Nikon D4 y Otras Cuestiones

La aparición de un nuevo modelo de cámara provoca siempre expectación en relación a qué mejoras aporta respecto a sus predecesoras y sobre todo, cómo afectan a nuestro trabajo como fotógrafos. Si la novedad es de Canon o Nikon, el número de “afectados” es superior y por ello acaba por ocupar más espacio en foros y páginas web de todo tipo. También de forma inmediata, la aparición de una nueva cámara devalúa el valor de mercado del modelo anterior y genera la duda en los usuarios de si conviene cambiar al nuevo modelo. Esta duda no está exenta de un componente compulsivo que nos empuja, debidamente modulado por la publicidad, a buscar argumentos que justifiquen el cambio.

Por otra parte, si decidimos cambiar de cámara, ya sea por necesidad objetiva o en relación a esa compulsión provocada por la aparición de nuevos modelos, el panorama de oferta no ayuda a la toma de decisiones pues las marcas mantienen en producción unas gamas que aparte de grandes diferencias de precio, implican diferencias tecnológicas que no siempre quedan claras para el usuario medio. Si no hay limitaciones presupuestarias, la elección suele ser más fácil y la decisión se decanta generalmente por el modelo alto de gama. Aún así, con precios similares y en la franja alta de la gama disponible podemos encontrar ofertas en una misma marca que doblen o tripliquen la resolución y entonces la elección se complica. Frente al razonamiento básico de burro grande, ande o no ande, se puede argumentar el de ¿Por qué mantienen modelos con un tercio de resolución a un precio similar?

A modo de ejemplo y aprovechando la aparición de la nueva D4 de Nikon, en este género de dudas se puede incluir la pregunta de ¿Por qué Nikon rebaja la resolución de la nueva D4 respecto de alguna de sus predecesoras de la serie D3 o de forma espectacular en relación a la D800? Como es lógico, sólo Nikon nos podría dar una respuesta fundamentada. Pero como por razones de mercado no lo hará, creo que resulta lícito aventurar algunas hipótesis si las podemos razonar de forma objetiva. A menudo, las mejoras que aporta una nueva cámara no están relacionadas con cuestiones como la resolución. Aunque prestaciones tan dispares como la velocidad de proceso de los datos de la captación o el sellado del cuerpo frente a agentes meteorológicos pueden justificar un nuevo modelo, los usuarios suelen prestar más atención a las cifras de resolución del sensor. Esta preferencia está también condicionada por la información proporcionada por las marcas que prefieren simplificar la elección a una cifra que explicar complejas razones tecnológicas que descartarían inmediatamente a un buen número de usuarios.

Después de esta introducción al tema, hagamos un primer análisis de la evolución de los cuerpos de cámara de gama alta de Nikon desde la adopción por parte de la marca del sensor de formato completo o full frame de 24x36mm. En la Tabla 1 se muestran los datos de año de aparición, modelo, número de foto-receptores, dimensiones del sensor, pitch del sensor o separación entre los centros de dos foto-receptores consecutivos y las limitaciones de diafragmado que impone dicho pitch para una toma a aumento m = 0.1, es decir, a una distancia del objeto de aproximadamente diez veces la longitud focal del objetivo. Esta situación se correspondería, en el ámbito de la fotografía general, a un primer plano de una cara con un objetivo de por ejemplo, 105mm de longitud focal. La situación se plantea atendiendo a un cierto nivel de exigencia de detalle en la imagen, que es mayor que el que se espera a una distancia de toma más larga.

Los criterios 2p y 3p de las dos columnas de la derecha de la tabla son los que establecen a qué abertura de diafragma se considera que el aumento de tamaño del disco de Airy provocado por la difracción entra en conflicto con la resolución del sensor. El criterio 2p es más restrictivo mientras que el 3p acepta la degradación de la calidad de la  imagen como algo recuperable mediante procesado de imagen. La Figura 1 muestra el resultado de la Función de Transferencia de la Modulación (MTF) para la situación descrita con una cámara Nikon D700 equipada con el objetivo Micro-Nikkor 55mm f/3.5. Este objetivo, en el centro del campo imagen, está libre de aberraciones desde la plena abertura y su calidad de imagen está condicionada pues, exclusivamente por la difracción. Para la interpretación de los gráficos de MTF, ver el post Image Quality of Photographic Cameras.

