Prueba de planitud del filme: 3 portapelículas en la primera comparación cuantitativa
Este artículo documenta un intento de comparar cuantitativamente la planitud del film en tres soportes para escaneo con DSLR. El método se basa en análisis Depth-from-Focus con un macro deslizador. La precisión de la medición es limitada -- los resultados muestran tendencias y diferencias relativas, no valores absolutos.
Por qué la planitud del film es importante
La planitud del film es la queja más común en la comunidad de escaneo con DSLR. El film se curva en el soporte y las esquinas pierden nitidez. La física detrás es conocida: en configuraciones típicas de escaneo, la profundidad de campo es solo fracciones de milímetro. Una curvatura de 0.3 mm es suficiente para causar pérdida visible de nitidez en las esquinas.
Muchas opiniones, sin datos de medición
En foros y Reddit hay muchas opiniones sobre la planitud del film -- "Las esquinas están suaves", "El soporte X es mejor que Y". Lo que no se encuentra: datos de medición. Según nuestra investigación, nadie ha determinado y publicado cuantitativamente la desviación de un film en un soporte. Todas las comparaciones se basan en evaluaciones subjetivas de la nitidez del escaneo.
Este artículo es un intento de cambiar eso.
La tira de prueba
La tira de prueba usada -- Kodak Gold 200, tomada con una Olympus OM-2n y Zuiko 50mm f/1.8 a f/5.6. Negativo relativamente denso con información de imagen distribuida uniformemente.
Para todas las mediciones se usó la misma tira de film y el mismo fotograma. La elección del motivo es relevante: El método Depth-from-Focus necesita textura en la imagen (grano del film, bordes) para determinar el punto de enfoque. Un motivo uniformemente claro u oscuro -- cielo, pared, nieve -- no da una señal útil. Ramas y hojas funcionan bien: densas, con contraste, distribuidas uniformemente por todo el fotograma.
Método A: La prueba de reflexión (cualitativa)
La superficie del film refleja la luz. Si sostienes el film sujeto bajo una lámpara de techo, las irregularidades se hacen visibles como líneas de reflexión distorsionadas. Este método es sencillo, muestra detalles finos -- pero no se puede traducir en números.
La misma tira de film en cuatro soportes, fotografiada bajo la lámpara del techo:
Ausgeknipst
Negative Supply
Valoi 360
Referencia: El mismo film sostenido a mano, sin soporte
Lo que el ojo puede detectar: Ninguno de los soportes mantiene el film perfectamente plano -- las líneas de reflexión están distorsionadas en los tres. Pero los tres hacen un trabajo visiblemente mejor que no usar ningún soporte. Cuál es el mejor se puede intuir a partir de las imágenes de reflexión. La curvatura no es cuantificable -- no se puede saber si la desviación es de 50 o 500 micrómetros solo con la reflexión. Por eso se usa el segundo método.
Cómo los tres portapelículas guían la película
Los tres portapelículas probados usan diferentes principios de construcción para mantener la película en posición. Esto influye en dónde y cuánto puede curvarse la película.
Negative Supply: La base tiene una compuerta de formato panorámico -- la película se guía solo por los dos lados largos (arriba y abajo). No hay guía en longitud. Existen máscaras que se insertan desde abajo (para Half Frame, 35mm o panorámico), pero incluso con máscara la película queda libre en dirección longitudinal. Esto significa que en el centro de la compuerta la película tiene mayor margen para ceder.
Valoi: Para cada formato de película hay un portapelículas propio, moldeado de una sola pieza. La película se guía tanto en ancho como en largo. La construcción de la guía longitudinal no es visible desde afuera, ya que está integrada en la carcasa.
Ausgeknipst: Una combinación de ambos enfoques. La base tiene, como en Negative Supply, una compuerta de formato panorámico y guía la película solo por los lados. Sobre ella se colocan tapas intercambiables que guían y presionan la película desde arriba también en longitud. Sin tapa, el portapelículas se comporta como el enfoque Negative Supply (solo guía lateral). Con tapa se añade la guía longitudinal.
Esta diferencia en la guía es relevante para la medición: dado que el ancho de la compuerta varía en cada portapelículas, el análisis se limitó al 80 % interior del cuadro de la película. Las áreas de borde contienen poca información visual y se recortan al escanear -- no se incluyen en la comparación.
