Test de planéité du film : 3 porte-films dans un premier comparatif chiffré

Cet article rend compte d’une tentative de comparer de façon chiffrée la planéité du film dans trois porte-films conçus pour la numérisation à l’appareil photo numérique. La méthode repose sur une analyse de type depth-from-focus (profondeur par la mise au point) réalisée avec un rail macro. La précision de mesure est limitée : les résultats indiquent des tendances et des écarts relatifs, pas des valeurs absolues.

Pourquoi la planéité du film compte

La planéité du film est le reproche qui revient le plus souvent chez ceux qui numérisent leurs négatifs à l’appareil photo. Le film se bombe dans le porte-film et les coins perdent en netteté. La physique derrière ce phénomène est bien connue : avec les réglages de numérisation habituels, la profondeur de champ ne dépasse pas quelques fractions de millimètre. Un bombement de 0.3 mm suffit à provoquer une perte de netteté visible dans les coins.

Beaucoup d’avis, aucune mesure

Sur les forums et sur Reddit, les avis sur la planéité du film ne manquent pas : « les coins sont mous », « le porte-film X est meilleur que le Y ». Ce qu’on n’y trouve pas, en revanche : des mesures. D’après nos recherches, personne n’a encore mesuré de façon chiffrée l’écart d’un film par rapport au plan dans un porte-film, ni publié de tels résultats. Toutes les comparaisons reposent sur une appréciation subjective de la netteté des scans.

Cet article tente de changer cela.

La bande de test

La bande de test utilisée : de la Kodak Gold 200, exposée avec un Olympus OM-2n et un Zuiko 50mm f/1.8 fermé à f/5.6. Un négatif plutôt dense, avec des détails répartis de façon homogène sur toute l’image.

Toutes les mesures ont été faites avec la même bande de film et sur la même vue. Le choix du sujet a son importance : la méthode depth-from-focus a besoin de texture dans l’image (grain, contours) pour déterminer où se situe la netteté maximale. Un sujet uniformément clair ou sombre (ciel, mur, neige) ne donne aucun signal exploitable. Les branches et les feuilles conviennent très bien : elles sont denses, contrastées et réparties uniformément sur toute la vue.

Méthode A : le contrôle par les reflets (qualitatif)

La surface du film réfléchit la lumière. Si l’on place le film, maintenu dans son porte-film, sous un plafonnier, les irrégularités apparaissent sous forme de lignes de reflet déformées. Cette méthode est simple et révèle des détails fins, mais elle ne se traduit pas en chiffres.

La même bande de film dans quatre porte-films, photographiée à chaque fois sous le plafonnier :

Référence : le même film simplement tenu à la main, sans porte-film

Ce que l’on voit à l’œil nu : aucun porte-film ne maintient le film parfaitement à plat, les lignes de reflet sont déformées avec les trois. Mais tous les trois font visiblement mieux que pas de porte-film du tout. Quant à savoir lequel s’en sort le mieux, les photos des reflets permettent tout au plus de le deviner. La courbure n’est pas quantifiable : impossible de lire dans un reflet si l’écart est de 50 ou de 500 micromètres. D’où la seconde méthode.

Comment les trois porte-films guident le film

Les trois porte-films testés reposent sur des principes de construction différents pour maintenir le film en place. Cela détermine à quels endroits le film peut se bomber, et dans quelle mesure.

Negative Supply : la base possède une fenêtre au format panoramique, et le film n’est guidé que sur ses deux grands côtés (en haut et en bas). Rien ne le guide dans le sens de la longueur. Il existe des masques à glisser par en dessous (pour le demi-format, le 35 mm ou le panoramique), mais même avec un masque, le film reste libre dans le sens de la longueur. Concrètement, c’est au milieu de la fenêtre que le film a le plus de latitude pour s’affaisser.

Valoi : chaque format de film a son propre porte-film, moulé d’une seule pièce. Le film y est guidé à la fois en largeur et en longueur. On ne voit pas de l’extérieur comment le guidage longitudinal est conçu, car il est intégré au boîtier.

