26 de enero de 2014

Técnica fotográfica. Escanear negativos blanco y negro. Resolución de escaneado

Fecha última modificación: 01/03/2014
Fecha creación: 19/01/2014
Versión: 2.0

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DOCUMENTOS RELACIONADOS

He publicado varios documentos relativos al proceso del escaneado, la mayoría orientados específicamente para el B&N. Se puede acceder a ellos a través de su índice con el enlace siguiente:



Introducción. Planteamiento teórico

Supongamos una película (negativa o positiva), en la que vamos a aislar un detalle de la escena registrada para quedarnos con una línea del mismo ancho que un píxel del sensor del escáner.

La capa superior de la figura 1 muestra, como ejemplo, un posible encuadre para dicha línea. Está compuesto de pequeños cuadrados claros y oscuros de igual tamaño y que coinciden individualmente con las dimensiones del píxel del sensor ¡Qué casualidad!

Con este supuesto, alineando los cuadrados de la hipotética línea con los píxeles del sensor -me da igual que el cabezal del escáner sólo tenga un píxel y éste se desplace o que esté formado por un array de píxeles- la luminosidad de cada muestra debería quedar fielmente registrada, y el resultado coincidir exactamente con el original, como se muestra en el bloque de tres capas de la parte superior izquierda de la figura 1. 

¿Pero, qué ocurre si desplazamos longitudinalmente los píxeles del sensor respecto a los cuadrados de la línea? Que se mezclan luminosidades procedentes de las áreas claras y oscuras, por lo que el resultado será un promedio y no se mantendrá la tonalidad de las zonas originales (bloque central izquierdo de la misma figura).

Asimismo, existe una posición crítica que se produciría si el desplazamiento coincide exactamente con la mitad del tamaño, ya que un píxel recibirá la mitad de la luz procedente de cada área. Con esta premisa, si se combina con una alternancia igual de zonas claras y oscuras, la luminosidad resultante de un píxel será idéntica a la de su colindante, por lo que se obtendrá un único tono (bloque inferior izquierdo de la figura 1). Evidentemente, una imagen repetitiva siempre supone un caso extremo

Por otro lado, ¿Qué ocurre si nos encontramos con una línea oscura fina a contraluz, como sería el caso de un pelo del cabello en un retrato con el cielo de fondo? Veámoslo.

En la parte derecha de la figura 1, se analiza un área oscura de la película rodeada de una zona más grande y clara. Esta situación produce que se registre en cualquier caso el punto como oscuro, aunque eso sí de mayor grosor y distinta luminosidad. El área oscura se aclara y la clara se oscurece creando una transición en ambos lados que no supera el tamaño de un píxel.

Pasemos ahora a estudiar el supuesto de un sensor menor que la superficie oscura más diminuta de la película, por ejemplo de la mitad como se muestra en la figura 2.

En ella vemos que con un desplazamiento de 1/2 píxel ya no se obtiene un único tono como sucedía en el peor supuesto de la figura 1, sino que ahora se registran y distinguen las tonalidades claras y oscuras, eso sí, nuevamente con un grosor y luminosidad distintos al original.
 Resolución adaptada a la película


De lo visto hasta el momento parece fácil a priori intuir la resolución apropiada pero, si queremos precisar, hay que considerar:

1.
Va ligada a la resolución de la película (expresada en líneas/mm, en adelante l/mm) y ésta no siempre es conocida por depender, además del propio material, de su proceso de revelado

2.
No se puede obviar el compromiso existente con el peso del archivo que se creará, por los inconvenientes que presentan los grandes tamaños

3.
A más píxeles más fielmente se podrán reproducir los detalles, eso sí, cuando éstos sean de calidad y no se supere la resolución real del escáner, que por desgracia no siempre es conocida

4.
Depende del nivel de precisión deseado o, dicho de otro modo, de hasta que punto estamos dispuestos a sacrificar en los pequeños detalles

En el plano teórico, si una película ha sido capaz de captar 100 l/mm (línea resaltada con fondo rojo de la tabla siguiente), aplicando las premisas y razonamientos anteriores, deberíamos al menos capturar 200 puntos en cada milímetro (2 puntos por cada línea) para soslayar el caso más desfavorable.

Expresado en pulgadas resulta que:  200 puntos/mm x 25'4 mm/pulgada = 5.080 puntos/pulgada =5.080 dpi.

Ello supone, para un negativo de paso universal (24 x 36 mm), la creación de: 7.200 x 4.800 píxeles = 34'56 Mpx y un tamaño de archivo codificando en escala de grises a 16 bits de 69'12 Mb, dimensión que parece razonable.

En la tabla siguiente se resumen las resoluciones a emplear, mínimas (parte central de la tabla, fondo blanco) o conforme a las premisas más restrictivas (parte derecha de la tabla, fondo gris), bajo distintos supuestos:
A la vista de la tabla surge otra cuestión ¿Nuestro equipos permitirá programar los dpi calculados teóricamente? Y..., en caso afirmativo, ¿Esa resolución presenta algún inconveniente y es adecuada para nuestro escáner?

