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 la scansione con DSLR. Il metodo si basa sull'analisi Depth-from-Focus con una slitta macro. La precisione delle misurazioni è limitata; i risultati mostrano tendenze e differenze relative, non valori assoluti.

Perché la planarità della pellicola è importante

La planarità della pellicola è il problema più frequentemente segnalato nella comunità della scansione con DSLR. La pellicola si incurva nel supporto e gli angoli perdono nitidezza. La fisica alla base è nota: con le impostazioni di scansione tipiche, la profondità di campo è di appena frazioni 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 numerose affermazioni sulla planarità della pellicola: «Gli angoli sono sfocati», «Il supporto X è migliore di Y». Quello che non si trova sono dati di misurazione. Dalle nostre ricerche, nessuno ha determinato e pubblicato quantitativamente la deviazione di una pellicola in un supporto. Tutti i confronti si basano su una valutazione soggettiva della nitidezza della scansione.

Questo articolo è un tentativo di cambiare la situazione.

La striscia di prova

La striscia di prova utilizzata, Kodak Gold 200, scattata con una Olympus OM-2n e un Zuiko 50mm f/1.8 a f/5.6. Negativo relativamente denso, con informazioni dell'immagine distribuite uniformemente.

Per tutte le misurazioni sono state utilizzate la stessa striscia di pellicola e lo stesso fotogramma. La scelta del soggetto è importante: il metodo Depth-from-Focus ha bisogno di texture nell'immagine (grana della pellicola, bordi) per determinare il punto di messa a fuoco. Un soggetto uniformemente chiaro o scuro (cielo, parete, neve) non fornisce un segnale utilizzabile. Rami e foglie sono ideali: densi, contrastati e distribuiti uniformemente sull'intero fotogramma.

Metodo A: il controllo della riflessione (qualitativo)

La superficie della pellicola riflette la luce. Tenendo la pellicola inserita sotto una plafoniera, le irregolarità diventano visibili come linee di riflessione distorte. Questo metodo è semplice e mostra dettagli fini, ma non può essere tradotto in numeri.

La stessa striscia di pellicola in quattro supporti, fotografata ogni volta sotto la plafoniera:

Riferimento: la stessa pellicola tenuta semplicemente con le mani, senza supporto

Cosa si riesce a vedere a occhio nudo: nessuno dei supporti mantiene la pellicola perfettamente piatta; le linee di riflessione sono distorte in tutti e tre i casi. Tuttavia, tutti e tre svolgono visibilmente un lavoro migliore rispetto all’assenza di supporto. Dalle immagini delle riflessioni si può al massimo intuire quale sia il migliore. La curvatura non è quantificabile: dalla riflessione non si può capire se la deviazione sia di 50 o di 500 micrometri. Ecco perché serve il secondo metodo.

Come i tre supporti guidano la pellicola

I tre supporti 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 un gate in formato panoramico e la pellicola viene guidata solo sui due lati longitudinali (superiore e inferiore). Non c’è alcuna guida in lunghezza. Esistono mascherine che si inseriscono dal basso (per Half Frame, 35mm o panoramico), ma anche con la mascherina la pellicola rimane libera in direzione longitudinale. Questo significa che al centro del gate la pellicola ha il massimo margine per incurvarsi verso il basso.

Valoi: Per ogni formato di pellicola esiste un supporto dedicato, stampato in un unico pezzo. La pellicola viene guidata sia in larghezza sia in lunghezza. La struttura della guida longitudinale non è visibile dall’esterno, poiché è integrata nell’alloggiamento.

Ausgeknipst: Una combinazione dei due approcci. La base ha, come Negative Supply, un gate in formato panoramico e guida la pellicola solo ai lati. Su di essa vengono montati top intercambiabili, che guidano e tengono premuta la pellicola anche dall’alto e per tutta la sua lunghezza. Senza top, il supporto si comporta come l’approccio di Negative Supply (solo guida laterale). Con il top si aggiunge la guida longitudinale.

Cosa significa per i bordi della pellicola: Tutti e tre i sistemi guidano la pellicola proprio lungo la superficie che bisognerebbe lasciare scoperta per poter scansionare perforazioni e scritte sui bordi. Un supporto che mostra il bordo non può più trattenere la pellicola in quel punto, e la misurazione di controllo più in basso mostra dove questo finisce: senza piastra di copertura, la stessa striscia con 381 µm RMS si discosta dal piano di 2,3 volte in più. In questa configurazione, scansioni dei bordi e planarità si escludono a vicenda. Chi vuole entrambe le cose non può fare a meno di due vetri anti-NewTon e deve pagarne il prezzo in termini di velocità, perché ogni fotogramma viene inserito singolarmente.

