Nikon D610 (III)…,de la Teoría a la Práctica

Figura 1. Imagen del test del borde inclinado utilizado en la determinación de la MTF del sistema (abajo) y porción de imagen pictórica (arriba), (click on the image for a larger view).

Después de comprobar las prestaciones de la nueva cámara, en este caso la Nikon D610, y de compararlas con las del cuerpo anterior, la Nikon D700, es hora de aplicar los datos obtenidos a conservar una buena calidad en las versiones finales de las imágenes. La imagen de la Fig. 1 simboliza la necesidad de congeniar los resultados obtenidos de forma numérica y objetiva como es la medida de la MTF del sistema y los efectos que sobre ella aportan los diversos ajustes de cámara o herramientas de procesado (abajo), con la observación visual de dichos efectos en una imagen pictórica (arriba).

Como siempre, conviene acotar la cuestión a una ámbito de trabajo o aplicación de las imágenes determinados. En mi caso particular  y atendiendo al tipo de imágenes que capto más a menudo, compararé el rendimiento de ambas cámaras a diafragma f/22 (Fig. 2). En paisaje, aunque hay excepciones, suele ser habitual utilizar el cierre de la abertura para conseguir una mayor profundidad de campo. En los ensayos del post anterior, Nikon D610 (II)…, o la utilidad de la MTF del Sistema, ya se comprobó que el diafragma f/32 no debería utilizarse pues la difracción limita la resolución del objetivo a 45lp/mm, cifra que se halla por debajo de los respectivos límites de resolución de los sensores de la D700 (59lp/mm) y de la D610 (83lp/mm). De cualquier modo, sólo uno de los objetivos de los que dispongo cierra a f/32, el Micro Nikkor 55mm f/3.5, mientras que los otros tienen f/22 como abertura mínima. Por la primera o por la segunda razón, ésta es pues la apertura más pequeña que utilizaré en mi trabajo. Al ser la más pequeña, es también la que comporta una mayor tasa de difracción. Esa es la razón de escogerla para poder comprobar cual es el nivel de calidad a que se puede aspirar en las peores condiciones de trabajo.

Figura 2. MTF de sistema comparadas entre la Nikon D700 (azul) y la D610 (rojo) ambas equipadas con el Nikon Micro Nikkor 55mm f/3.5 y el diafragma cerrado a f/22, (click on the image for a larger view).

Como puede observarse en el gráfico de la Fig. 2, el uso de la D610 a diafragma f/22 aporta sólo un poco más de resolución que la D700, aunque no tanta como sería de esperar. Si establecemos un mínimo de retención de contraste del 5% para considerar imagen útil, la difracción afecta a ambas cámaras y deja una resolución efectiva de 55lp/mm para la D700 (4lp/mm menos que su resolución nominal) y 66lp/mm para la D610 (17lp/mm menos que su resolución nominal). Por otra parte, en todo el rango de frecuencias la retención de contraste en la imagen es mejor en el caso de la D610 que en el de la anterior D700.

En términos prácticos, ¿de qué disponemos pues con el uso de la D610?:

• Una imagen bastante mayor, 53cm en el lado mayor frente a 37.5cm en el caso de la D700, para una copia impresa a partir del formato completo y a una resolución de salida de 288ppi (adecuada para una resolución de impresora de 1440dpi).
• Posibilidad de registrar información a partir de un contenido más detallado, 11lp/mm más en la imagen. El tamaño de este detalle en la escena dependerá de la longitud focal y la distancia de trabajo empleadas; en definitiva, del aumento. Estos detalles más pequeños, si están presentes en la escena, no se registrarían con la D700.
• Mejor contraste de imagen en toda la gama de detalle registrado por la cámara. Esto facilita el procesado de la imagen. Esta mejora del contraste se produce además en una zona de frecuencia media, más útil en términos de percepción visual
• Por contra, contraste de imagen en el límite de la utilidad para el detalle añadido por la nueva cámara (a diafragma f/22).

Siguiendo con el trabajo en condiciones deficientes por la necesidad de diafragmar a f/22 en aquellas situaciones en que se requiere una cierta profundidad de campo, se necesita ahora establecer la optimización de la mejora de visibilidad de bordes a través de la aplicación del algoritmo de nuestra elección, máscara de enfoque, diferencia de gaussianas, pasa alta o cualquiera de los disponibles en los diferentes programas de procesado de imagen. Para ello, tomamos el archivo del test de la MTF del sistema tomado a f/22 y aplicamos diferentes niveles de mejora con el fin de conocer el límite de aplicación. Este límite se detecta a partir del gráfico ESF (Edge Spread Function) proporcionado por el plug in SE_MTF_2xNyquist de ImageJ.