En la mencionada Figura 1 se puede apreciar la afectación que sufre el contraste de la imagen para las diferentes frecuencias y relacionarlo con las limitaciones de diafragmado de la Tabla 1. Dado que el objetivo está libre de aberraciones, el mejor resultado se obtiene a plena abertura (f/4). A medida que se cierra el diafragma, el contraste disminuye sobre todo en las frecuencias medias. Para la abertura de f/22, los efectos de la difracción son claramente visibles, aunque ninguna franja de frecuencia desciende a cero. A f/32, prosigue el descenso del contraste en las frecuencias medias al tiempo que la difracción elimina una buena parte de la frecuencia alta, a partir de aproximadamente 0.4ciclos/píxel.

Por otra parte, de los valores mostrados en la Tabla 1 se deduce que cuanto mayor es la resolución del sensor, menores son las posibilidades de cerrar el diafragma para conseguir profundidad de campo sin que ello afecte a la calidad de la imagen. Ello justifica la coexistencia de las dos evoluciones de la D3, la D3X y la D3S. Mientras que la D3X aumenta el número de foto-receptores a 24millones, la D3S se mantiene en los 12millones de la D3 y la D700. Ello le permite no poner en compromiso la calidad de la imagen al diafragmar y aumentar el número de fotogramas por segundo (fps) que la cámara puede procesar, 9fps para la D3 y la D3S, entre 5 y 8fps para la D700 dependiendo del tipo de batería de alimentación y sólo 5fps para la D3X.

El sensor de la nueva D4, con 16millones de foto-receptores, permite un diafragmado hasta f/16 sin que la difracción se manifieste negativamente. Por otra parte, al mantener  una cifra moderada en el número de datos a procesar añadido a algunas mejoras en el procesador interno, le permiten anunciar una velocidad de disparo de hasta 11fps. Esta sería una forma de justificar la existencia de diferentes modelos, todos de alta gama, con diferentes resoluciones en sus respectivos sensores. Otras opciones de planteamiento para la elección de uno u otro modelo podría basarse en los requisitos de un trabajo de reproducción o de fotografía de acercamiento, ambos en una situación de aumento considerable.

Consideremos un primer caso práctico:

• Reproducción de un detalle a partir de un original plano en un libro, pintura u obra gráfica. Aumento de trabajo m = 0.5 que equivale, con una cámara full frame, a reproducir un campo sobre el objeto de aproximadamente 7x5cm. Supongamos además que la imagen se pretende registrar con la mayor resolución posible, lo que en el caso de Nikon implica utilizar los modelos D800 o D800E.

En este caso, la elección del diafragma no está condicionada por la necesidad de profundidad de campo ya que el objeto es plano. Suponiendo que se utilice un objetivo de diseño optimizado para la distancia de trabajo, libre de aberraciones y sólo condicionado por la difracción, la elección del número de diafragma se basará en las siguientes consideraciones:

1. Si la cámara equipa filtro anti-aliasing (LPF por Low Pass Filter) como es el caso de la D800, no existe riesgo de moiré causado por el aliasing y por lo tanto se puede elegir cualquier valor de diafragma siempre que el mismo no condicione la resolución del sensor. En la Figura 2 se muestra el conjunto de MTF de un objetivo Micro-Nikkor 55mm f/3.5 para todas las aberturas de diafragma desde f/4 hasta f/32, extraídas de un ensayo con un aberrómetro de Hartmann-Shack. De ellas se deduce que con esta cámara el diafragma f/16 es el primero que condiciona la resolución del sensor. Mientras el objetivo, a f/16, está limitado a 85lp/mm (pares de líneas por milímetro), el sensor podría registrar 102lp/mm. El límite de uso está pues en f/11 con una resolución en el objetivo de 115lp/mm, cifra que no limita las posibilidades del sensor. Aún así, según la Tabla 1 el tamaño de la mancha de la difracción ya es demasiado grande a f/11 en relación al tamaño de los foto-receptores y el límite debería establecerse en f/8. Este diafragma producirá la mejor calidad de imagen con este cuerpo de cámara y este objetivo en las condiciones de trabajo descritas. Con esta cámara y dicha situación, las aberturas de f/16, f/22 y f/32 no sólo causan degradación de la imagen por difracción sino que limitan claramente la resolución del sensor. Ello implica que no se aprovecha dicha resolución y que hay detalles capaces de ser registrados por la cámara que no estarán presentes en la imagen ya que el objetivo no los resolvió.
2. Si la cámara no equipa LPF, caso de la D800E, la elección se basará en un valor de abertura que ajuste lo más posible la resolución del objetivo a la del sensor. Con ello se evitará que el objetivo introduzca en el sistema una frecuencia que pueda superar dicha resolución, que a su vez pueda provocar aliasing y como consecuencia, patrones de moiré en la imagen si el objeto reproducido contiene patrones periódicos de frecuencia suficiente. Como ya se comentó anteriormente, con una resolución límite de 102lp/mm, el diafragma de trabajo adecuado sería f/11 (ver Figura 2).  Como también se comentó, a f/11 la tasa de difracción genera una cierta degradación de la imagen que puede anular la mejora de nitidez que aporta la eliminación del LPF en el sensor de la D800E. Si lo queremos evitar, deberemos utilizar una abertura de f/8 y esto sólo tendrá sentido si las propiedades del objeto nos aseguran que no existe riesgo de aliasing. Esta consideración debe extenderse a las aberturas mayores, f/5.6 y f/4.