Método B: medición Depth-from-Focus (cuantitativa)
La cámara se desplaza sobre un carro macro en pasos definidos a través del plano de la película. En cada posición se toma una foto. Cada región de la imagen alcanza su máxima nitidez en un cuadro diferente -- dependiendo de qué tan lejos esté del objetivo. A partir de la posición del máximo enfoque se puede calcular la altura de la superficie de la película en cada punto.
Configuración
Configuración de medición: cámara en el carro macro, portapelículas sobre la fuente de luz. Los Post-its bajo la mesa de luz sirven como calzas -- compensan diferencias mínimas de altura en las esquinas para que el plano de la película esté paralelo al sensor.
Primer plano: carro macro con reloj comparador -- paso de 0.1 mm
Los detalles:
- Cámara: Sony ZV-E10
- Objetivo: Carl Zeiss Jena Tessar 50mm f/2.8 en fuelle macro
- Apertura: f/2.8 (totalmente abierta, para máxima sensibilidad al cambio de enfoque)
- Carro macro: paso de 0.1 mm, 21 tomas por pasada
- Alineación: método del espejo
Alineación del espejo: la reflexión de la lente debe estar exactamente centrada para que el eje óptico sea perpendicular al plano del film
Análisis
Un script de Python realiza el análisis. Divide cada imagen en una cuadrícula y determina para cada celda en qué fotograma la nitidez es máxima. A partir de esto se puede calcular la altura de la superficie del film en cada punto. Se aplican dos correcciones: primero se elimina la inclinación global (el sensor nunca está perfectamente paralelo al film). Segundo, se elimina la curvatura de campo del objetivo para que quede solo la topografía pura del film.
Tres pasadas por portador, mezcladas y promediadas.
Detalles técnicos sobre el procesamiento de datos
Para el análisis, el script divide cada imagen en una cuadrícula de 20 x 30 celdas. Por cada celda se calcula la varianza laplaciana a lo largo de los 21 fotogramas -- una medida de cuánto contraste de alta frecuencia (grano del film, bordes) contiene esa celda. La celda está más nítida cuando el plano de enfoque está exactamente en la superficie del film.
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 (0.1 mm). Luego se ajusta y se resta un plano de mejor ajuste a todo el mapa Z (corrección de inclinación). Al comparar varios portadores, se resta la media de todos los mapas Z como sesgo del sistema (rechazo de modo común) -- esto elimina la curvatura de campo del objetivo, que es idéntica en todas las mediciones.
El análisis se realiza en el 80 % interior del marco del film. Las áreas de los bordes se descartan -- 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 en bruto puede contactarnos -- si hay críticas justificadas al método, ajustaremos el análisis y publicaremos los resultados corregidos.
Limitaciones y advertencias -- por favor lee
Esta no es una medición científicamente precisa.
La precisión de medición alcanzable es de aproximadamente 100 micrómetros. La curvatura típica del film se encuentra en el rango de 80 a 500 µm. Por lo tanto, la medición opera en el límite inferior de su resolución.
Los valores publicados no deben interpretarse de forma absoluta. Muestran tendencias y diferencias relativas.
Lo que faltó: Una medición de referencia con el film sujeto entre dos vidrios de Newton (planitud perfecta = punto cero). Eso lo hubiéramos necesitado, pero no teníamos a mano. En cambio, incorporamos un control de peor caso: el film guiado solo por los agujeros de los dientes de arrastre, sin tapa. Si nuestro método funciona, este valor debe ser claramente peor que con los portadores correctos.
Referencia de peor caso: film guiado solo por los bordes, sin tapa -- máxima caída
Resultados
Tres corridas por portador, promedio. Medido en el 80 % interior del cuadro del film (excluyendo bordes, ya que los portadores guían el film con diferentes anchos -- ver arriba). Curvatura de campo de lentes eliminada por rechazo de modo común.
| Portador | PV (um) | RMS (um) |
|---|---|---|
| Ausgeknipst | 1102 | 163 |
| Valoi | 1382 | 175 |
| Negative Supply | 1708 | 202 |
| Dientes de arrastre (control) | 2309 | 381 |
PV = Pico a valle: la mayor desviación entre el punto más alto y el más bajo.
RMS = Raíz cuadrada media: la desviación promedio -- mucho más robusto que PV, porque un solo valor atípico no distorsiona el resultado.
Mapas de calor
Los mapas de calor muestran la topografía del plano del film. Rojo significa: el film se curva hacia el objetivo. Azul: se hunde alejándose. Blanco es el plano ideal. La escala muestra micrómetros.