En la Fig. 3 se muestran la ESF del sistema sin aplicación de mejora de visibilidad de bordes (arriba izq.) y tres niveles de mejora, de izquierda a derecha y de arriba a abajo, que denotaremos como 1, 2 y 3. La diferencia respecto del archivo original sin mejora es notable y el límite de aplicación se situaría en el nivel 2 (abajo izq.) ya que el gráfico del nivel de mejora 3 ( abajo der.) muestra, indicado en rojo, la aparición del halo blanco de sobre-enfoque.

Figura 3. ESF del sistema (arriba izq.) y tres niveles progresivos de mejora de visibilidad de bordes. Abajo a la derecha, círculo rojo indicando la aparición de un halo blanco causado por una mejora excesiva.

Este nivel de mejora es el punto de partida para comprobar el efecto sobre una imagen pictórica. En general, las imágenes pictóricas admiten mayor nivel de aplicación de mejora de bordes pues su contenido frecuencial no es tan alto como el del borde negro/blanco del test de la MTF del sistema.

Figura 4. Imagen de prueba del límite de aplicación de mejora de visibilidad de bordes, (click on the image for a larger view).

La comprobación debe hacerse pues con un archivo de imagen con textura y contraste, eligiendo un borde muy contrastado y partiendo del nivel de mejora determinado en la prueba anterior. La Fig. 4 muestra la imagen tipo que se ha escogido en esta ocasión, por su contenido en detalle y un contraste relativamente alto. Se trata de una imagen tomada con la Nikon D610 en formato raw. El archivo se ha procesado en Adobe Camera Raw (ACR) desactivando el ajuste por defecto de la mejora de visibilidad de bordes y el de reducción de ruido.

El mapa de transición de luminancias escogido es el lineal y los ajustes de exposición, brillo, contraste, etc., se han dejado en la cifra que, a juicio del autor de la imagen, conviene tanto a la retención d información en las altas luces (brillos en la nieve) como en las sombras (fondo de ramas secas). Cabe aquí decir que en la actual versión de ACR estos ajustes por defecto indican “0” todos ellos. Aún así, este nivel de “0” no se corresponde con la información captada realmente por el sensor y acarrea una modificación del contraste de la imagen destinado a complacer la percepción visual humana. A partir de la información del histograma resulta fácil y cómodo ir ajustando los diferentes parámetros hasta conseguir la cantidad de información deseada. El archivo se ha guardado en formato .psd, profundidad de color 16bit y el tamaño en píxeles original (4016x6016pix).

El procesado posterior de la imagen incluye un recorte del encuadre por razones estéticas que no supone ningún re-muestreo de la imagen. El nuevo tamaño es ahora de 4016x5622pix. Haciendo click sobre la imagen de la Fig. 4 se puede observar una versión en formato JPEG de calidad alta al tamaño original. En la observación se aprecia la falta de nitidez propia de un archivo raw sin mejora de visibilidad de bordes. Para proceder a la comprobación de la mejora necesaria se toman muestras de valor de gris de píxel en exactamente los mismos píxeles mediante la herramienta ROI Manager de ImageJ y se trazan gráficos de estas selecciones para controlar el efecto que produce en la imagen cada nivel de mejora de visibilidad de bordes aplicado. En la Fig. 5 se muestra una comparación entre el original a la izquierda, una mejora considerada correcta en el centro y una mejora calificada de excesiva a la derecha. En la figura pueden compararse tanto una porción de la imagen al 100% como la selección de píxeles tomada y los correspondientes gráficos de valor de gris frente a posición de píxel.

Figura 5. Comparativa a partir de un mismo sector de imagen al 100%, selecciones de píxeles y los correspondientes gráficos de valor de gris frente a posición de píxel. A la izquierda, imagen original. En el centro, mejora de bordes. A la derecha, mejora de bordes excesiva. Las selecciones de píxeles se indican en amarillo y están situadas cerca de la esquina superior-derecha de los correspondientes gráficos, (click on the image for a full size view).