Bajo un supuesto negativo, si nuestro equipo no permite los 5.080 dpi teóricos necesarios para las 100 l/mm podemos partir de una resolución válida, por ejemplo 4.800 dpi, y obtener, resolviendo a la inversa, que para ella es posible alcanzar hasta 94'5 l/mm. En ese caso se creará, en formato TIFF con escala de grises de 16 bits, un archivo de 61'73 Mb o de 66'08 Mb si contamos con un margen (líneas resaltadas en amarillo).

Dicho de otra manera, con 4.800 dpi de resolución de escáner deberíamos poder apreciar y distinguir 94'5 líneas verticales paralelas, registradas en una película (diapositiva o negativo) de manera que ocupen una longitud horizontal de 1 mm, aunque no exista su alineación exacta con el sensor. 

Para un formato de 6 x 6 cm² a 4.800 dpi el fichero resultante supera los 257 Mb, lo que puede ser excesivo para su tratamiento y almacenamiento posterior (líneas resaltadas en marrón). Como alternativa podemos sacrificar la resolución a 3.200 dpi conformándonos con las 63 l/mm las líneas que, bajo el peor supuesto, seremos capaces de apreciar.

Resolución óptica y efectiva del escáner

La resolución óptica del equipo, no debemos confundirla con la interpolada que no nos sirve ya que el equipo añade por software nuevos puntos y esto es mejor hacerlo en Photoshop (PS), no siempre coincide con la finalmente obtenida o efectiva. De hecho con el EPSON V750 PRO, a pesar de que el fabricante indica una resolución óptica de 6.400 dpi y un sistema de 'High Pass Optics', existen  informes de pruebas realizadas con la plantilla USAF cuyo resultado arroja los 2.300 dpi de resolución real o efectiva ¿Entonces, ello significa que sólo puedo usarlo a 2.300 dpi? La respuesta la obtendremos más adelante.
He querido evidenciar esos resultados personalmente para comprobar cómo afectan a nivel práctico realizando una prueba personal. Para ello he creado una plantilla en PS (figura 3) de 100 y 50 líneas verticales alternando unas blancas y otras negras. Dicha plantilla tras reducirla a 2'5 cm la he imprimido con 254 dpi, y como no es múltiplo de la resolución de la impresora aparecen unas líneas negras más finas que también me van a interesar (figura 4).

Seguidamente, he expuesto con una cámara analógica una serie de fotogramas a diferentes distancias usando Ilford FP4+ (125 ISO), persiguiendo obtener un registro de la imagen en sólo un milímetro de longitud de la película.

Una vez revelada, he comprobado que en la ampliadora se cuentan todas las líneas más finas y, posteriormente, escaneado el negativo con el V750 a varias resoluciones, incluso a 6.400 dpi que debe más que suficiente para que se aprecien las 100 líneas en el supuesto peor de falta de alineación.

El resultado obtenido se plasma con los fragmentos de la figura 5, donde se comprueba que sí se aprecian las líneas registradas en un milímetro (de 0,01 mm de grosor) con las resoluciones de 4.800 y 6.400 dpi pero no con 3.200 dpi, recordemos teóricamente podríamos encontrarnos con una peor situación y requerir hasta 5.080 dpi. También se observa como la línea negra más fina produce un resultado zonal es más claro y prácticamente desaparece.

Llegados a este punto, no podemos olvidar que la imagen ha sufrido una degradación en el proceso de impresión, exposición y revelado por lo que las líneas escaneadas ya no presentaban de origen bordes muy definidos, observar los cuadrados pequeños situados entre las líneas horizontales y verticales que en la plantilla impresa ya se habían reducido y que al escanear desaparecen totalmente.

Es evidente que el proceso provoca una transición en los bordes que puede solaparlos, por lo que bajo los criterios aplicados en los análisis con la USAF los resultados podrían considerarse más restrictivos. Pero, a efectos prácticos, tras analizar la distorsión producida en la zona de las 50 líneas (gruesas), me puedo aventurar y afirmar que la resolución más baja de 3.200 dpi podría considerarse como suficientemente válida, en coherencia con los 2.540 dpi mínimos obtenidos teóricamente.

Poder de resolución de la película según la sensibilidad

A modo orientativo, puesto que depende también en gran medida del revelado aplicado, la capacidad de resolución media de algunas películas negativas de blanco y negro, según su sensibilidad, es o era la siguiente:

ISO
Películas
Resolución l/mm



25
Technical Pan, APX25
180
100-125
FP4, TMAX100, APX100
125
400
HP5, TRI X, TMAX400, APX400
75
3.200
TMAX 3200
40

Para corroborar estos datos, me basaré en las prueba anteriormente mencionada con la película ILFORD FP4+ (125 ISO) revelada con D76 1+1 con agitación intermitente, cuyo resultados ya se han apuntado en el apartado anterior, es decir, se consiguen distinguir visualmente las 100 l/mm en la ampliadora. Con ello se infiere que su resolución podría ser mayor, aunque ésta apreciación predecible no está exenta de subjetividad y rigurosidad.

