Prueba de planitud de la película: 3 portapelículas en la primera comparación cuantitativa

Este artículo documenta un intento de comparar cuantitativamente la planitud de la película en tres portanegativos para escaneo con DSLR. El método se basa en un análisis depth-from-focus con un carril 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 de escaneo con DSLR. La película se curva en el portanegativos y las esquinas pierden nitidez. La física que hay detrás es conocida: con los ajustes de escaneo típicos, la profundidad de campo es de apenas fracciones de milímetro. Una curvatura de 0.3 mm basta para producir una pérdida de nitidez visible en las esquinas.

Muchas opiniones, ninguna medición

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

Este artículo es un intento de cambiar eso.

La tira de prueba

La tira de prueba utilizada, 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 utilizó 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 ninguna señal aprovechable. Las ramas y las hojas son muy adecuadas: densas, con mucho contraste, distribuidas uniformemente por todo el fotograma.

Método A: la comprobación de reflejos (cualitativa)

La superficie de la película refleja la luz. Si sostienes la película colocada en el soporte 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 en cifras.

La misma tira de película en cuatro soportes, fotografiada cada vez bajo la 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 reflejo están distorsionadas en los tres. Pero los tres hacen un trabajo visiblemente mejor que no usar ningún soporte. Cuál obtiene el mejor resultado, como mucho se puede intuir a partir de las imágenes de reflejos. La curvatura no es cuantificable: si la desviación es de 50 o de 500 micrómetros, no se puede deducir del reflejo. 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 posición. Esto influye en dónde y cuánto puede curvarse la película.

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

Valoi: Para cada formato de película hay un soporte propio, fundido en una sola pieza. La película se guía tanto a lo ancho como a lo largo. La construcción de la guía longitudinal no es visible desde fuera, ya que está integrada en la carcasa.

Ausgeknipst: Una combinación de ambos enfoques. Como en Negative Supply, la base tiene una ventanilla de formato panorámico y guía la película solo por los lados. Sobre ella se colocan tops intercambiables que, desde arriba, también guían la película a lo largo y la presionan. Sin top, el soporte se comporta como el enfoque de Negative Supply (solo guía lateral). Con top se añade la guía longitudinal.

Lo que esto significa para los bordes de la película: Los tres sistemas sujetan la película justo en la superficie que habría que dejar al descubierto para escanear también la perforación y la inscripción del borde. Un soporte que muestre el borde ya no puede sujetar la película ahí, y la medición de control más abajo muestra en qué acaba eso: sin placa de cubierta, la misma tira se desvía del plano 2,3 veces más, con 381 µm RMS. En este tipo de construcción, escanear los bordes y mantener la película plana se excluyen mutuamente. Si quieres ambas cosas, no te queda otra que usar dos cristales antinewton, y lo pagas en velocidad, porque cada fotograma se coloca por separado.

Esta diferencia en la sujeción es relevante para la medición: como la anchura de la ventana es distinta en cada soporte, el análisis se limitó al 80 % interior del fotograma. Las zonas del borde contienen poca información de imagen y de todos modos se recortan al escanear, así que no entran en la comparación.

Método B: medición depth-from-focus (cuantitativa)

La cámara se desplaza sobre un carril macro en pasos definidos a través del plano de la película. En cada posición se toma una imagen. Cada región de la imagen alcanza su máxima nitidez en un fotograma distinto, según lo lejos que esté 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.

Montaje

Montaje de medición: cámara sobre carril macro, soporte de película sobre la fuente de luz. Los Post-it bajo la mesa de luz sirven de calzos: compensan mínimas diferencias de altura en las esquinas para que el plano de la película quede paralelo al sensor.