Ausgeknipst : une combinaison des deux approches. Comme chez Negative Supply, la base possède une fenêtre au format panoramique et ne guide le film que sur les côtés. On y pose des plaques supérieures interchangeables qui, par le dessus, guident aussi le film dans la longueur et le plaquent. Sans plaque supérieure, le porte-film se comporte comme celui de Negative Supply (guidage latéral uniquement). Avec la plaque, le guidage longitudinal vient s’y ajouter.

Ce que cela implique pour les bords du film : les trois systèmes tiennent le film précisément sur la zone qu’il faudrait dégager pour scanner aussi les perforations et les inscriptions en marge. Un porte-film qui laisse voir le bord ne peut plus tenir le film à cet endroit, et la mesure de contrôle plus bas montre où cela mène : sans plaque de maintien, la même bande s’écarte du plan 2,3 fois plus, avec 381 µm RMS. Avec ce type de conception, scanner les bords et garder le film à plat s’excluent mutuellement. Si vous voulez les deux, vous ne couperez pas à deux verres anti-Newton, et vous le paierez en rapidité, puisque chaque vue doit être placée une par une.

Cette différence de guidage compte pour la mesure : comme la largeur de la fenêtre varie d’un porte-film à l’autre, l’analyse a été limitée aux 80 % centraux de la vue. Les zones de bord contiennent peu d’information et sont de toute façon recadrées au scan, elles ne sont donc pas prises en compte dans la comparaison.

Méthode B : mesure par depth-from-focus (quantitative)

Monté sur un rail macro, l’appareil traverse le plan du film par pas définis. À chaque position, on prend une photo. Chaque zone de l’image atteint sa netteté maximale sur une vue différente, selon sa distance à l’objectif. La position de ce maximum de netteté permet de calculer la hauteur de la surface du film en chaque point.

Le dispositif

Dispositif de mesure : appareil sur rail macro, porte-film posé sur la source lumineuse. Les Post-it glissés sous la table lumineuse servent de cales : ils compensent d’infimes différences de hauteur aux coins pour que le plan du film soit parallèle au capteur.

Gros plan : rail macro avec comparateur, pas de 0.1 mm

En détail :

• Appareil : Sony ZV-E10
• Objectif : Carl Zeiss Jena Tessar 50mm f/2.8 monté sur soufflet macro
• Ouverture : f/2.8 (pleine ouverture, pour être le plus sensible possible au moindre décalage de mise au point)
• Rail macro : pas de 0.1 mm, 21 prises de vue par passage
• Alignement : méthode du miroir

Alignement au miroir : le reflet de l’objectif doit se trouver exactement au centre pour que l’axe optique soit perpendiculaire au plan du film

Analyse des données

L’analyse est confiée à un script Python. Il découpe chaque image selon une grille et détermine, pour chaque cellule, sur quelle image de la série la netteté est maximale. On en déduit la hauteur de la surface du film en chaque point. Viennent ensuite deux corrections : d’abord, on retire l’inclinaison globale (le capteur n’est jamais parfaitement parallèle au film). Ensuite, on élimine la courbure de champ de l’objectif, pour qu’il ne reste que la topographie du film proprement dite.

Trois passages par porte-film, réalisés en alternance, puis moyennés.

Détails techniques du traitement des données

Pour l’analyse, le script découpe chaque image en une grille de 20 x 30 cellules. Pour chaque cellule, il calcule sur l’ensemble des 21 images la variance du laplacien (Laplacian Variance), qui indique la quantité de contraste haute fréquence (grain, contours) qu’elle contient. La cellule est la plus nette lorsque le plan de mise au point coïncide exactement avec la surface du film.

