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AlbertTRAL

La historia reciente de M o cómo controlar el punto digitalmente disperso.

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¿Realidad o entelequia?

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http://camerasize.com/


1. Realidad
Curiosamente los caminos del Señor dicen que son inescrutables (¿Isaías?), pero ciertamente Leica ha seguido caminos opuestos a otros fabricantes en el mundo de la fotografía, y muy opuestos si consideramos a uno de los mas significativos en estos momentos por sus avances constantes, Sony.

Leica parece que se deje llevar en la parte del cuerpo de las cámaras pero en contraposición, concibiendo y elaborando unos objetivos excelsos. Por otra parte Sony, aplica todo lo que tiene en su conocimiento para generar y miniaturizar la parte del cuerpo, pero dejando los objetivos cómo una parte secundaria y “lástima que los necesitemos por narices” o a terceros socios... ¿Esto es realmente así, o sólo nos lo parece?

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© H.Hackbarth en Flickr

De izquierda a derecha, Leica Summilux 50mm f/1.4 ASPH, Zeiss FE Sonnar T* 55mm f/1.8, Zeiss Otus Apo Distagon T* 55mm f/1.4, SLR Magic HyperPrime CINE 50mm T0.95, Leica Noctilux 50mm f/0.95 ASPH

“Flota en el aire” que hay un punto de desarrollo técnico con el cual Leica ha ganado a los demás “por varios cuerpos de ventaja”, y que mantiene bajo el mas estricto de los secretos y mejor guardado que la localización del Santo Grial, ya que cómo decía aquel... a la fuerza ahorcan... Bueno, realmente no fue Leica, sino su socio en el procesado digital de imágenes, Jenoptik. Vamos a ello...

A Leica se le presentó una encrucijada ya que los sistemas digitales habían pasado todos a tener una “lente” de mas, a saber, el stack (filtro AA+microprismas+IR blocking+etc) delante del sensor con un índice de refracción promedio de, podemos aproximar, 1.5 dónde antes sólo había aire con un índice de refracción de 1, y esto afectaba a la calidad de reproducción final de la imagen y le afecta mas cuanto mas oblicuos eran los rayos de incidencia en el plano de imagen (caso de objetivos simétricos) y cuanto mas gruesa era dicha “lente” extra (Leica llegó a afirmar que una M digital no era posible con la tecnología que tenía a su alcance...digital M not possible at this time y luego en 2008 volvió a publicar que una M digital FF era imposible...cómo nos apunta Thorsten Overgaard en su Leica history). Esta es la razón por la cual Leica fue la primera en eliminar el grueso del filtro paso bajo anti aliasing minimizando a su vez el IR blocking y la primera en implementar microprismas de desplazamiento variable en función de la distancia al centro de la imagen... cosa ya implementada por la mayoría en estos momentos aunque, supongo que por cuestiones mecánicas, sin implementar IR blockings tan delgados (y por ende, delicados) para mejorar la gestión de los IR...

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Visto en http://www.freepatentsonline.com/20140285903.pdf


Leica estaba muy interesada en batir el cobre con este punto ya que la mayoría de sus diseños no son retrofocales (su primer retro en focales cortas para las M fue el Elmarit 21 pre de 1980, principalmente “forzados” por la M5), por lo tanto son los mas pequeños y con pocas aberraciones residuales a corregir (por diseño, muy bajas distorsiones, aberraciones cromáticas laterales y coma), y el parque disponible desde principios del siglo pasado es enorme (aspectos ambos no compartidos por los demás fabricantes). El punto de inflexión, y pienso que es lo que permitió a Leica llegar a una M FF de 35mm, fue el algoritmo de deconvolución de la función de dispersión del punto desarrollado por su socio Jenoptik, del cual hay poquísima información, poquísima publicidad, nada de marketing y al contrario de la evolución del hardware quitando el filtro PB y poniendo los microprismas variables, en este caso, nadie ha implementado con semejante solvencia, o al menos que se sepa (bueno, realmente no se sabe si ni siquiera Leica lo ha hecho... pero ciertamente se intuye :-)).