Questa differenza nella guida è rilevante per la misurazione: poiché la larghezza del gate varia per ogni supporto, l'analisi è stata limitata all'80% interno del fotogramma della pellicola. Le aree marginali contengono poche informazioni sull'immagine e vengono comunque tagliate durante la scansione; pertanto non entrano nel confronto.

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

La fotocamera si sposta su una slitta macro attraverso il piano della pellicola, avanzando a intervalli definiti. A ogni posizione viene scattata un'immagine. Ogni regione dell'immagine raggiunge la massima nitidezza in un fotogramma diverso, a seconda della distanza dall'obiettivo. Dalla posizione del picco di nitidezza è possibile calcolare l'altezza della superficie della pellicola in ogni punto.

Configurazione

Configurazione di misurazione: fotocamera sulla slitta macro, supporto della pellicola sulla fonte luminosa. I Post-it sotto il piano luminoso fungono da spessori e compensano le minime differenze di altezza agli angoli, in modo che il piano della pellicola sia parallelo al sensore.

Primo piano: slitta macro con comparatore, passo di 0.1 mm

I dettagli:

• Fotocamera: Sony ZV-E10
• Obiettivo: Carl Zeiss Jena Tessar 50mm f/2.8 su soffietto macro
• Diaframma: f/2.8 (completamente aperto, per la massima sensibilità agli spostamenti della messa a fuoco)
• Slitta macro: passo di 0.1 mm, 21 scatti per passaggio
• Allineamento: metodo dello specchio

Allineamento dello specchio: il riflesso dell'obiettivo deve essere perfettamente centrato, 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 fotogramma la nitidezza è massima. Da questo è possibile calcolare l'altezza della superficie della pellicola in ogni punto. Seguono due correzioni: innanzitutto viene rimossa l'inclinazione globale, poiché il sensore non è mai perfettamente parallelo alla pellicola. In secondo luogo viene eliminata la curvatura di campo dell'obiettivo, così da lasciare solo la pura topografia della pellicola.

Tre passaggi per supporto, in ordine casuale, con media dei risultati.

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, su tutti i 21 fotogrammi, la varianza del Laplaciano, una misura della quantità di contrasto ad alta frequenza (grana della pellicola, bordi) contenuta nella cella. La cella è più nitida quando il piano di messa a fuoco coincide esattamente con la superficie della pellicola.

La curva di nitidezza risultante presenta un picco per ogni cella. La 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 un piano di miglior fit all'intera mappa Z e sottratto (correzione dell'inclinazione). Nel confronto tra più supporti, la media di tutte le mappe Z viene sottratta come bias di sistema (reiezione del modo comune), rimuovendo la curvatura di campo dell'obiettivo, identica in tutte le misurazioni.

L'analisi viene eseguita sull'80% centrale del fotogramma. Le aree ai bordi vengono scartate: contengono poche o nessuna informazione dell'immagine e vengono comunque tagliate durante la scansione.

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

Riferimento nel caso peggiore: pellicola guidata solo ai bordi, senza piastra di copertura, con la massima incurvatura

Risultati

Tre cicli per supporto, con valori mediati. Misurati sull'80% centrale del fotogramma (escludendo le aree ai bordi, poiché i supporti guidano la pellicola con larghezze diverse, come indicato sopra). La curvatura di campo dell'obiettivo è stata rimossa tramite reiezione del modo comune.

PV = Peak-to-Valley: lo scostamento massimo tra il punto più alto e quello più basso.
RMS = Root Mean Square: lo scostamento quadratico medio, molto più robusto del PV, perché un singolo valore anomalo non distorce il risultato.

Mappe di calore

Le mappe termiche mostrano la topografia del piano della pellicola. Il rosso indica che la pellicola si incurva verso l’obiettivo. Il blu indica che si allontana da esso. Il bianco rappresenta il piano ideale. La scala mostra i micrometri.

Confronto tra 3 supporti: rosso = pellicola più vicina all’obiettivo, blu = più lontana

Validazione: il supporto Sprocket (a sinistra) mostra una deviazione nettamente maggiore rispetto ai supporti con piastra di copertura

E le singole mappe termiche, calcolate come media di tre prove ciascuna:

Ausgeknipst, media di 3 prove

Valoi, media di 3 prove

Negative Supply, media di 3 prove

Cosa dicono i dati

Validazione: il metodo funziona?