Comparación de 3 portadores: Rojo = film más cerca del objetivo, Azul = más lejos
Validación: El portador de dientes de arrastre (izquierda) muestra claramente más desviación que los portadores con tapa
Y los mapas de calor individuales, promediados sobre tres corridas cada uno:
Ausgeknipst -- promedio de 3 corridas
Valoi -- promedio de 3 corridas
Negative Supply -- promedio de 3 corridas
Lo que dicen los datos
Validación: ¿Funciona el método?
El control de los dientes de arrastre (film sin tapa) muestra valores RMS 2.3 veces más altos que el mejor portador. Este es el punto de datos más importante de toda la medición: confirma que el método resuelve diferencias reales en la planitud del film y que los resultados no se pierden en el ruido de medición.
Ausgeknipst (RMS 163 um)
El valor RMS más bajo en la prueba. El mapa de calor muestra una distribución relativamente uniforme sin puntos calientes dominantes. La tapa intercambiable presiona el film tanto en los lados como a lo largo, lo que se refleja en una guía uniforme. La variación de corrida a corrida (qué tan diferentes son los resultados al insertar repetidamente el mismo film) fue de 176 um -- comparable con Negative Supply.
Valoi (RMS 175 um)
Justo detrás de Ausgeknipst. El mapa de calor muestra patrones ondulados leves que podrían deberse al diseño del canal Valoi con guía en forma de curva S: la película se guía a través de un canal curvado al insertarla. La variación entre ejecuciones fue de 210 um, un poco más alta que en los otros dos portapelículas. No se puede determinar a partir de los datos si esto se debe al diseño o a la forma en que se inserta la película.
Negative Supply (RMS 202 um)
El valor RMS más alto de los tres portapelículas. El mapa de calor muestra más contraste que en los otros dos -- las áreas con mayor curvatura son más visibles. Negative Supply sostiene la película solo en los lados largos, no a lo largo. La falta de guía longitudinal podría explicar por qué la desviación en el centro de la ventana es un poco mayor. Al mismo tiempo, la variación entre pruebas fue la más baja del test con 175 micras -- la película se coloca consistentemente en el mismo lugar cada vez que se inserta.
La comparación
El factor entre el mejor y el peor portapelículas es 1.2x (163 vs. 202 micras RMS). En números absolutos: 39 micras de diferencia. Esto es menos que el grosor de un cabello humano.
Para ponerlo en contexto: a f/8 -- la apertura con la que la mayoría escanea -- la profundidad de campo en el negativo es de aproximadamente 500 micras. Los tres portapelículas mantienen la película dentro de esta tolerancia. La diferencia de 39 micras no será visible en un escaneo final a esta apertura.
Con aperturas más abiertas (f/4 o f/2.8, como en configuraciones de escaneo de alta gama) la profundidad de campo se reduce a menos de 200 micras. En este rango, las diferencias medidas podrían ser relevantes -- pero incluso entonces es difícil separar el efecto de otras fuentes de error (alineación del sensor, curvatura de campo de las lentes, curvado específico de la tira de película).
Conclusión
Los tres portapelículas mantienen la película visiblemente 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 1.2x.
Los productos difieren en muchos otros aspectos (material, flujo de trabajo, compatibilidad, precio). La planitud de la película es un factor entre muchos. En este único factor, los tres portapelículas probados están muy cerca.
Nota sobre la configuración
Se midió a f/2.8 (apertura máxima). Esto no es habitual para escanear -- a apertura máxima, el rendimiento óptico del objetivo disminuye, especialmente en las esquinas. La razón para usar apertura máxima: la profundidad de campo debe ser lo suficientemente pequeña para que se produzcan diferencias medibles en el plano de la película. A f/5.6 o f/8 la profundidad de campo sería demasiado grande para resolver el curvado de la película. Un macro de 100mm a escala 1:1 y ligeramente cerrado habría sido un mejor instrumento de medición, pero no estaba disponible.
A la comunidad: Ayúdanos a medir mejor
Este experimento fue un primer intento con equipo limitado. El método tiene debilidades que se documentan arriba. Si alguien en la comunidad conoce un método más preciso y asequible -- interferometría láser, topografía Moiré u otro -- estaremos encantados de recibir la sugerencia. Las pruebas se repetirán y los datos en bruto se publicarán.
El objetivo no es una comparación de marketing. El objetivo es mejorar el propio diseño basándose en datos de medición.