Test di planarità della pellicola: 3 portapellicole a confronto quantitativo iniziale

Questo articolo documenta un tentativo di confrontare quantitativamente la planarità della pellicola in tre supporti per scansione DSLR. Il metodo si basa sull’analisi Depth-from-Focus con un carrello macro. La precisione della misurazione è limitata -- i risultati mostrano tendenze e differenze relative, non valori assoluti.

Perché la planarità della pellicola è importante

La planarità della pellicola è la lamentela più comune nella community di scansione DSLR. La pellicola si incurva nel supporto e gli angoli perdono nitidezza. La fisica dietro è nota: con impostazioni di scansione tipiche, la profondità di campo è di pochi decimi di millimetro. Una curvatura di 0,3 mm è sufficiente a causare una perdita di nitidezza visibile negli angoli.

Molte opinioni, nessun dato di misurazione

Nei forum e su Reddit si trovano molte affermazioni sulla planarità della pellicola -- "Gli angoli sono morbidi", "Il supporto X è migliore di Y". Quello che manca sono dati di misurazione. Secondo la nostra ricerca, nessuno ha mai determinato e pubblicato quantitativamente la deviazione di una pellicola in un supporto. Tutti i confronti si basano su valutazioni soggettive della nitidezza della scansione.

Questo articolo è un tentativo di cambiare questa situazione.

La striscia di test

La striscia di test usata -- Kodak Gold 200, scattata con una Olympus OM-2n e Zuiko 50mm f/1.8 a f/5.6. Negativo relativamente denso con informazioni visive distribuite uniformemente.

Per tutte le misurazioni è stata usata la stessa striscia di pellicola e lo stesso fotogramma. La scelta del soggetto è importante: il metodo Depth-from-Focus richiede texture nell’immagine (grana della pellicola, bordi) per determinare il punto di messa a fuoco. Un soggetto uniformemente chiaro o scuro -- cielo, muro, neve -- non fornisce un segnale utile. Rami e foglie sono ideali: densi, contrastati, distribuiti uniformemente su tutto il fotogramma.

Metodo A: il controllo della riflessione (qualitativo)

La superficie della pellicola riflette la luce. Tenendo la pellicola fissata sotto una lampada da soffitto, le irregolarità appaiono come linee di riflessione distorte. Questo metodo è semplice, mostra dettagli fini -- ma non si può tradurre in numeri.

La stessa striscia di pellicola in quattro supporti, fotografata ciascuno sotto la lampada da soffitto:

Riferimento: la stessa pellicola tenuta a mano, senza supporto

Quello che si riconosce a occhio nudo: nessun supporto tiene la pellicola perfettamente piatta -- le linee di riflessione sono distorte in tutti e tre. Ma tutti e tre fanno un lavoro visibilmente migliore rispetto a nessun supporto. Quale sia il migliore si può solo intuire dalle immagini di riflessione. La curvatura non è quantificabile -- non si può leggere dalla riflessione se la deviazione è di 50 o 500 micrometri. Ecco perché serve il secondo metodo.

Come i tre portapellicola guidano la pellicola

I tre portapellicola testati utilizzano principi costruttivi diversi per mantenere la pellicola in posizione. Questo influisce su dove e quanto la pellicola può incurvarsi.

Negative Supply: La base ha una porta formato panoramico -- la pellicola è guidata solo sui due lati longitudinali (alto e basso). Non c'è guida in lunghezza. Esistono maschere che si inseriscono dal basso (per Half Frame, 35mm o Panorama), ma anche con la maschera la pellicola è libera in direzione longitudinale. Ciò significa: al centro della porta la pellicola ha il massimo margine di flessione.

Valoi: Per ogni formato di pellicola esiste un portapellicola unico, realizzato in un unico pezzo. La pellicola è guidata sia in larghezza che in lunghezza. La costruzione della guida longitudinale non è visibile dall'esterno, poiché è integrata nel corpo.

Ausgeknipst: Una combinazione di entrambi gli approcci. La base ha, come in Negative Supply, una porta formato panoramico e guida la pellicola solo ai lati. Su di essa si montano top intercambiabili che guidano e premono la pellicola anche in lunghezza dall'alto. Senza top il portapellicola si comporta come l'approccio Negative Supply (solo guida laterale). Con il top si aggiunge la guida longitudinale.

Questa differenza nella guida è rilevante per la misurazione: poiché la larghezza della porta è diversa per ogni portapellicola, l'analisi è stata limitata all'80% interno del fotogramma della pellicola. Le aree ai bordi contengono poche informazioni visive e vengono comunque tagliate durante la scansione -- non sono incluse nel confronto.