Primer plano: carril macro con reloj comparador, paso de 0.1 mm

Los detalles:

• Cámara: Sony ZV-E10
• Objetivo: Carl Zeiss Jena Tessar 50mm f/2.8 sobre fuelle macro
• Diafragma: f/2.8 (totalmente abierto, para máxima sensibilidad al desplazamiento del foco)
• Carril macro: paso de 0.1 mm, 21 tomas por pasada
• Alineación: método del espejo

Alineación con 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, para cada celda, en qué fotograma la nitidez es máxima. A partir de ahí se puede calcular la altura de la superficie de la película en cada punto. Siguen dos correcciones: primero, se elimina la inclinación global (el sensor nunca está perfectamente paralelo a la película). Segundo, se elimina la curvatura de campo del objetivo, para que solo quede la topografía pura de la película.

Tres pasadas por soporte, intercaladas 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. Para cada celda se calcula la varianza del laplaciano (Laplacian Variance) a lo largo de los 21 frames, una medida de cuánto contraste de alta frecuencia (grano de la película, bordes) contiene cada celda. La celda es 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 en Z más fina que el tamaño de paso (0.1 mm). A continuación, se ajusta un plano de mejor ajuste a todo el mapa Z y se resta (corrección de inclinación). Al comparar varios portanegativos, se resta la media de todos los mapas Z como sesgo del sistema (Common-Mode Rejection); esto elimina la curvatura de campo del objetivo, que es idéntica en todas las mediciones.

El análisis se realiza sobre el 80 % interior del fotograma. 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). Si quieres revisar el código o recalcular los datos en bruto, puedes ponerte en contacto con nosotros; ante críticas fundadas sobre el método, ajustaremos el análisis y publicaremos los resultados corregidos.

Referencia del peor caso: película guiada solo por los bordes, sin placa de cubierta, hundimiento máximo

Resultados

Tres pasadas por portanegativos, promediadas. Medido sobre el 80 % interior del fotograma (zonas de los bordes excluidas, ya que los portanegativos guían la película con anchuras diferentes, ver arriba). Curvatura de campo del objetivo eliminada mediante Common-Mode Rejection.

PV = Peak-to-Valley: la mayor desviación entre el punto más alto y el más bajo.
RMS = Root Mean Square: la desviación media, 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: la película se abomba hacia el objetivo. Azul: se hunde alejándose de él. El blanco es el plano ideal. La escala muestra micrómetros.

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

Medición de control sin placa de cubierta (izquierda): claramente más desviación que en los portapelículas con placa de cubierta

Y los mapas de calor individuales, promediados sobre tres pasadas cada uno:

Ausgeknipst, promediado sobre 3 pasadas

Valoi, promediado en 3 pasadas

Negative Supply, promediado en 3 pasadas

Lo que dicen los datos

Validación: ¿funciona el método?

El control Sprocket (película sin placa de cubierta) muestra valores RMS 2.3x más altos que el mejor soporte. Es el dato más importante de toda la medición: confirma que el método resuelve diferencias reales en la planitud de la película y que los resultados no se pierden en el ruido de medición.

Ausgeknipst (RMS 163 um)

El valor RMS más bajo de la prueba. El mapa de calor muestra una distribución relativamente uniforme, sin puntos calientes dominantes. La parte superior intercambiable presiona la película tanto por los lados como a lo largo, lo que se refleja en un guiado uniforme. La variación entre pasadas (cuánto difieren los resultados al volver a colocar la misma película) fue de 176 um, comparable a Negative Supply.

Valoi (RMS 175 um)

Muy cerca de Ausgeknipst. El mapa de calor muestra ligeros patrones ondulados que podrían deberse al guiado en curva S del diseño de canal de Valoi, la película se guía por un canal curvado al introducirla. La variación entre pasadas fue, con 210 um, algo mayor que en los otros dos soportes. Si esto se debe a la construcción o a la forma en que se enhebra la película, no se puede deducir de los datos.