2.Principios
Recordando la ley de refracción de Snell (http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Snell), un haz de luz que pasa de un medio a otro con diferente índice de refracción (aire/vidrio....1,0/1,5), sufre una variación en su dirección de propagación (todos tenemos presentes la imagen de la pajita en un vaso con agua) proporcional a la relación entre susodichos índices y al ángulo de incidencia (si ponemos la pajita totalmente vertical, no vemos diferencia, y la vamos inclinando, sí parece que se doble). Así pues, creo que es bastante intuitivo pensar que un objetivo diseñado para que sus rayos enfoquen en el plano de imagen, al introducir una lente (incluso de caras paralelas) en el camino de los rayos de luz, éstos se desvíen algo por el postulado del amigo Snell, por ende, el camino recorrido será diferente, y por lo tanto, los conos de luz ya no tendrán su vértice sobre el plano de imagen sino fuera de él, es decir, el corte del cono con el plano de imagen ya no será el punto de su vértice sino que será un disco difuso... ya hemos llegado al punto “digitalmente” disperso... ;-)

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Nuestra experiencia “empírica” nos dice que un angular telemétrico pierde nitidez principalmente en las esquinas cuando lo ponemos en una sinespejo... ahora ya sabemos de dónde proviene... de la proporcionalidad del desvío con el ángulo de incidencia, en el centro, el ángulo es cero, por ende, el desvío es cero...;-)

¿Por qué hablando de angulares se ven mas afectados los “telemétricos” que los “reflex” o con mayor propiedad, los “simétricos” que los “retrofocales” (o tele invertidos)? Para mí, este punto es clave y es el que me mantiene, y muchas veces a mi pesar, en la órbita del planeta Leica cual satélite “enganchado” irremediablemente por Johannes Kepler ;-).

Por física óptica, los objetivos angulares mas pequeños y con menos aberraciones residuales son los simétricos. Por la misma física, estos objetivos tienen “la mala costumbre” de tener una distancia desde la posición aparente del diafragma visto por detrás (pupila de salida) al plano de imagen, aproximadamente igual a su distancia focal, es decir, muy pequeña, lo que lleva a unos rayos de luz muy angulados en los extremos del círculo de imagen... y ya hemos visto lo que ocurre, que la imagen se estropea proporcionalmente a este ángulo... siendo también, por ende, la distancia de backfocus (del vértice de la última lente al plano de imagen) muy pequeña afectando a los sistemas de medición TTL.

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Los objetivos angulares simétricos, con su distancia trasera al plano de imagen tan pequeña que implica una inclinación muy grande del haz, reaccionan de una manera mucho más sensible a un cambio de índice de refracción en el espacio de la imagen causada por los filtros en la parte frontal del sensor (por ejemplo, el paso bajo o antialiasing y los filtros de bloqueo de IR). Si el filtro no se considera en el diseño del objetivo, la definición de los bordes sufrirá y además aparecerán artefactos de corrimiento de color.

Un Distagon (retrofocal) que nunca alcanza más de 20° de inclinación de haz en la esquina de la imagen reacciona de una manera más tolerante que un objetivo gran angular simétrico que podría llegar a una inclinación de 45° de haz (incluso un simétrico extremo cómo un Hologon llegará a 55º). Esta es la razón por la que los filtros en los sensores digitales de Leica y Ricoh son muy delgados o inexistentes para seguir manteniendo las prestaciones de las ópticas simétricas, y cuanto más antiguas, más simétricas y sin que se tuviera en cuenta en sus diseños los "nuevos" filtros necesarios en los sensores digitales e incorporados por defecto en sus superficies...

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Biogon 4,5/21 vs Distagon 2,8/25 con las bayonetas alineadas.


Si el filtro es significativamente más grueso, la función de transferencia de contraste para el borde de la imagen se hace mucho peor para las estructuras tangenciales, cómo en el caso de los retrofocales, pero debido al incremento de astigmatismo en lugar de la aberración cromática lateral. El foco se desplaza a mayores distancias para estructuras tangenciales por el incremento de la distancia recorrida por el haz a través del cristal del o de los filtros. Dado este caso, la única manera de mejorar la definición en los bordes es cerrando significativamente el diafragma.