Veamos un segundo caso de aplicación práctica:

• Reproducción del detalle de un vegetal o animal. Misma situación de aumento que en el caso anterior a la que hay que añadir la necesidad de cerrar el diafragma a un valor de por ejemplo f/22, para conseguir la profundidad de campo necesaria.

Dada la obligatoriedad de utilizar la abertura de f/22, las consideraciones a tener en cuenta son las que siguen:

1. De los datos de la Tabla 1 se deduce que de la gama full frame de Nikon, las únicas cámaras que se podrían utilizar sin restricciones serían las D3, D700 y D3S. Ello se debe a que sus foto-receptores son muy grandes (pitch = 8.4µm) al albergar sus sensores sólo 12millones de ellos. Siguiendo con los datos de la misma Tabla 1 y admitiendo una ligera degradación de la imagen, se podría utilizar también la D4. Los modelos D600, D610 y sobre todo, las D800 y D800E quedan fuera de lo que se puede considerar un resultado de la mejor calidad que estos sistemas pueden proporcionar.
2. Veamos el caso de la utilización para el trabajo de la nueva D4. Al margen de que la difracción causada por la abertura de f/22 es algo excesiva para el sensor de esta cámara, a este valor de diafragma el objetivo proporciona una resolución de 67lp/mm mientras que el sensor de la cámara tiene una resolución límite de 68lp/mm. Por lo tanto, si la degradación introducida por la difracción se contrarresta con procesado de imagen, tiene sentido aprovechar la resolución de este sensor frente a los 59lp/mm de los modelos D3, D700 y D3S.
3. Por el contrario, los modelos D600 y D610 equipan sensores con una resolución de 84lp/mm. Es obvio que no sirve de nada disponer de esta capacidad de resolución si hay que utilizar una abertura de diafragma de f/22 que a causa de la difracción la limita a 67lp/mm. Como siempre, la cadena se rompe por el eslabón más débil que en este caso es la resolución del objetivo a la abertura de trabajo necesaria. No olvidemos, además, que el ejemplo se basa en el Micro-Nikkor 55mm f/3.5 que supone el estadio más alto de calidad en ópticas para trabajos a estas distancias objeto. Este objetivo, a partir de f/4, está libre de aberraciones y limitado sólo por la difracción. Con otras ópticas de menor calidad, la disparidad entre la resolución del objetivo y la del sensor podría ser todavía más grande.
4. Si nos viésemos en la necesidad de utilizar un cuerpo de cámara de D600, D610, D800 o D800E, deberíamos considerar la posibilidad de limitar la abertura del diafragma al especificado en la Tabla 1 y proceder a la técnica del Focus Stacking para conseguir la profundidad de campo necesaria. Mantendríamos así la calidad de imagen y el requerimiento de profundidad de campo. En cualquier caso, este procedimiento sólo sería útil para situaciones con sujetos y cámara estáticos.

Hasta aquí las cifras. Veamos ahora otros aspectos de la cuestión. En primer lugar, si los métodos de medida están debidamente contrastados y estandarizados, las cifras no deberían cuestionarse. No cabe pues esgrimir que uno utiliza tal o cual cámara y no ha experimentado las pérdidas de calidad de imagen anunciadas por los resultados de las pruebas. No debe hacerse por dos cuestiones fundamentales. La primera porque el juicio derivado de la observación de imágenes está condicionado por la experiencia del observador y en segundo lugar porque, aún estando satisfechos con el resultado, no podemos afirmar que éste no sería mejor si se hubiese procedido de otra forma o con otra cámara.

