otros dos; las zonas con mayor curvatura se distinguen con más claridad. Negative Supply guía la película solo por los lados longitudinales, no a lo largo de toda su extensión. La falta de una guía longitudinal podría explicar por qué la desviación es algo mayor en el centro de la compuerta. Al mismo tiempo, la variación entre ejecuciones, de 175 µm, fue la más baja de la prueba; la película queda colocada de forma constante en el mismo sitio cada vez que se inserta.

La comparación

El factor entre el mejor y el peor soporte es de 1,2x (163 frente a 202 µm RMS). En términos absolutos: una diferencia de 39 micrómetros. Es menos que el grosor de un cabello humano.

Como referencia: a f/8, la apertura con la que escanea la mayoría de la gente, la profundidad de campo en el negativo es de aproximadamente 500 micrómetros. Los tres soportes mantienen la película dentro de esta tolerancia. La diferencia de 39 µm no será visible en un escaneado final realizado con esta apertura.

Con aperturas más grandes (f/4 o f/2.8, habituales en configuraciones de escaneado de gama alta), la profundidad de campo se reduce a menos de 200 µm. En este rango, las diferencias medidas podrían ser relevantes, pero incluso entonces resulta difícil separar el efecto de otras fuentes de error (alineación del sensor, curvatura de campo del objetivo y curvatura de la película específica).

Conclusión

Los tres soportes mantienen la película sensiblemente más plana que una tira de película sin soporte. Las diferencias entre ellos son pequeñas: el factor entre el mejor y el peor resultado es de 1,2x.

Los productos se diferencian en muchos otros aspectos (material, flujo de trabajo, compatibilidad, precio). La planitud de la película es uno de muchos factores. En este factor concreto, los tres soportes probados están muy igualados.

Nota sobre la configuración

Las mediciones se realizaron a f/2.8 (máxima apertura). Esto no es habitual para escanear: a máxima apertura disminuye el rendimiento óptico del objetivo, especialmente en las esquinas. El motivo de utilizar la máxima apertura es que la profundidad de campo debe ser lo bastante reducida para que aparezcan diferencias medibles en el plano de la película. A f/5.6 o f/8, la profundidad de campo sería demasiado grande para resolver la curvatura de la película. Un macro de 100 mm a una escala de reproducción de 1:1 y ligeramente cerrado habría sido un instrumento de medición mejor, pero no estaba disponible.

A la comunidad: ayúdanos a medir mejor

Este experimento fue un primer intento con equipo limitado. El método tiene puntos débiles, documentados arriba. Si alguien de la comunidad conoce un método más preciso y asequible (interferometría láser, topografía de Moiré u otro), agradeceríamos que nos lo indicara. Repetiremos las pruebas y publicaremos los datos sin procesar.

El objetivo no es una comparación de marketing. El objetivo es mejorar la propia construcción basándose en datos de medición.