Nikon D610 (II)…, o la utilidad de la MTF del Sistema


F10
Borde inclinado captado con un sistema cámara/objetivo para la determinación de la MTF del sistema, (click on the image for a larger view).

Tal como anunciaba en el post anterior, Nikon D610 (I), mostraré ahora resultados de calidad de imagen de la cámara que recientemente he adquirido.

Antes de pasar a los datos, quiero comentar algunas consideraciones al respecto. Las medidas de calidad comparativas entre instrumentos serían extremadamente útiles si se pudiesen realizar antes de la decisión de compra. Como esto, en términos generales, no es posible, mi opción es la de elegir el modelo que, a priori, satisface mejor mis necesidades técnicas siempre dentro de las posibilidades económicas. A continuación, una vez adquirida la cámara, se realizan una serie de ensayos para conocer las características del nuevo instrumento y poner a punto las medidas de procesado de imagen que conduzcan a la obtención de la calidad de imagen deseada o en la medida de lo posible y en cada caso, la mejor que pueda proporcionar el sistema. Como ya he comentado en otras ocasiones, más que aspirar a las prestaciones de un equipo de alta gama, prefiero conocer qué puedo esperar del equipo que puedo permitirme. Otra forma de ver la cuestión consiste en preguntarse si para el trabajo que uno realiza y el propio nivel de conocimiento es necesario ese equipo de alta gama. En resumen, estas comprobaciones se orientan a:

  • Medir las capacidades absolutas de la nueva herramienta.
  • Comparar los resultados con los del instrumento utilizado hasta la fecha, del que ya se tiene una buena experiencia.
  • Analizar y comprobar de que modo las prestaciones del nuevo instrumento pueden contribuir a mejorar la calidad de mis imágenes.

Si se llevan a cabo estas mediciones, suele apreciarse como de hecho y a partir de determinado segmento de mercado no hay malos instrumentos, sino diferentes comportamientos que a menudo pueden hacerse confluir a un mismo nivel de resultado en términos de calidad de imagen. Huelga decir que, en este caso, estas comprobaciones se orientan a necesidades personales que no tienen porque ser exportables al trabajo de otros fotógrafos o a otros ámbitos de aplicación de la fotografía.

Para este cometido, una buena herramienta y relativamente fácil de utilizar es la medición de la MTF del sistema objetivo/cámara para todas las aberturas de diafragma disponibles por el método del borde inclinado (Slanted Edge Method) que se puede llevar a cabo con el programa ImageJ y el plug in desarrollado para el mismo SE_MTF_2xNyquist. En este caso y para poder hacer las debidas comparaciones, se hace la misma serie de tomas con una misma óptica y los cuerpos de la anterior D700 y la nueva D610. Para ello, es crucial elegir un objetivo cuya calidad no se pueda considerar una variable de la medición. Como ya comenté en post anteriores (Nikon D700, Nikon D800 y Más Cuestiones), un problema de calidad de objetivo puede causar efectos distintos en sensores también distintos.

Para evitar el riesgo mencionado, se escoge en este caso el Nikon Micro Nikkor 55mm f/3.5 ya que del mismo, aislado y sin un sensor de por medio, se dispone de datos fiables de rendimiento. Este objetivo, después de sendas mediciones de poder de resolución (RP) y MTF a sus distintas aperturas, muestra un comportamiento prácticamente limitado sólo por la difracción. Un objetivo con estas características no sólo presenta una gran calidad de imagen a todas las aberturas sino que a las más grandes envía al sensor un nivel de frecuencia que pone a prueba la eficacia del filtro anti-aliasing o LPF (low pass filter).

El RP del objetivo se midió en el Image Quality Laboratory del CITM de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), mediante la observación con un microscopio de 100aumentos de la imagen aérea formada por el objetivo a partir de una mira de resolución USAF1951. La MTF del mismo a las respectivas aberturas de diafragma se determinó a partir del análisis del frente de onda en la pupila de entrada con una aberrómetro de Hartmann-Shack gracias a la gentileza del profesor Fidel Vega del Departament d’Òptica i Optometria de la UPC. Las mediciones resultantes se muestran en los respectivos gráficos de la Fig. 1, poder de resolución, y Fig. 2, MTF del objetivo.

RP_McNikkor55mm
Figura 1. Poder de resolución del objetivo Nikon Micro Nikkor 55mm f/3.5 (azul) frente al límite marcado por la difracción (naranja). La medición se realizó sobre el eje y a las aberturas de diafragma enteras disponibles, (click on the image for a larger view).

Como puede observarse en el gráfico de la Figura1, el rendimiento en resolución del mencionado objetivo (azul) está siempre prácticamente en el límite marcado por la difracción (naranja) para cada abertura de diafragma.

MTF_McNikkor55mm
Figura 2. Conjunto de MTF a todas las aberturas de diafragma enteras disponibles de un objetivo Nikon Micro Nikkor 55mm f/3.5, (click on the image for a larger view).