Il controllo Sprocket (pellicola senza piastra di copertura) mostra valori RMS 2,3 volte superiori rispetto al supporto migliore. Questo è il dato più importante dell’intera misurazione: conferma che il metodo rileva differenze reali nella planarità della pellicola e che i risultati non vengono sommersi dal rumore di misurazione.

Ausgeknipst (RMS 163 µm)

Il valore RMS più basso del test. La mappa termica mostra una distribuzione relativamente uniforme, senza hotspot dominanti. Il top intercambiabile preme la pellicola sia sui lati sia per tutta la lunghezza, come si riflette nella guida uniforme. La variazione tra le prove (ovvero quanto differiscono i risultati quando si reinserisce la stessa pellicola) è stata di 176 µm, un valore comparabile a quello di Negative Supply.

Valoi (RMS 175 µm)

Subito dopo Ausgeknipst. La mappa termica mostra lievi motivi ondulati, che potrebbero dipendere dalla guida a S del design a canale di Valoi: durante l’inserimento, la pellicola viene guidata attraverso un canale curvo. La variazione tra le prove, pari a 210 µm, è stata leggermente più elevata rispetto agli altri due supporti. Dai dati non è possibile stabilire se ciò dipenda dalla struttura o dal modo in cui viene inserita la pellicola.

Negative Supply (RMS 202 µm)

Il valore RMS più alto dei tre supporti. La mappa termica mostra un contrasto maggiore rispetto agli altri due: le aree con una curvatura più accentuata sono più visibili. Negative Supply guida la pellicola solo lungo i lati, non per tutta la lunghezza. L’assenza di una guida longitudinale potrebbe spiegare perché la deviazione al centro del gate risulti leggermente più elevata. Allo stesso tempo, con 175 µm, la variazione tra le prove è stata tra le più basse del test: la pellicola si posiziona nello stesso punto in modo coerente a ogni inserimento.

Il confronto

Il rapporto tra il supporto migliore e quello peggiore è di 1,2× (163 contro 202 µm RMS). In numeri assoluti: 39 micrometri di differenza. È meno dello spessore di un capello umano.

Per fare un confronto: a f/8, il diaframma con cui esegue la scansione la maggior parte delle persone, la profondità di campo sul negativo è di circa 500 micrometri. Tutti e tre i supporti mantengono la pellicola entro questa tolleranza. La differenza di 39 µm non sarà visibile in una scansione finita eseguita a questo diaframma.

Con diaframmi più aperti (f/4 o f/2.8, come quelli utilizzati nei setup di scansione di fascia alta), la profondità di campo scende al di sotto di 200 µm. In questo intervallo, le differenze misurate potrebbero diventare rilevanti, ma anche in quel caso è difficile separare l'effetto da altre fonti di errore (allineamento del sensore, curvatura di campo dell'obiettivo, curl della specifica striscia di pellicola).

Conclusioni

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 rapporto tra il risultato migliore e quello peggiore è di 1,2×.

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

Nota sulla configurazione

La misurazione è stata effettuata a f/2.8 (diaframma aperto). Non è una condizione consueta per la scansione: a tutta apertura le prestazioni dell'obiettivo diminuiscono, soprattutto agli angoli. Il motivo del diaframma aperto è che la profondità di campo deve essere sufficientemente ridotta perché si possano rilevare differenze misurabili sul piano della pellicola. A f/5.6 o f/8 la profondità di campo sarebbe troppo ampia per risolvere il curl della pellicola. Un macro da 100 mm con rapporto di riproduzione 1:1 e leggermente diaframmato sarebbe stato lo strumento di misurazione migliore, ma non era disponibile.

Alla community: aiutaci a misurare meglio

Questo esperimento è stato un primo tentativo con attrezzatura limitata. Il metodo presenta dei punti deboli, documentati sopra. Se qualcuno nella community conosce un metodo più preciso e accessibile (interferometria laser, topografia Moiré o altro), saremo lieti di ricevere indicazioni. I test verranno ripetuti e i dati grezzi saranno pubblicati.

L'obiettivo non è un confronto di marketing. L'obiettivo è migliorare il proprio progetto sulla base dei dati di misurazione.