Test de planéité du film : 3 porte-films en première comparaison quantitative

Cet article documente une tentative de comparaison quantitative de la planéité du film dans trois supports de film pour la numérisation avec un reflex. La méthode repose sur une analyse Depth-from-Focus réalisée avec un chariot macro. La précision des mesures est limitée ; les résultats montrent des tendances et des différences relatives, et non des valeurs absolues.

Pourquoi la planéité du film est importante

La planéité du film est la plainte la plus fréquente dans la communauté de la numérisation avec un reflex. Le film se courbe dans le support et les coins perdent en netteté. La physique sous-jacente est connue : avec des réglages de numérisation typiques, la profondeur de champ n’est que de quelques fractions de millimètre. Une courbure de 0,3 mm suffit à provoquer une perte de netteté visible dans les coins.

Beaucoup d’opinions, aucune mesure

On trouve de nombreuses affirmations sur la planéité du film dans les forums et sur Reddit : « Les coins sont flous », « Le support X est meilleur que le Y ». Ce qui manque, ce sont les données de mesure. D’après nos recherches, personne n’a encore déterminé et publié quantitativement la déviation d’un film dans un support. Toutes les comparaisons reposent sur une évaluation subjective de la netteté du scan.

Cet article tente de changer cela.

La bande de test

La bande de test utilisée, Kodak Gold 200, photographiée avec un Olympus OM-2n et un Zuiko 50mm f/1.8 à f/5.6. Un négatif relativement dense, avec des informations réparties uniformément dans l’image.

Pour toutes les mesures, nous avons utilisé la même bande de film et la même image. Le choix du sujet est important : la méthode Depth-from-Focus a besoin de textures dans l’image (grain du film, contours) pour déterminer le point de mise au point. Un sujet uniformément clair ou sombre (ciel, mur, neige) ne fournit aucun signal exploitable. Les branches et les feuilles conviennent bien : elles sont denses, contrastées et réparties uniformément sur toute l’image.

Méthode A : le contrôle des réflexions (qualitatif)

La surface du film réfléchit la lumière. Lorsqu’on tient le film monté sous un plafonnier, les irrégularités apparaissent sous forme de lignes de réflexion déformées. Cette méthode est simple et révèle des détails fins, mais ne permet pas d’obtenir des valeurs numériques.

La même bande de film photographiée dans quatre supports différents, à chaque fois sous un plafonnier :

Référence : le même film tenu à la main, sans support

Ce que l’on distingue à l’œil nu : aucun des porte-films ne maintient le film parfaitement à plat ; les lignes de réflexion sont déformées sur les trois. Mais tous les trois font visiblement mieux que l’absence totale de porte-film. Il est au mieux possible de deviner lequel s’en sort le mieux à partir des images de réflexion. La courbure n’est pas quantifiable : il est impossible de déterminer à partir de la réflexion si l’écart est de 50 ou de 500 micromètres. D’où la deuxième méthode.

Comment les trois porte-films guident le film

Les trois porte-films testés utilisent des principes de construction différents pour maintenir le film en position. Cela influence l’endroit et l’ampleur de la courbure du film.

Negative Supply : La base dispose d’un passe-vue au format panoramique ; le film est guidé uniquement sur ses deux bords longitudinaux (en haut et en bas). Il n’y a aucun guidage dans le sens de la longueur. Il existe des masques que l’on insère par dessous (pour le Half Frame, le 35 mm ou le panoramique), mais même avec un masque, le film reste libre dans le sens de la longueur. Cela signifie qu’au centre du passe-vue, le film a la plus grande marge pour s’affaisser.

Valoi : Chaque format de film dispose de son propre porte-film moulé d’une seule pièce. Le film est guidé aussi bien en largeur qu’en longueur. La conception du guidage longitudinal n’est pas visible de l’extérieur, car il est intégré au boîtier.

Ausgeknipst : Une combinaison des deux approches. La base dispose, comme chez Negative Supply, d’un passe-vue au format panoramique et ne guide le film que sur les côtés. Des dessus interchangeables sont placés par-dessus ; ils guident et pressent également le film sur toute sa longueur. Sans dessus, le porte-film se comporte comme l’approche de Negative Supply (guidage latéral uniquement). Avec le dessus, le guidage longitudinal s’ajoute.

Ce que cela implique pour les bords du film : Les trois systèmes guident le film exactement au niveau de la surface qu’il faudrait dégager pour numériser les perforations et les inscriptions sur les bords. Un porte-film qui laisse apparaître le bord ne peut plus maintenir le film à cet endroit, et la mesure de contrôle effectuée plus bas montre où cela s’arrête : sans plaque de recouvrement, cette même bande de 381 µm RMS s’écarte 2,3 fois davantage du plan. Les numérisations des bords et la planéité sont incompatibles dans cette conception. Pour obtenir les deux, il faut recourir à deux verres anti-Newton et accepter une perte de vitesse, car chaque image doit être insérée individuellement.