De las cifras de resolución alcanzadas, tanto en el gráfico de poder de resolución (Fig. 1) como en el de MTF del objetivo (Fig. 2), se deduce que con la NiKon D700 se puede cerrar el diafragma hasta f/22 sin que ello limite la resolución del sistema (59lp/mm) ya que a esa abertura la difracción limita la resolución a 63lp/mm en el caso del Micro Nikkor utilizado. De los datos mostrados por ambos gráficos se deriva también que con la Nikon D610 esta limitación se produce a f/16. Estos resultados se confirman en los conjuntos de MTF de ambas cámaras equipadas con este mismo objetivo (Fig. 3 y 4).

MTF_D700
Figura 3. Conjunto de MTF de la Nikon D700 equipada con el objetivo Micro Nikkor 55mm f/3.5, (click on the image for a larger view).
MTF_D610
Figura 4. Conjunto de MTF de la Nikon D610 equipada con el objetivo Micro Nikkor 55mm f/3.5, (click on the image for a larger view).

De ambos conjuntos de MTF se puede deducir que:

    • Los filtros LPF de ambas cámaras cumplen perfectamente con su cometido. Ningún trazado llega al 10% de contraste en la frecuencia límite. Aún así, en el caso de la D700 la extinción del contraste sólo desciende por debajo del 5% para las aberturas f/22 y f/32, mientras que en la D610 este 5% de retención de contraste no se conserva en ninguna abertura.
    • Por lo tanto, la resolución efectiva de la D610 oscila entre 61 y 72lp/mm frente a sus 83lp/mm teóricos, dependiendo de la abertura. Este es un comportamiento típico de los sensores con un valor de pitch < 6µm que ya se observó en el anterior post Nikon D700, Nikon D800 y Más Cuestiones. A diferencia de los resultados de la D800 analizada en el post mencionado, en el caso de la D610 ninguna MTF desciende completamente a cero.
    • Como era de prever, en ambas cámaras el uso de la abertura f/32 limita el poder de resolución del sistema al del objetivo que como se deduce de los gráficos de las Fig. 1 y 2 es de sólo 45lp/mm, cifra por debajo del límite de resolución de ambas cámaras.

Como las dos cámaras tienen resoluciones límite (frecuencias de Nyquist) distintas, resulta más interesante comparar resultados en unidades absolutas (lp/mm) en un mismo gráfico. Para evitar la complejidad de interpretación que podría suponer juntar en un mismo gráfico el trazado de las catorce MTF, se comparan las de ambas cámaras con el objetivo cerrado a f/11 y el resultado es el que se muestra en la Fig. 5.

La elección de f/11 obedece al intento de minimizar en la medida de lo posible la influencia del objetivo. En este caso,  f/11 es una abertura suficientemente pequeña como para eliminar cualquier aberración residual, aunque improbable en este caso dados los resultados de RP y MTF mostrados anteriormente, a la vez que no demasiado pequeña como para que la tasa de difracción comprometa la resolución del conjunto objetivo/sensor. Según los gráficos de las Fig. 1 y 2, a  f/11 el Micro Nikkor 55mm f/3.5 resuelve 126lp/mm, cifra superior a los límites de resolución de ambas cámaras (59lp/mm para la D700 y 83lp/mm para la D610). Esta abertura,  f/11, garantiza también una profundidad de campo suficiente como para absorber pequeñas inconsistencias de precisión de enfoque en los módulos AF de ambas cámaras.

MTF_D700vsD610_f11
Figura 5. MTF de las cámaras Nikon D700 y D610 equipadas ambas con el objetivo Nikon Micro Nikkor 55mm f/3.5 cerrado a f/11, (click on the image for a larger view).

En la comparación de la Figura 5 se aprecia que a pesar del tamaño inferior de sus foto-receptores, la D610 presenta mejor contraste a todas las frecuencias coincidentes con la D700. Como ya se comentó anteriormente, más allá y hasta su límite de resolución el contraste sigue descendiendo quedando la resolución útil (≥ 5%) limitada a unos 72lp/mm.

A la vista de los resultados y de los datos que reflejan los diferentes gráficos, la conclusión es clara: Aún reduciendo el tamaño de los foto-receptores a 5.98µm frente a los 8.45µm de la D700, la gestión del ruido y el procesador de una cámara 6 años más joven consiguen mejor o igual retención de contraste hasta 72lp/mm, bastante más allá de los 59lp/mm que se podían resolver con la D700, aunque algo por debajo de su resolución teórica (83lp/mm). En términos de calidad de imagen es un resultado bastante superior en la medida que permite, frente a una misma escena, retener mejor contraste para detalles más pequeños que con la cámara anterior. Por otro lado, los detalles del mismo tamaño que pueden captarse con ambas cámaras se resuelven en la D610 con hasta algo más de un 10% de contraste añadido en algunos casos, extremo que facilita enormemente el procesado posterior de la imagen sobre todo a partir de archivos raw lineales que por esta razón suelen mostrar falta de contraste a cambio de un mayor rango dinámico. En el siguiente post comentaré el interés de relacionar y utilizar estos métodos de medida y sus resultados en el control de la calidad percibida en las imágenes finales.

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