La courbe de netteté ainsi obtenue présente un pic pour chaque cellule. Sa position est déterminée par interpolation parabolique sur 3 points, ce qui donne une résolution en Z plus fine que le pas du rail (0.1 mm). On ajuste ensuite un plan moyen (best fit) sur l’ensemble de la carte Z, puis on le soustrait (correction d’inclinaison). Lorsqu’on compare plusieurs porte-films, la moyenne de toutes les cartes Z est soustraite en tant que biais du système (réjection de mode commun) : on élimine ainsi la courbure de champ de l’objectif, identique pour toutes les mesures.

L’analyse porte sur les 80 % centraux de la vue. Les bords sont écartés : ils ne contiennent que peu ou pas d’information d’image et sont de toute façon recadrés au scan.

Les scripts sont écrits en Python (numpy, opencv, matplotlib). Si vous souhaitez vérifier le code ou refaire les calculs à partir des données brutes, n’hésitez pas à nous contacter : en cas de critique fondée sur la méthode, nous adapterons l’analyse et publierons les résultats corrigés.

Référence du pire cas : film tenu uniquement par les bords, sans plaque supérieure, affaissement maximal

Résultats

Trois séries de mesures par porte-film, dont on a fait la moyenne. Mesure réalisée sur les 80 % centraux de la vue (bords exclus, puisque les porte-films ne tiennent pas le film sur la même largeur, voir plus haut). La courbure de champ de l’objectif a été éliminée par réjection de mode commun.

PV = Peak-to-Valley (crête à creux) : l’écart maximal entre le point le plus haut et le point le plus bas.
RMS = Root Mean Square (moyenne quadratique) : l’écart moyen, bien plus robuste que le PV, car une valeur aberrante isolée ne fausse pas le résultat.

Heatmaps

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

Comparaison des 3 porte-films : rouge = film plus proche de l’objectif, bleu = plus éloigné

Mesure de contrôle sans plaque supérieure (à gauche) : nettement plus d’écart qu’avec les porte-films munis de leur plaque supérieure

Et voici les cartes thermiques de chaque porte-film, chacune moyennée sur trois passages :

Ausgeknipst, moyenne sur 3 passages

Valoi, moyenne sur 3 passages

Negative Supply, moyenne sur 3 passages

Ce que disent les données

Validation : la méthode fonctionne-t-elle ?

Le contrôle où le film n’est tenu que par les perforations (sans plaque supérieure) affiche des valeurs RMS 2,3 fois plus élevées que le meilleur porte-film. C’est la donnée la plus importante de toute la mesure : elle confirme que la méthode distingue de réelles différences de planéité et que les résultats ne se noient pas dans le bruit de mesure.

Ausgeknipst (RMS 163 µm)

La valeur RMS la plus basse du test. La carte thermique montre une répartition relativement homogène, sans point chaud dominant. La partie supérieure interchangeable plaque le film à la fois sur les côtés et dans la longueur, ce qui se traduit par un maintien homogène. La variation d’un passage à l’autre (l’écart entre les résultats quand on remet plusieurs fois en place le même film) était de 176 µm, comparable à celle du Negative Supply.

Valoi (RMS 175 µm)

Juste derrière Ausgeknipst. La carte thermique montre de légères ondulations, qui pourraient venir du guidage en S propre au canal du Valoi : à l’insertion, le film passe dans un canal incurvé. Avec 210 µm, la variation d’un passage à l’autre était un peu plus élevée que pour les deux autres porte-films. Les données ne permettent pas de dire si cela tient à la conception ou à la manière dont le film est engagé.

Negative Supply (RMS 202 µm)

C’est la valeur RMS la plus élevée des trois porte-films. La carte thermique est plus contrastée que celles des deux autres, et les zones les plus bombées y ressortent plus nettement. Le Negative Supply ne guide le film que sur ses deux bords longs, pas dans le sens de la longueur. Cette absence de guidage longitudinal pourrait expliquer pourquoi l’écart est un peu plus important au centre de la fenêtre. En revanche, c’est lui qui affiche la plus faible variation d’un passage à l’autre du test, avec 175 µm : à chaque mise en place, le film se loge toujours au même endroit.