Cette différence de guidage est importante pour la mesure : comme la largeur de la fenêtre varie selon les supports, l’analyse a été limitée aux 80 % centraux de l’image du film. Les zones périphériques contiennent peu d’informations et sont de toute façon recadrées lors de la numérisation ; elles ne sont pas prises en compte dans la comparaison.

Méthode B : mesure de profondeur par mise au point (quantitative)

L’appareil photo se déplace sur un chariot macro à travers le plan du film, par étapes définies. Une image est prise à chaque position. Chaque région de l’image atteint sa netteté maximale dans une image différente, selon sa distance par rapport à l’objectif. La position du maximum de netteté permet de calculer la hauteur de la surface du film en chaque point.

Installation

Installation de mesure : appareil photo monté sur un chariot macro, support de film placé sur la source lumineuse. Les Post-it sous la table lumineuse servent de cales et compensent les différences de hauteur minimes dans les coins, afin que le plan du film soit parallèle au capteur.

Gros plan : chariot macro avec comparateur à cadran, pas de 0,1 mm

Les détails :

• Appareil photo : Sony ZV-E10
• Objectif : Carl Zeiss Jena Tessar 50mm f/2.8 sur soufflet macro
• Ouverture : f/2.8 (entièrement ouverte, pour une sensibilité maximale aux variations de mise au point)
• Chariot macro : pas de 0,1 mm, 21 prises de vue par passage
• Alignement : méthode du miroir

Alignement du miroir : le reflet de l’objectif doit être parfaitement centré afin que l’axe optique soit perpendiculaire au plan du film

Analyse

Un script Python se charge de l’analyse. Il divise chaque image en une grille et détermine, pour chaque cellule, l’image où la netteté est maximale. Cela permet de calculer la hauteur de la surface du film en chaque point. Deux corrections sont ensuite appliquées : premièrement, l’inclinaison globale est supprimée (le capteur n’est jamais parfaitement parallèle au film). Deuxièmement, la courbure de champ de l’objectif est retirée afin de ne conserver que la topographie réelle du film.

Trois passages par support, dans un ordre aléatoire, puis moyennés.

Détails techniques du traitement des données

Pour l’analyse, le script divise chaque image en une grille de 20 × 30 cellules. Pour chaque cellule, la variance du laplacien est calculée sur l’ensemble des 21 images, une mesure de la quantité de contraste haute fréquence (grain du film, contours) qu’elle contient. La cellule est la plus nette lorsque le plan focal se trouve exactement à la surface du film.

La courbe de netteté obtenue présente un pic par cellule. Sa position est déterminée par interpolation parabolique à 3 points, afin d’obtenir une résolution en Z plus fine que le pas de mesure (0,1 mm). Un plan de meilleur ajustement est ensuite ajusté à l’ensemble de la carte Z, puis soustrait (correction de l’inclinaison). Lors de la comparaison de plusieurs supports, la moyenne de toutes les cartes Z est soustraite comme biais du système (rejet du mode commun), ce qui supprime la courbure de champ de l’objectif, identique pour toutes les mesures.

L’analyse porte sur les 80 % centraux de l’image du film. Les zones périphériques sont écartées : elles contiennent peu ou pas d’informations et sont de toute façon coupées lors de la numérisation.

Les scripts sont écrits en Python (numpy, opencv, matplotlib). Toute personne souhaitant vérifier le code ou recalculer les données brutes peut nous contacter ; en cas de critique fondée sur la méthode, nous adapterons l’analyse et publierons les résultats corrigés.

Référence du pire cas : film guidé uniquement sur les bords, sans plaque de maintien, avec un fléchissement maximal

Résultats

Trois séries de mesures par support, moyennées. Mesurées sur les 80 % centraux de l’image du film (zones périphériques exclues, car les supports guident le film sur des largeurs différentes, voir ci-dessus). La courbure de champ de l’objectif est supprimée par rejet du mode commun.

PV = Peak-to-Valley : l’écart maximal entre le point le plus haut et le point le plus bas.
RMS = Root Mean Square : l’écart quadratique moyen, nettement plus robuste que la PV, car une seule valeur aberrante ne fausse pas le résultat.

Cartes thermiques

Les cartes thermiques montrent la topographie du plan du film. Le rouge signifie que le film se bombe vers l’objectif. Le bleu indique qu’il s’en éloigne. Le blanc correspond au plan idéal. L’échelle est en micromètres.