Negative Supply (RMS 202 um)

El valor RMS más alto de los tres soportes. El mapa de calor muestra más contraste que en los otros dos, las zonas con mayor curvatura se ven de forma más marcada. Negative Supply guía la película solo por los lados largos, no a lo largo. La falta de guiado longitudinal podría explicar por qué la desviación en el centro de la ventanilla es algo mayor. Al mismo tiempo, la variación entre pasadas fue, con 175 um, la más baja de la prueba, la película queda de forma consistente en el mismo lugar cada vez que se coloca.

La comparación

El factor entre el mejor y el peor soporte es de 1.2x (163 frente a 202 um RMS). En cifras absolutas: 39 micrómetros de diferencia. Eso es menos que el grosor de un cabello humano.

Para situarlo: a f/8, la apertura a la que escanea la mayoría de la gente, la profundidad de campo en el negativo es de unos 500 micrómetros. Los tres soportes mantienen la película dentro de esta tolerancia. La diferencia de 39 um no será visible en un escaneo terminado con esta apertura.

Con aperturas más abiertas (f/4 o f/2.8, como las que se usan en equipos de escaneo de gama alta), la profundidad de campo se reduce a menos de 200 um. En ese rango, las diferencias medidas podrían volverse relevantes, pero incluso entonces el efecto es difícil de separar de otras fuentes de error (alineación del sensor, curvatura de campo del objetivo, curvatura de la tira de película concreta).

¿Cómo son los escaneos reales hechos con el soporte para 120?

La medición de arriba se hizo con película de 35 mm en el carril macro, a máxima apertura y con una sola tira de prueba. Las cuatro imágenes de abajo muestran cómo son los escaneos con nuestro soporte en un flujo de trabajo normal. El fotógrafo italiano Osea Costantini probó nuestro soporte de película para carrete 120 en formato 6×6 con sus propios negativos en blanco y negro, en su propio equipo de escaneo. Le dimos los soportes para que los probara.

Aviso: Vendemos una parte de los productos que aparecen aquí. Aun así, el artículo está pensado ante todo como ayuda y no como texto de venta.

Primero nos fijamos en las esquinas, porque cuando la película se curva en un soporte sin cristal, son lo primero que pierde nitidez. En estos escaneos, la nitidez se mantiene hasta el borde de la imagen. Se ve bien en el pintor en el campo de girasoles: abajo a la derecha, la costura del bolsillo de su chaqueta está tan nítida como el lienzo en el centro de la imagen. Abajo a la izquierda se distinguen claramente las nervaduras de las hojas de los girasoles.

Esto no es una medición. Los negativos son distintos de nuestra tira de prueba, el formato es más grande y aquí en el artículo los archivos están reducidos a tamaño web. Las imágenes solo muestran cómo queda el resultado cuando alguien digitaliza sus propias películas con el soporte.

Escaneos: Osea Costantini, película 120 en formato 6×6, digitalizada con nuestro soporte de película y publicada con su permiso. Encontrarás más de su trabajo en su canal de YouTube.

Conclusión

Los tres soportes mantienen la película mediblemente 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 un factor entre muchos. En este factor concreto, los tres soportes probados están muy cerca entre sí.

Nota sobre la configuración

Se midió a f/2.8 (apertura máxima). No es lo habitual para escanear, ya que a apertura máxima el rendimiento óptico del objetivo disminuye, sobre todo en las esquinas. El motivo de la apertura abierta: la profundidad de campo tiene que ser lo bastante pequeña 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 100mm con escala de reproducción 1:1 y ligeramente cerrado habría sido el mejor instrumento de medición, pero no estaba disponible.

A la comunidad: ayúdanos a medir mejor

Este experimento fue un primer intento con un equipo limitado. El método tiene puntos débiles, que están documentados más arriba. Si alguien de la comunidad conoce un método más preciso y asequible (interferometría láser, topografía de moiré u otra cosa), agradeceremos la sugerencia. Las pruebas se repetirán y los datos brutos se publicarán.

El objetivo no es una comparación de marketing. El objetivo es mejorar nuestro propio diseño a partir de datos de medición.