La comparaison

Entre le meilleur et le moins bon porte-film, le facteur est de 1.2x (163 contre 202 µm RMS). En valeur absolue, cela représente 39 micromètres d’écart, soit moins que l’épaisseur d’un cheveu.

Pour remettre les choses en perspective : à f/8, l’ouverture à laquelle la plupart des gens numérisent, la profondeur de champ au niveau du négatif est d’environ 500 micromètres. Les trois porte-films maintiennent le film dans cette tolérance. À cette ouverture, l’écart de 39 µm ne se verra pas sur le scan final.

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

À quoi ressemblent de vrais scans faits avec le porte-film 120 ?

La mesure ci-dessus a été réalisée en 24×36 sur le rail macro, à pleine ouverture et avec une seule bande de test. Les quatre images ci-dessous montrent ce que donnent les scans faits avec notre porte-film en utilisation normale. Le photographe italien Osea Costantini a testé notre porte-film pour pellicule 120 au format 6×6 avec ses propres négatifs noir et blanc, sur sa propre installation de numérisation. Nous lui avions fourni les porte-films pour ce test.

Précision : nous vendons une partie des produits mentionnés ici. Cet article se veut néanmoins avant tout une aide, et non un texte commercial.

Nous avons d’abord regardé les coins, car lorsque le film se bombe dans un porte-film sans verre, ce sont eux qui perdent leur netteté en premier. Sur ces scans, la netteté tient jusqu’au bord de l’image. On le voit bien sur la photo du peintre dans le champ de tournesols : en bas à droite, la couture de la poche de sa veste est aussi nette que la toile au centre de l’image. En bas à gauche, on distingue clairement les nervures des feuilles de tournesol.

Il ne s’agit pas d’une mesure. Les négatifs ne sont pas ceux de notre bande de test, le format est plus grand, et les fichiers présentés dans cet article sont réduits pour le web. Ces images montrent seulement à quoi ressemble le résultat quand quelqu’un numérise ses propres films avec le porte-film.

Scans : Osea Costantini, film 120 au format 6×6, numérisé avec notre porte-film et publié avec son autorisation. Vous trouverez d’autres de ses travaux sur sa chaîne YouTube.

Conclusion

Les trois porte-films maintiennent le film plus plat, de façon mesurable, qu’une bande de film sans support. Les différences entre eux sont faibles : le facteur entre le meilleur et le moins bon résultat est de 1.2x.

Ces produits se distinguent sur bien d’autres points (matériau, flux de travail, compatibilité, prix). La planéité du film n’est qu’un critère parmi d’autres, et sur ce critère précis, les trois porte-films testés sont très proches les uns des autres.

Remarque sur le dispositif de mesure

Les mesures ont été faites à f/2.8 (pleine ouverture). Ce n’est pas l’ouverture habituelle pour numériser : à pleine ouverture, le piqué de l’objectif baisse, surtout dans les coins. Pourquoi alors ouvrir à fond ? Parce que la profondeur de champ doit être assez faible pour que des différences mesurables apparaissent tout simplement dans le plan du film. À f/5.6 ou f/8, elle serait trop grande pour mettre en évidence le gondolage du film. Un objectif macro 100mm au rapport de reproduction 1:1, légèrement diaphragmé, aurait été un meilleur instrument de mesure, mais nous n’en avions pas à disposition.

Appel à la communauté : aidez-nous à mieux mesurer

Cette expérience était un premier essai avec un matériel limité. La méthode a des faiblesses, que nous avons documentées plus haut. Si quelqu’un dans la communauté connaît une méthode plus précise et abordable (interférométrie laser, topographie par moiré ou autre chose), nous serons ravis d’en entendre parler. Les tests seront refaits et les données brutes publiées.

Le but n’est pas de faire un comparatif marketing. Le but est d’améliorer notre propre conception en nous appuyant sur des mesures.