Leer la MTF: cómo las frecuencias espaciales bajas y altas definen la firma de un objetivo en blanco y negro

Un gráfico MTF con curvas que descienden desde un contraste elevado en las frecuencias espaciales bajas hacia valores menores en las frecuencias altas

Escrito en por Simon Lehmann Editor

Cómo la MTF de un objetivo a frecuencias espaciales bajas y altas determina la nitidez aparente y el microcontraste que define el rendimiento en monocromo.

Un objetivo que resuelve el detalle fino no produce necesariamente una copia que parezca nítida, y uno que parece nítido no es necesariamente el que más detalle resuelve. Ambas cualidades se miden por separado, y en la brecha entre ellas se decide gran parte del rendimiento en monocromo. La Función de Transferencia de Modulación (MTF) es la herramienta más útil para separarlas, porque no reduce un objetivo a un solo número. Describe con qué fidelidad transfiere el contraste a lo largo de un rango de tamaños de detalle. Pero el objetivo es solo un eslabón de una cadena, y leer bien el gráfico exige saber qué hace cada banda de frecuencias y qué le hace después la película y el ojo.

Qué mide la curva

La MTF describe cuánto del contraste de un objeto sobrevive el recorrido por el objetivo hasta el plano de película, en función de la frecuencia espacial. El contraste se define aquí como modulación: para un patrón de claro y oscuro, la modulación es (Máximo − Mínimo) / (Máximo + Mínimo). Un objetivo con barras perfectamente blancas y negras tiene una modulación de 1,0; tras pasar por el objetivo, las barras se reproducen con menor separación entre claro y oscuro, y la relación entre la modulación de salida y la de entrada es el valor de MTF a esa frecuencia, un número entre 0 y 1, o entre 0 y 100 por ciento. La frecuencia espacial se da en pares de líneas por milímetro (lp/mm) en el plano de película. Toda curva real comienza cerca de 1,0 a frecuencias muy bajas y cae a medida que las frecuencias aumentan, porque el detalle más fino es progresivamente más difícil de transmitir.

Matemáticamente, la MTF es el módulo de la función de transferencia óptica, que es la transformada de Fourier de la función de dispersión lineal (o puntual): la imagen que el objetivo forma de una línea o punto ideal. ISO 9334:2012, Optics and photonics — Optical transfer function — Definitions and mathematical relationships, codifica esa terminología; la ISO 9335 establece los procedimientos de medición. Una advertencia impide que la curva sea una descripción monótona y limpia: en la práctica, una curva MTF puede caer a cero y volver a subir. Es la resolución espuria, en la que las estructuras más finas que el cruce por cero se reproducen con blanco y negro intercambiados. Las curvas publicadas no lo muestran, pero importa siempre que el objetivo está desenfocado o el sujeto se mueve.

Leer un gráfico real: el Summicron-M 35 ASPH.

Tomemos la propia hoja de datos de Leica para el Summicron-M 35 mm f/2 ASPH. — siete elementos en cinco grupos, once láminas de diafragma, apertura mínima f/16, rendimiento óptimo cerrado hasta f/4. Leica traza su MTF en luz blanca a cuatro frecuencias — 5, 10, 20 y 40 lp/mm — con la línea continua para las estructuras sagitales (radiales) y la de puntos para las tangenciales, evaluadas tanto a plena apertura como a f/5,6. Leica indica expresamente que las curvas de 5 y 10 lp/mm dan el contraste para estructuras de objeto grandes, mientras que las de 20 y 40 lp/mm registran la resolución de los detalles finos y muy finos.

Por tanto, léelo como dos preguntas. El valor central a 10 lp/mm te dice la separación global entre masas tonales: una pared contra su sombra, un rostro contra el cielo. En un diseño moderno como este, se espera que esté alto, en la banda del 80–90 por ciento habitual en los objetivos contemporáneos, frente al 60–70 por ciento de los rápidos estándar de los años sesenta. Un valor alto aquí se traduce en una copia con cuerpo: separación profunda y limpia entre grandes zonas de tono. El valor en el borde a 40 lp/mm te dice si el tejido de una chaqueta de tweed o las pestañas en el extremo del fotograma sobreviven como textura diferenciada o se disuelven en gris. Donde las líneas sagital y tangencial divergen en el borde, el objetivo tiene astigmatismo: el punto de luz se estira en una pequeña línea, radial o tangencialmente, de modo que los bordes que van en una dirección se mantienen nítidos mientras los que los cruzan se difuminan. En monocromo, eso se lee como pérdida de detalle fino dependiente de la dirección y textura irregular en las esquinas: la copia parece nítida en una barandilla vertical y suave en los hiladas horizontales del ladrillo adyacente.

La nitidez es la pendiente del borde, no la resolución máxima

La nitidez aparente depende de las frecuencias bajas y medias, no de la línea más fina que se puede resolver. Nasse, en la monografía de Zeiss How to Read MTF Curves (diciembre de 2008), explica el mecanismo a través del perfil de borde. En un objetivo de 35 mm muy bueno, la transición de blanco a negro no supera unos 10 micrómetros de anchura, y esa transición pronunciada es la que el ojo interpreta como nitidez. Un objetivo peor extiende esa misma transición a lo largo de 30–50 micrómetros; aun así alcanza un negro profundo al final, por lo que su MTF a bajas frecuencias puede mantenerse alta, pero su MTF a altas frecuencias colapsa y el borde parece blando. Por eso dos objetivos con una resolución última similar pueden renderizar con un carácter completamente distinto.

