Calidad de imagen, aberraciones ópticas y difracción

Hace unos días pude observar las aberraciones y distorsiones que una lente genera al comprobar una foto de un amigo impresa a un tamaño de 2x1,3 metros. La imagen estaba tomada con una Nikon con sensor APS-C. La foto adolecía principalmente de falta de nitidez en los bordes de la imagen.

En muchas ocasiones tenemos la tendencia de culpar al cuerpo de la cámara de la calidad de la fotografía resultante, lo cual es un error ya que la mayoría de los defectos que observamos son consecuencia del objetivo y no del cuerpo. Motivo por el cual existen objetivos de poco más de 100€ y objetivos de varias decenas miles de euros, como este objetivo Nikon de segunda mano por 46000 dólares.

Así que me propuse rescatar de la memoria conceptos básicos de óptica y de cómo ésta influye en la calidad de la imagen final.

En fotografía una aberración es la deficiencia óptica de un objetivo que da lugar a imágenes faltas de nitidez o deformadas.

Ningún objetivo es perfecto y la corrección de las aberraciones es uno de los aspectos más importantes del diseño de los mismos. Por lo general se logra combinando lentes simples de manera que las aberraciones de una sean corregidas por las aberraciones opuestas de otra. Aunque es relativamente fácil corregir así cualquier aberración particular, es mucho más difícil lograr un equilibrio general, ya que la compensación de un defecto puede incrementar otro.

Las aberraciones que nos podemos encontrar son las siguientes:

Aberración Cromática:
Es un fenómeno que ocurre cuando un rayo de luz blanca atraviesa una lente y se descompone en los colores del espectro luminoso, teniendo cada color un punto focal diferente.

La onda azul (más corta) se refracta más que la roja, por lo tanto los colores azules formarán su imagen ligeramente más cerca del objetivo que los rojos.

Este efecto resulta muy notable fotografiando en color con grandes teleobjetivos, y se traduce en una fina banda irisada que contornea los objetos, ya que cada color forma una imagen de distinto tamaño.

Los objetivos diseñados para hacer converger las bandas del azul al amarillo se denominan acromáticos. Los que además corrigen también hasta el rojo, se conocen como apocromáticos, y lógicamente son más caros.

 

Esta aberración se hace más patente con diafragmas muy abiertos.

Aberración Esférica:
Es un defecto de las lentes en el que los rayos de luz que inciden paralelamente al eje óptico, aunque a cierta distancia de éste, son llevados a un foco diferente que los rayos próximos al mismo. Es una aberración de tipo cromático que afecta de manera diferente a cada longitud de onda.

Al igual que en el caso anterior es una aberración que se puede minimizar cerrando ligeramente el diafragma del objetivo.

Astigmatismo:
Es cuando a algunos objetivos les resulta imposible enfocar con nitidez simultáneamente objetos verticales y horizontales, estando ambos en el mismo plano. Los objetivos cuyo diseño óptico evitan este problema se denominan anastigmáticos.

Este defecto se minimiza cerrando el diafragma.

Coma:
Ocurre cuando los rayos que convergen oblicuamente, lo hacen en el plano focal, pero no precisamente en el lugar que les corresponde. Esto se detecta fotografiando puntos luminosos en los bordes de la imagen y observando si adoptan forma de coma.

Esta aberración es debida a algunos defectos de diseño o imperfecciones en las lentes u otros componentes. Esta aberración puede ser minimizado, e incluso eliminado. Las lentes diseñadas para minimizar esta aberración son llamadas lestes bestform o aplanáticas.

Mientras mayor sea la apertura, mayor será la aberración, por lo que se disminuye cerrando el diafragma.

Curvatura de Campo:
Es el defecto producido por falta de correspondencia entre el plano objeto al plano imagen, es decir, que la imagen creada por un plano objeto no es plana, sino curva.

 

Realmente el plano focal de un objetivo, no es totalmente plano, sino que forma una superficie cóncava hacia el objetivo. Como el sensor  está totalmente plano, es difícil enfocar a la vez y exactamente, el centro y los bordes de la imagen.