Por poner un ejemplo ilustrativo de cómo han evolucionado los objetivos telemétricos, la distancia de backfocus del primer Biogon 4.5/21, era de tan sólo 9 mm, en el Biogon 21 G, creció hasta 12 mm. y en la familia ZM, la distancia mas corta que encontramos es de 15 mm. Esto también ayuda a medir mejor la luz...

3.Efectos
¿Cuanto se estropea la imagen? Pues, la dispersión del cono de luz será despreciable en el centro de la imagen cómo ya hemos visto. Para el extremo de la imagen, para un caso cómo el de la M9, con un IR blocking de 0,8mm (800 micras, bastante mas grueso que los 0,5mm de la M8 para filtrar mejor los IR y así evitar el corriento al lila de los materiales negros sintéticos) y considerando un índice de refracción de 1.5, una distancia desde la pupila de salida al plano de imagen de unos 30mm (bastante apropiada para angulares de focal menor o igual a 35mm) y una apertura del cono de luz de f/4 (lo que implica un diámetro de la pupila de salida de 30/4, es decir, 7.5mm), se puede calcular que en el extremo de la imagen, el cono de luz, en lugar de enfocar a un punto, se dispersará sobre 35 micras... y esto, en una M9, corresponde a unos 5 píxeles.

Es decir, lo que en la época de la película generaba un punto en el plano de imagen, ahora, en los sistemas digitales, se ha convertido en un disco difuso de 5 píxeles...

4.Soluciones
¿Cómo corregir esto? ¿Los microprismas son la solución?

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Pues no lo son. Los microprismas sólo mejoran el problema de un ángulo de incidencia extremo pero sobre un sólo pixel, mejorando su sensibilidad por concentrar mas luz y limitando a su vez la cantidad de luz que incide en píxeles adyacentes y por consecuencia del filtro Bayer, generando los conocidos artefactos de corrimiento de color. Llegados a este punto, sirva cómo ejemplo la reciente A7s que con sus “megapozos” y sus microprismas optimizados “gapless”, ha conseguido mitigar en gran medida los corrimientos de color pero que con su IR blocking de unos 2,5mm, sigue perdiendo nitidez en los bordes de la imagen con los simétricos...

Es bastante intuitivo pensar que un problema de astigmatismo que afecta a una superficie de cinco píxeles de diámetro, difícilmente se solucionara actuando sobre un solo pixel... sólo nos queda una solución, y esta es la corrección digital de la lente cómo diría el Sr. PS... ;-)

Llegamos al punto clave de la cuestión apuntada al pricipio, la deconvolución (http://es.wikipedia.org/wiki/Deconvolución) de la función de dispersión del punto, o cómo, conocido cómo se dispersa un punto convirtiéndose en un disco difuso, recorrer el camino contrario a la luz pero matemáticamente y recomponer dicho punto por software. ¡Narices con el procesado de señal! :-o

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La dispersión del cono de luz que produce el stack del sensor, cómo hemos visto, lo produce un fenómeno físico perfectamente conocido y su función de dispersión del punto FDP (PSF, point spread function) se puede modelar cómo una función de varios parámetros, a saber, la distancia de la pupila de salida, el diámetro de dicha pupila (es decir, la apertura), el grueso total del stack, su índice de refracción y la distancia del pixel evaluado al centro de la imagen. Conocida y modelada esta función, ya podemos deconvolucionar la dispersión provocada por el stack.

Supongo que ésto es realmente el avance importantísimo de Leica (o Jenoptik) que le permitió crecer del APS-H de la M8 al FF de la M9 y al mismo tiempo incrementar el grueso del IR Blocking de 0,5mm a 0,8 para quitarse de encima la molestia de los filtros UV/IRblocking para que los IR no afectasen a los colores.

Una forma de comprobar si Leica realmente aplica una (hipotética y no publicada) deconvolución de la FDP, sería autocorrelacionar (http://es.wikipedia.org/wiki/Autocorrelación) cada píxel con sus vecinos. Esta autocorrelación iría aumentando en diametro lo mismo que la propia función FDP al alejarnos del centro de la imagen cómo vimos al principio por la variación del ángulo de incidencia.