Las reglas de Nasse para ponderar las diferencias se derivan de esto. Las diferencias pequeñas en los valores de MTF más altos importan sobre todo con alto contraste de objeto; las variaciones tonales de menos de un paso (stop) aproximadamente no requieren una MTF alta, y las diferencias por encima del 70–80 por ciento son apenas relevantes; y donde la MTF ya es muy baja, el contraste de imagen se mantiene bajo independientemente del contraste del motivo. La conclusión es que perseguir el último par de puntos porcentuales a 40 lp/mm rara vez merece la pena, mientras que el valor a 10 lp/mm se justifica en casi todos los fotogramas.

Brillantez y microcontraste no son lo mismo

La palabra microcontraste es el término más mal empleado en la conversación sobre objetivos, y Nasse advierte de que las dos ideas que hay detrás de él se confunden constantemente. El contraste macro es la brillantez de la imagen: la libertad global respecto al velo. Lo gobierna la luz parásita: el deslumbramiento difuso y la dispersión interna en las superficies del objetivo y el interior del barril, que elevan los negros con un tenue lavado gris. El contraste micro es el contraste de estructuras finas que apenas podemos ver, o que no podemos, y es lo que mide la MTF a altas frecuencias.

La distinción tiene una implicación práctica para el fotógrafo en monocromo. El “negativo luminoso con negros profundos y presencia” es en gran medida una propiedad de brillantez: proviene de un objetivo, parasol y revestimiento que suprimen la dispersión, y la curva MTF no lo captura en absoluto. Una MTF alta a bajas frecuencias es necesaria para ese aspecto, pero no lo garantiza: un objetivo bien corregido que dispara contra la luz con el elemento frontal manchado seguirá mostrando un buen gráfico e imprimirá como niebla. Así que cuando una copia tiene chispa, atribuye la separación tonal a la curva de contraste, pero atribuye los negros limpios a los revestimientos y al parasol.

El objetivo es solo la mitad de la cadena

La MTF que realmente imprimes es el producto de cada etapa: objetivo × película × objetivo del ampliador × el ojo. Para un buen objetivo de 35 mm sobre película en blanco y negro de alta resolución, el extremo de altas frecuencias de ese producto está limitado por el objetivo, no por la película. Nasse usa Kodak T-Max 100 como ejemplo: su MTF publicada se mantiene por encima del 100 por ciento hasta aproximadamente 20 lp/mm — una elevación por adyacencia a bajas frecuencias característica de las emulsiones de grano T — antes de caer, y conserva suficiente contraste a altas frecuencias para que la película no sea el eslabón limitante. El poder resolvente del T-Max 100 se cita a dos contrastes de objetivo porque ningún objetivo entrega el valor de alto contraste para las estructuras más finas: 63 líneas/mm con un objetivo de bajo contraste 1,6:1, y 200 líneas/mm con uno de alto contraste 1000:1. Estimar el rendimiento real a partir de esa cifra de 200, señala Nasse, es demasiado optimista.

Hay dos límites más allá del objetivo y la película. El ojo resuelve solo unas 8 lp/mm a la distancia de visión nítida de 25 cm; referida a una altura de imagen de 24 mm, eso son aproximadamente 66 lp/mm en el negativo, de modo que las frecuencias que importan al espectador caen en el rango de hasta unas 40 lp/mm, que es exactamente por qué las hojas de datos se detienen ahí. Y la difracción marca el techo físico: como regla general, la anchura de la mancha de dispersión en micrómetros es aproximadamente igual al número f, y la frecuencia límite de difracción es aproximadamente 1500 dividido por el número f, de modo que f/2 permite unas 750 lp/mm pero f/16 solo unas 94, donde el disco de Airy ha crecido hasta unos 16 micrómetros. Por eso el Summicron alcanza su máximo a f/4 y pierde resolución fina si se cierra mucho el diafragma.

La palanca del cuarto oscuro

La lectura tiene su recompensa en el ampliador. Esos objetivos rápidos de los años sesenta con una MTF del 60–70 por ciento a 10 lp/mm no eran imposibles de imprimir; los fotógrafos compensaban el bajo contraste ampliando sobre un papel de grado más duro y mayor gradación para recuperar la chispa. Un objetivo moderno de alta MTF te da la libertad opuesta: el contraste ya está en el negativo, así que puedes imprimir en un grado más suave para la misma presencia aparente y conservar más latitud tonal en las luces y las sombras. (A menudo se argumenta que la película en color, con su procesado mucho menos flexible, fue lo que impulsó a los fabricantes a mejorar la corrección de contraste en primer lugar.) Ancla todo en un proceso real — T-Max 100 expuesto a EI 100, revelado en D-76 puro durante 6,5 minutos a 20 °C, fijado y lavado — y el objetivo, la película y el grado del papel dejan de ser argumentos separados sobre el equipo y se convierten en una única decisión tonal. Interpretar un objetivo a través de su MTF completa, y a través de la cadena en la que se inserta, es la forma más fiable de predecir cómo renderizará un motivo en blanco y negro.

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