Al reducir la apertura del diafragma no se corrige esta aberración, pero puede dar la impresión de que si, ya que en definitiva estamos aumentando la profundidad de campo, y por lo tanto nuestro rango de foco es mayor.

Distorsión:
La distorsión no afecta la nitidez de la imagen sino sólo su forma. Tiene lugar debido a que la parte de la imagen fuera del eje no se reproduce en la misma escala. Si fotografiamos un objeto que posea líneas rectas, como una ventana o cuadro, las del centro aparecerán rectas y la de los bordes presentan curvaturas hacia dentro o hacia fuera produciendo las denominadas distorsión de barrilete o de almohadón. 

 

Esta aberración no se corrige cerrando el diafragma.

Difracción:

Aunque  estrictamente hablando no se puede considerar como una aberración, la difracción es un fenómeno que ocurre cuando la luz pasa cerca del borde al atravesar una abertura estrecha. En estas circunstancias la luz es ligeramente desviada y se forman modelos de interferencia que el ojo percibe a veces como cierta indefinición. En fotografía se notan sus efectos cuando se emplean aberturas de diafragma muy reducidas y afecta disminuyendo la nitidez de los bordes de la fotografía.

Conclusiones

La aberración cromática y esférica afectan a la totalidad de la imagen mientras que el astigmatismo, coma, curvatura de campo, distorsión y difracción sólo afecta a los bordes y a la esquinas.

Resumiendo, con aperturas de diafragma grandes se producen una serie de aberraciones que provocan falta de nitidez en la foto y cerrando mucho el diafragma se produce el efecto de la difracción reduciendo también la nitidez de la imagen. Conclusión: lo mejor para conseguir imágenes lo más nítidas posibles es utilizar aperturas intermedias y utilizar los mejores objetivos que nuestro bolsillo se pueda permitir.

Como regla general, un objetivo será más nítido dos pasos por debajo de su apertura máxima. Aunque lo ideal es realizar pruebas de una misma imagen, fotografiada con cada una de las aperturas y manteniendo el resto de los parámetros iguales, para encontrar el punto ideal (llamado punto dulce) de cada objetivo ya que, como hemos dicho antes, influye mucho la calidad de construcción de la lente.

Todos los objetivos tienen un rango de aperturas y de distancia focal en el que rinden bastante bien. En las ópticas profesionales este rango es mucho más amplio y vamos a poder usarlo a cualquier apertura y distancia focal sabiendo que la calidad va a ser buena en todo el rango.

Los objetivos de gama baja, por lo general, se defienden mal en los extremos de ambos parámetros (aunque hay excepciones), así que el truco para sacarle el máximo rendimiento está en no usar ni las aperturas más grandes o ni las más pequeñas, ni los extremos de la distancia focal en el caso de un zoom. Por encima y por debajo de estos parámetros no es que vayamos a sacar fotografías terribles; pero sí que es verdad que las imágenes pierden nitidez, que es lo primero en lo que nos vamos a fijar cuando hacemos grandes ampliaciones de nuestra foto.

Este es uno de los aspectos que más inciden en el precio de los objetivos. De igual modo, la luminosidad del objetivo incide en el precio, ya que a mayor luminosidad mayor tiene que ser el diámetro de los cristales y mayores son las distorsiones que se deben corregir, aumentando el coste de fabricación de los mismos.

Tampoco hay que olvidar que los objetivos fijos dan mucha más calidad que los zoom, ya que éstos se diseñan para una longitud focal fija por lo que es más fácil corregir las distintas aberraciones.

Así que si quieres aumentar la calidad óptica de tus fotos es preferible comprar en un objetivo de buena calidad que comprar una cámara superior con objetivo de kit. Además siempre será una mejor inversión ya que los objetivos de buena calidad siempre se cotizan mejor en el mercado de segunda mano que un modelo de cámara que se haya quedado antiguo.

Por último indicar que hoy en día los distintos programas de procesamiento de imágenes que existen pueden minimizar algunas de estas aberraciones.

Un flashazo para todos.

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