Metodo B: misurazione Depth-from-Focus (quantitativa)

La fotocamera si muove su una slitta macro in passi definiti attraverso il piano della pellicola. In ogni posizione viene scattata una foto. Ogni regione dell'immagine raggiunge la massima nitidezza in un fotogramma diverso -- a seconda di quanto è distante dall'obiettivo. Dalla posizione del massimo di messa a fuoco si può calcolare l'altezza della superficie della pellicola in ogni punto.

Setup

Setup di misurazione: fotocamera sulla slitta macro, portapellicola sulla sorgente luminosa. I Post-It sotto il tavolo luminoso fungono da spessori -- compensano minime differenze di altezza agli angoli, in modo che il piano della pellicola sia parallelo al sensore.

Primo piano: slitta macro con comparatore -- passo 0,1 mm

I dettagli:

• Fotocamera: Sony ZV-E10
• Obiettivo: Carl Zeiss Jena Tessar 50mm f/2.8 su soffietto macro
• Apertura: f/2.8 (completamente aperta, per massima sensibilità allo spostamento di fuoco)
• Carrello macro: passo di 0,1 mm, 21 scatti per passaggio
• Allineamento: metodo dello specchio

Allineamento dello specchio: il riflesso della lente deve essere esattamente al centro affinché l'asse ottico sia perpendicolare al piano della pellicola

Analisi

Uno script Python esegue l'analisi. Divide ogni immagine in una griglia e determina per ogni cella in quale frame la nitidezza è massima. Da questo si può calcolare l'altezza della superficie della pellicola in ogni punto. Seguono due correzioni: prima viene eliminata l'inclinazione globale (il sensore non è mai perfettamente parallelo alla pellicola). Poi viene rimossa la curvatura di campo dell'obiettivo, lasciando solo la topografia pura della pellicola.

Per ogni supporto tre passaggi, mescolati e mediati.

Dettagli tecnici sull'elaborazione dei dati

Per l'analisi lo script divide ogni immagine in una griglia di 20 x 30 celle. Per ogni cella viene calcolata la varianza del Laplaciano su tutti i 21 frame -- una misura di quanto contrasto ad alta frequenza (granulosità della pellicola, bordi) contiene la cella. La cella è più nitida quando il piano di messa a fuoco è esattamente sulla superficie della pellicola.

La curva di nitidezza risultante ha un picco per cella. La sua posizione viene determinata tramite interpolazione parabolica a 3 punti, per ottenere una risoluzione Z più fine rispetto al passo (0,1 mm). Successivamente viene adattato e sottratto un piano di best-fit all'intera mappa Z (correzione dell'inclinazione). Nel confronto tra più supporti, viene sottratta la media di tutte le mappe Z come bias di sistema (Common-Mode Rejection) -- questo rimuove la curvatura di campo dell'obiettivo, identica in tutte le misurazioni.

L'analisi viene effettuata sull'80% interno del fotogramma della pellicola. Le aree ai bordi vengono scartate -- contengono poche o nessuna informazione visiva e vengono comunque tagliate durante la scansione.

Gli script sono scritti in Python (numpy, opencv, matplotlib). Chi vuole controllare il codice o ricalcolare i dati grezzi può contattarci -- in caso di critiche fondate al metodo, adegueremo l'analisi e pubblicheremo i risultati corretti.

Riferimento Worst-Case: pellicola guidata solo ai bordi, senza piastra superiore -- massimo cedimento

Risultati

Tre run per supporto, mediati. Misurati sull’80% interno del fotogramma della pellicola (esclusi i bordi, poiché i supporti guidano la pellicola con larghezze diverse -- vedi sopra). Curvatura del campo dell’obiettivo rimossa tramite Common-Mode Rejection.

Supporto	PV (um)	RMS (um)
Ausgeknipst	1102	163
Valoi	1382	175
Negative Supply	1708	202
Sprocket (controllo)	2309	381

PV = Peak-to-Valley: la massima deviazione tra il punto più alto e quello più basso.
RMS = Root Mean Square: la deviazione media -- molto più robusta di PV, perché un singolo valore anomalo non distorce il risultato.

Heatmap

Le heatmap mostrano la topografia del piano della pellicola. Rosso significa: la pellicola si incurva verso l’obiettivo. Blu: si abbassa allontanandosi. Bianco è il piano ideale. La scala è in micrometri.