Cómo venimos insistiendo últimamente, no sólo de distancia de registro vive la compatibilidad real, entendiendo cómo “compatibilidad” unos resultados a la altura de los desarrollos utilizados... ;-) ...algunas veces, una piel de cordero "tecnológicamente no avanzado" puede esconder un lobo "punta de lanza" de la tecnología del procesado matemático computacional...

Con este artículo abrimos otro debate también en boga,
¿Qué es raw?
¿Cuales son sus límites?
¿Dónde empieza la consideración de “procesado” o “revelado”?
¿Porqué una deconvolución programada por un ingeniero se puede aceptar en un concurso y un procesado con PS no?
Pero esto es otra historia para otro momento... ;-) :-) ...se admiten sequels... :-D

¡Salud y buenas tomas cofrades!

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Actualizado 17-10-14 a las 13:55:22 por AlbertTRAL

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Comentarios

  1. Avatar de Manu L.
    Excelente artículo Albert. Gracias.
  2. Avatar de AlbertTRAL
    Manu gracias a ti por comentar. Me alegra que te guste porque realmente ya me justifica haberlo subido. No estaba muy seguro que semejante "tocho" fuese realmente de interés, sobre todo cuando se ven según que tipo de comentarios sobre los temas técnicos (aunque me suenan un poco a Esopo... ;-)). Me hubiese gustado mas comentarlo en vivo en una de nuestras meriendas pero la distancia siempre es un serio impedimento físico, aunque quién sabe, igual podemos hacer un día de estos una merienda en vídeo conferencia :-DD... aunque difícilmente podréis probar el chocolate del Bracafé en tiempo real! :-DD.
    Actualizado 14-10-14 a las 15:38:40 por AlbertTRAL
  3. Avatar de Ghibli
    Al fin le dediqué el tiempo que merece. Espectacular no debería ser la palabra, pero ahí lo voy a dejar.
    A pesar del tocho, se lee bien "con calma".

    Gracias por el trabajo.
  4. Avatar de AlbertTRAL
    Andrés, yo también creo que la deconvolución de la PSF es ciertamente algo espectacular... ;-) :-D

    Gracias por la paciencia y el interés... ;-)
  5. Avatar de grnavascues
    Muy currado Albert, cuesta sacarle todo el partido si no tienes los conocimientos de óptica física frescos, como es mi caso.
    De todos modos, gracias por el esfuerzo y por subir estas cosas que nos ilustran un poco mas!
    Gerar
  6. Avatar de AlbertTRAL
    Gerar, soy consciente de la parte árida , por eso he intentado "ilustrarlo" un poco, ya que una imagen vale mas que mil palabras y por eso estamos en un foro de fotografía, si no probablemente estaríamos en uno de literatura... .

    Muchas gracias por dejar unas líneas desde China.
  7. Avatar de kape06111
    Albert, gracias sinceras por este artículo técnico tan bien escrito y tan clarividente.
  8. Avatar de AlbertTRAL
    No Hans, gracias a ti por ser capaz de llegar hasta el final del artículo... ;-) :-D y dejar constancia de ello... ;-)
  9. Avatar de Jhon
    Por estas y otras importantes cosas tengo yo Leica.

    Yo soy de los que no lo ha leido todo .... la primera vez.

    Gracias compañero en la sombra.
  10. Avatar de AlbertTRAL
    Julian, sé que eres de los que aprecian estos "pequeños" detalles que hacen algunos productos diferenciarse de los demás. Gracias cómo no por llegar al final... y poner tu sello. ;-) :-)
  11. Avatar de Zkymera
    En su día no dije nada porque me sentía apabullado; días después, no recuerdo cuantos, más de lo mismo, aunque quizá un poquito menos. Y hoy, por n-ésima lectura, pues tampoco puedo decir que lo tenga realmente claro, frase a frase, pero es igual, aunque sea poco, sé algo más que ayer.... Pero vamos, que mi entrada ahora se debe a que recordé, y aquí lo encontré, que quedaba abierta una propuesta de debate del que también me gustaría aprender algo (egoísta que es uno), más ahora que me voy alejando cada vez más del raw .... Gracias Albert.

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