Vergleich der drei Halter: Rot = Film näher am Objektiv, Blau = weiter entfernt

Validation : le support Sprocket (à gauche) présente nettement plus de déviation que les supports avec plaque supérieure

Et les cartes thermiques individuelles, moyennées sur trois exécutions chacune :

Ausgeknipst, moyenné sur 3 exécutions

Valoi, moyenne sur 3 passages

Negative Supply, moyenne sur 3 séries

Was die Daten sagen

Validierung: Funktioniert die Methode?

Le contrôle Sprocket (film sans plaque de recouvrement) affiche des valeurs RMS 2,3 fois supérieures à celles du meilleur support. C’est le point de données le plus important de toute la mesure : il confirme que la méthode permet de distinguer de réelles différences de planéité du film et que les résultats ne se perdent pas dans le bruit de mesure.

Ausgeknipst (RMS 163 um)

La valeur RMS la plus faible du test. La carte thermique montre une répartition relativement uniforme, sans zones particulièrement chaudes dominantes. Le plateau supérieur interchangeable presse le film aussi bien sur les côtés que dans le sens de la longueur, ce qui se traduit par un guidage uniforme. La variation d’une prise à l’autre (la différence entre les résultats lors de réinsertions répétées du même film) était de 176 µm, comparable à celle de Negative Supply.

Valoi (RMS 175 um)

Juste derrière Ausgeknipst. La carte thermique montre de légers motifs ondulés, qui pourraient être liés au guidage en S du design de canal Valoi : le film est guidé dans un canal incurvé lors de son insertion. La variation d’une série à l’autre était légèrement plus élevée, à 210 µm, que pour les deux autres supports. Les données ne permettent pas de déterminer si cela est dû à la conception ou à la manière dont le film est enfilé.

Negative Supply (RMS 202 um)

La valeur RMS la plus élevée des trois supports. La carte thermique présente davantage de contraste que celle des deux autres, et les zones de courbure plus prononcée sont plus visibles. Negative Supply ne guide le film que sur les côtés, pas dans le sens de la longueur. L’absence de guidage longitudinal pourrait expliquer pourquoi la déviation est légèrement plus élevée au centre du passe-vue. Parallèlement, la variation d’un essai à l’autre, de 175 µm, était la plus faible du test ; le film se positionne systématiquement au même endroit à chaque insertion.

La comparaison

Le rapport entre le meilleur et le moins bon support est de 1,2× (163 contre 202 µm RMS). En chiffres absolus, cela représente une différence de 39 micromètres, soit moins que l’épaisseur d’un cheveu humain.

Pour situer les choses : à f/8, l’ouverture utilisée par la plupart des gens pour numériser leurs films, la profondeur de champ au niveau du négatif est d’environ 500 micromètres. Les trois supports maintiennent le film dans cette tolérance. La différence de 39 µm ne sera pas visible sur un scan final réalisé à cette ouverture.

Avec des ouvertures plus grandes (f/4 ou f/2.8, comme dans les configurations de numérisation haut de gamme), la profondeur de champ descend sous 200 µm. Dans cette plage, les différences mesurées pourraient devenir pertinentes, mais même dans ce cas, il est difficile de distinguer cet effet des autres sources d’erreur (alignement du capteur, courbure de champ de l’objectif, courbure propre à la bande de film utilisée).

Conclusion

Les trois supports maintiennent le film sensiblement plus plat qu’une bande de film non maintenue. Les différences entre eux sont faibles : le rapport entre le meilleur et le moins bon résultat est de 1,2×.

Les produits diffèrent sur de nombreux autres aspects (matériau, flux de travail, compatibilité, prix). La planéité du film n’est qu’un facteur parmi d’autres. Pour ce facteur précis, les trois supports testés sont proches les uns des autres.

Remarque sur la configuration

Les mesures ont été effectuées à f/2.8 (pleine ouverture). Ce réglage n’est pas habituel pour la numérisation : à pleine ouverture, le pouvoir de résolution de l’objectif diminue, en particulier dans les coins. La raison de cette grande ouverture est que la profondeur de champ doit être suffisamment faible pour que des différences mesurables apparaissent dans le plan du film. À f/5.6 ou f/8, la profondeur de champ serait trop importante pour mesurer la courbure du film. Un objectif macro de 100 mm au rapport de reproduction 1:1 et légèrement diaphragmé aurait été un meilleur instrument de mesure, mais nous n’en disposions pas.

À la communauté : aidez-nous à mieux mesurer

Cette expérience était un premier essai réalisé avec un équipement limité. La méthode présente des faiblesses, documentées ci-dessus. Si quelqu’un dans la communauté connaît une méthode plus précise et abordable (interférométrie laser, topographie par moiré ou autre), nous serions ravis de le savoir. Les tests seront répétés et les données brutes publiées.

L’objectif n’est pas de faire une comparaison marketing. Il s’agit d’améliorer sa propre conception sur la base de données de mesure.