Confronto 3 supporti: Rosso = pellicola più vicina all’obiettivo, Blu = più lontana

Validazione: Il supporto Sprocket (a sinistra) mostra chiaramente più deviazione rispetto ai supporti con piastra superiore

E le singole heatmap, mediate su tre run ciascuna:

Ausgeknipst -- media su 3 run

Valoi -- media su 3 run

Negative Supply -- media su 3 run

Cosa dicono i dati

Validazione: Il metodo funziona?

Il controllo Sprocket (pellicola senza piastra superiore) mostra valori RMS 2,3 volte più alti rispetto al miglior supporto. Questo è il dato più importante dell'intera misurazione: conferma che il metodo risolve differenze reali nella planarità della pellicola e che i risultati non sono nascosti dal rumore di misura.

Ausgeknipst (RMS 163 um)

Il valore RMS più basso nel test. La heatmap mostra una distribuzione relativamente uniforme senza hotspot dominanti. Il top intercambiabile preme la pellicola sia ai lati che in lunghezza, riflettendosi in una guida uniforme. La variazione Run-to-Run (quanto i risultati differiscono inserendo ripetutamente la stessa pellicola) è stata di 176 um -- comparabile a Negative Supply.

Valoi (RMS 175 um)

Appena dietro Ausgeknipst. La heatmap mostra lievi motivi ondulati che potrebbero derivare dalla guida a curva a S del design del canale Valoi -- la pellicola viene guidata attraverso un canale curvo durante l'inserimento. La variazione da corsa a corsa era con 210 um leggermente più alta rispetto agli altri due supporti. Non è possibile dedurre dai dati se ciò dipenda dalla costruzione o dal modo in cui la pellicola viene infilata.

Negative Supply (RMS 202 um)

Il valore RMS più alto tra i tre supporti. La heatmap mostra più contrasto rispetto agli altri due -- le aree con maggiore curvatura sono più evidenti. Negative Supply sostiene la pellicola solo ai lati longitudinali, non lungo la lunghezza. La mancanza di guida longitudinale potrebbe spiegare perché la deviazione al centro del gate è leggermente più alta. Allo stesso tempo, la variazione da inserimento a inserimento con 175 micron è stata la più bassa nel test -- la pellicola si posiziona sempre nello stesso punto.

Il confronto

Il fattore tra il miglior e il peggior supporto è 1,2x (163 vs. 202 micron RMS). In termini assoluti: 39 micrometri di differenza. Meno dello spessore di un capello umano.

Per riferimento: a f/8 -- l'apertura con cui la maggior parte delle persone scansiona -- la profondità di campo sul negativo è circa 500 micrometri. Tutti e tre i supporti mantengono la pellicola entro questa tolleranza. La differenza di 39 micron non sarà visibile in una scansione finita a questa apertura.

Con aperture più ampie (f/4 o f/2.8, come in setup di scansione di fascia alta) la profondità di campo si riduce a meno di 200 micron. In questo intervallo le differenze misurate potrebbero diventare rilevanti -- ma anche in quel caso l'effetto è difficile da separare da altre fonti di errore (allineamento del sensore, curvatura del campo dell'obiettivo, curl specifico della pellicola).

Conclusione

Tutti e tre i supporti mantengono la pellicola misurabilmente più piatta rispetto a una striscia di pellicola non supportata. Le differenze tra loro sono ridotte -- il fattore tra il migliore e il peggiore risultato è 1,2x.

I prodotti differiscono in molti altri aspetti (materiale, flusso di lavoro, compatibilità, prezzo). La planarità della pellicola è solo uno dei fattori. Su questo singolo fattore i tre supporti testati sono molto vicini.

Nota sul setup

La misurazione è stata effettuata a f/2.8 (apertura massima). Questo non è comune per la scansione -- all'apertura massima la resa dell'obiettivo diminuisce, specialmente agli angoli. Il motivo per l'apertura massima: la profondità di campo deve essere abbastanza piccola da far emergere differenze misurabili nel piano pellicola. A f/5.6 o f/8 la profondità di campo sarebbe troppo grande per risolvere il curl della pellicola. Un macro 100mm a ingrandimento 1:1 e leggermente chiuso sarebbe stato uno strumento di misura migliore -- ma non era disponibile.

Alla community: aiutaci a misurare meglio

Questo esperimento è stato un primo tentativo con attrezzatura limitata. Il metodo ha delle debolezze, documentate sopra. Se qualcuno nella community conosce un metodo più preciso e accessibile -- interferometria laser, topografia Moiré o altro -- saremo felici di ricevere suggerimenti. I test saranno ripetuti e i dati grezzi pubblicati.

L'obiettivo non è un confronto di marketing. L'obiettivo è migliorare la propria costruzione basandosi su dati di misurazione.