Los valores de la tabla anterior nos determinan umbrales de referencia y evidencian, cruzándolos con los de la tabla primera, lo absurdo que sería utilizar una resolución incoherente con las necesidades de la película para el escaneado, como por ejemplo 6.400 dpi y una sensibilidad de 3.200 ISO.

Resolución coherente con la impresión

En la decisión final también influyen nuestras necesidades en cuanto a tamaño de impresión, ya que es poco razonable crear enormes tamaños de archivos si nunca vamos a imprimir en grandes formatos, tema que ya fue  tratado en un documento específico.

Conclusiones y método personal

A modo de resumen, algunas de las conclusiones importantes que se desprenden de lo analizado hasta el momento. Son las siguientes:

1.
Para registrar una camisa estampada con rayas alternadas de igual grosor necesitamos, para distinguirlas bien, asegurarnos que el tamaño de cada línea ocupará al menos dos píxeles del sensor, a fin de evitar que un alineamiento desafortunado las elimine totalmente

2.
No ocurre lo mismo si se trata de un pelo oscuro y aislado sobre un fondo claro, en este caso lo registraremos, es posible que sólo sutilmente, aunque su tamaño coincida con el de un único píxel

3.
No podemos olvidar que en cualquiera de los casos anteriores, el grosor y la luminosidad resultantes normalmente variarán respecto al original

4.
A mayor resolución de la película mayores son también los requerimientos de puntos y mejor tendrá que ser el escáner

5.
No debemos confiarnos y creer que la resolución óptica que indica el fabricante es la efectiva. Intervienen otros factores que la pueden reducir (software, filtros...), lo que nos obliga a obtener la resolución real para nuestro equipo

6.
Aunque a mayor resolución más fielmente podemos registrar los detalles, no podemos caer en el absurdo y debemos considerar el tamaño del archivo. Así, 4.800 dpi puede ser una solución de compromiso correcta para el formato universal aunque tal vez excesiva para un formato medio, en cuyo caso quizás conviene limitarnos a 3.200 dpi salvo si los tamaños de copia van a superar los 1'2 m

7.
No olvidemos que una resolución excesiva tampoco aporta ninguna ventaja si ésta no es coherente con el tamaño de ampliación al que se destina y con la resolución propia de la película

Hemos analizado, por un lado, los requerimientos mínimos teóricos para la resolución y planteado las posibles dificultades de su aplicación. Por otro, nos encontramos con la sorpresa de que desconocemos cuál es la resolución real del equipo por no ser fiable la indicada por el fabricante y, finalmente, sin olvidar las necesidades para la impresión, la película también influye en función de su sensibilidad y el revelado. Con este galimatías ¿Cómo debemos proceder? Veámoslo.

Por las pruebas realizadas, el escáner que actualmente utilizo (EPSON V750 PRO) es capaz de resolver las 100 l/mm del peor supuesto a 4.800 dpi, aunque crea un cierto emborronamiento (figura 5); pero también es cierto que las transiciones de los bordes son distintas según la resolución utilizada.

En consecuencia, normalmente aplico lo indicado en el punto 6, a fin de evitar la  necesidad de interpolación posterior con un programa de edición en ampliaciones de gran tamaño (hasta 60x90 cm² con paso universal), obteniendo unos resultados que para mí son suficientemente satisfactorios.

Por otro lado, el hecho de escanear a 4.800 dpi supone saltarse otra norma, la de usar resoluciones múltiplos de la óptica. Pero, ¿Si 6.400 dpi es demasiado, qué uso? ¿Utilizo necesariamente 3.200 dpi? No, me la voy a saltar ya que finalmente tampoco sé, con absoluta certeza, como responde el sistema en su conjunto y, con las pruebas que he practicado, me convencen más los 4.800 dpi que interpolar posteriormente a partir de 3.200 dpi.

Además, si no me equivoco, al imprimir el lado mayor a 90 cm = 900 mm con un negativo de paso universal (36 mm) estamos ampliando x25. Ello quiere decir que una supuesta línea de 0'01 mm (grosor de la resolución de 100 l/mm) se escalaría a 0'25 mm, y no la distinguiríamos desde la distancia razonable para observar dichos tamaños.

Con el formato 6x6 y 3.200 dpi podemos distinguir a nivel teórico sólo 63 l/mm para el peor supuesto, que tampoco es muy habitual, y normalmente podremos apreciar más. Además, si tenemos más resolución en la película, solamente sería evidente si sabemos que se está produciendo y con ampliaciones que superan el metro, donde podemos intentar distinguirlas.

Asimismo, con ella, tenemos píxeles suficientes sin interpolación para un tamaño de salida de 1'2 m, lo que representa un factor de x20 por lo que 0'01 mm se escalarían a 0'20 mm, que es incluso menor ampliación que para el caso de paso universal. 

Resumiendo, para cerrar, ha quedado claro que utilizo 4.800 dpi para 35 mm y 3.200 para 6x6 pero... ¿Cuál sería mi decisión si tuviera que usar tamaños de ampliación superiores a los mencionados? Sin duda, volver a escanear las imágenes necesarias con un equipo de mayor calidad, frente a la opción de interpolación mediante software.

© Jorge Lidiano.
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