Como es natural, el criterio sobre lo que es o no correcto en términos de mejora de visibilidad de bordes corresponde al autor de la imagen o a las preferencias en el ámbito de aplicación. En definitiva y dentro de unos límites razonables, se trata de una cuestión de percepción y ello siempre admite una cierta discusión. Los gráficos de valor de gris de los píxeles de las selecciones son sólo un indicativo de cuando la mejora aportada puede empezar a generar halos alrededor de los bordes. En algunas imágenes, un ligero halo es admisible dado que una vez impresa, ésta no se observará al 100% sino al tamaño de impresión que a su vez y según el número de píxeles, dependerá de la resolución de salida. Cuanto mayor sea la resolución de salida, menor será el tamaño de impresión y menor por lo tanto la posibilidad de detectar algunos defectos.  Por el contrario, en una imagen que vaya a observarse al 100% en pantalla se observarán también los halos que se detecten durante el procesado.

Observando la imagen de la Fig. 5 a tamaño completo se aprecia también la aparición de un cierto ruido que no está presente en las dos versiones anteriores. Si éste es el nivel de mejora de visibilidad de bordes que se pretende aplicar, habrá que considerar la posibilidad de gestionar la reducción del ruido ahora visible mediante las herramientas disponibles tanto en ACR como en Photoshop. Hay que recordar que el ruido está ya presente en la imagen original aunque no es visible a causa de la falta de nitidez inicial. La mejora de visibilidad de bordes aplicada es la responsable de la reaparición de este ruido.

Para terminar el análisis de la eficacia de la mejora, se determina de nuevo la MTF del sistema a partir del archivo del test del borde inclinado tomado a f/22 pero ahora aplicándole previamente la mejora de bordes determinada en el proceso descrito. El resultado, en el caso del ejemplo, se muestra en la Fig. 6.

Figura 6. MTF del sistema Nikon D610 + Nikkor MicroNikkor 55mm f/3.5 a f/22, antes (rojo) y después (azul) de la mejora de visibilidad de bordes aplicada según se describe en el texto, (click on the image for a larger view).

En los trazados comparativos de MTF de la Fig. 6 se aprecia como la mejora de visibilidad de bordes afecta de forma más decidida a la zona de frecuencia media. El aumento de retención de contraste es de más del 20% a 40lp/mm mientras que no es mayor de un 5% a 10lp/mm o a la frecuencia límite de 83lp/mm. Ello es debido al tipo de algoritmo de mejora de visibilidad de bordes aplicado. Esta respuesta puede variar en función del tipo de algoritmo utilizado así como de sus ajustes. En el caso del ejemplo, la herramienta utilizada es el algoritmo llamado DOG (Difference Of Gaussians) también conocido como Mexican Hat. En ningún caso he proporcionado datos sobre los ajustes de la mejora de visibilidad de bordes ya que éstos dependen de demasiadas variables entre las que se cuentan el modelo de cámara, el objetivo, el diafragma y el tipo de escena, además de las preferencias personales. En la primera parte del Adobe Webinar Medida objetiva de los efectos del procesado de la imagen – Enfoque de imagen con Photoshop por Carles Mitjà se razonan algunos aspectos acerca de las particularidades que incluye toda mejora de visibilidad de bordes en una imagen digital.

Es importante destacar que todos los datos obtenidos se refieren a la toma de imágenes con la Nikon D610 equipada con un objetivo MicroNikkor 55mm f/3.5. Por experiencia previa sé que si la misma cámara la equipo con los Nikkor 24mm f/2.8 o 135mm f/2.8 los resultados no diferirán sensiblemente. Si por el contrario utilizo el Nikkor 35mm f/2.8, su contraste de imagen es algo superior a las dos ópticas anteriores y el margen de aplicación de mejora de visibilidad de bordes será algo más restringido para obtener un resultado similar en términos de percepción.

En relación al método propuesto, quizá la conclusión más importante que se puede establecer es el hecho de que las comprobaciones numéricas y objetivas permiten articular pautas de trabajo que contribuyen a extraer el máximo rendimiento del equipo disponible. Todo ello a través del conocimiento que se alcanza de los efectos que sus diferentes ajustes aportan a las imágenes captadas con la cámara o el que las herramientas de procesado de imagen les incorporan.

En el próximo y último post de esta serie sobre la Nikon D610 se comentarán aspectos relacionados con el muestreo a la baja (downsampling) de la imagen con el fin de utilizar el número de píxeles necesarios para un tamaño de impresión determinado.