Una vez establecido lo expresado en el párrafo anterior, sí cabe experimentar con nuestro equipo mediante la toma de UNA MISMA IMAGEN EN UNAS MISMAS CONDICIONES a por ejemplo, diferentes aberturas de diafragma. La clave está en establecer cómo afectan a nuestra percepción de la calidad las diferencias expresadas por las cifras. Este tipo de experimentos deberían limitarse al ámbito personal ya que de lo contrario, es muy difícil y a menudo erróneo comparar imágenes cuyo contenido formal y frecuencial no es equivalente. De poco sirve pues la experiencia de otros si no lo comprobamos con nuestro equipo, nuestras condiciones de trabajo y lo que es más importante, nuestra exigencia de calidad.

También es necesario aclarar que las degradaciones de imagen planteadas en la tabla y gráficos mostrados suelen afectar de forma más clara a las frecuencias más altas de la imagen o lo que es lo mismo, a los detalles más pequeños. Ello quiere decir que a menudo esos detalles retienen tan poco contraste en la imagen que resultan difícilmente detectables por el observador. Por lo tanto, su posible pérdida por difracción u otras causas no implica necesariamente un cambio en la calidad percibida. Las cifras pueden ayudar a decidir la conveniencia de utilizar una u otra cámara para un tipo de trabajo dado pero en última instancia la observación visual de los resultados debe corroborar, en cada caso particular, que la pérdida anunciada es significativa en términos de percepción visual.

En este sentido, los cambios mostrados por la MTF en la zona de frecuencia media son más fácilmente detectables incluso por el observador menos exigente. Estos detalles medios, además, se retienen en la imagen con más contraste y por lo tanto, contribuyen de forma más decidida al contenido percibido en la imagen final. Si los cambios debidos a la difracción se limitan a la zona de frecuencia más alta, no es fácil que sean advertidos por el observador medio y esta puede ser la razón por la que muchas imágenes tomadas con Nikon D800 o D800E a diafragmas más cerrados de f/8 siguen complaciendo a sus usuarios.

Finalmente, alguien puede preguntarse por qué razón me limito a la gama de Nikon. La respuesta es relativamente sencilla y no se trata de un interés ligado a la marca. Soy usuario de Nikon desde mis inicios en la fotografía y dispongo de una gama de ópticas que cubre, a mi juicio, mis necesidades. Me interesan pues más las novedades de esta marca que las de su rival Canon, siendo así que una buena parte de mis pruebas y razonamientos posteriores se generan en mi propia necesidad de obtener respuestas que me resuelvan algunas incógnitas. Quizá la finalidad en mi caso está más en la línea de averiguar qué puedo esperar del equipo que me puedo permitir, que de compararlo con otros equipos fuera de mi alcance.

Aún así, todo lo arriba expuesto se podría extrapolar a la gama de cámaras SLR de Canon. Sólo las cifras variarían en función de los tamaños y número de foto-receptores de sus sensores, que en la gama full frame son muy similares a los de Nikon a excepción de las D800 y D800E. En el caso de los objetivos, si se escoge uno especializado en trabajo a corta distancia de la serie EF Macro, las prestaciones serán similares a las del objetivo utilizado en los ejemplos anteriores. Las cuestiones de criterio que permiten relacionar las cifras obtenidas de las diferentes pruebas o cálculos con los supuestos prácticos, mantienen su validez con Canon o con cualquier otra marca.

Volviendo a la aparición de la nueva Nikon D4, resulta curioso que en la descripción de las prestaciones del nuevo modelo, Nikon hace mención expresa del tamaño de sus foto-receptores, 7.3µm, mientras este dato no aparece en las especificaciones de los modelos anteriores. Lo hace además bajo el epígrafe Optimum use of light: Nikon’s proprietary image sensor technology. Este dato es pues una clara justificación de la reducción de la resolución del sensor respecto de modelos anteriores como las D3X, D600, D610, D800 y D800E. Aparte de lo ya comentado en relación a la difracción y de otras ventajas como mayor sensibilidad y mejor relación señal/ruido, un mayor tamaño de foto-receptor simplifica, según les explicaciones de Nikon, las estrategias necesarias para equilibrar la iluminación de la imagen en las esquinas del sensor respecto del centro, mediante el uso de micro-lentes adecuadas.

Como ya he comentado en otras ocasiones, estas cuestiones no resultan fáciles de explicar con razonamientos sencillos. En consecuencia, la aparición de nuevos modelos seguirá siendo objeto de debate y controversia por parte de los usuarios de una u otra marca al tiempo que alimentará el flujo de ventas de cámaras SLR de gama media y alta.