Curvas MTF: Cómo conocer la calidad de un objetivo

• Alberto Bouzón


• 30 Sep 2016

Cada vez que lees los catálogos de los diferentes fabricantes de objetivos da la impresión de que las lentes que producen son, sin lugar a dudas, los mejores, con una calidad incomparable y  construidos con materiales de otro planeta, o por lo menos parecen sacados de películas de James Bond y con los que se construyó la sala de control de la USS Enterprise. Pero, ¿cómo podemos conocer qué objetivos presentan “más calidad” que otros? ¿Es posible saber qué objetivo es más nítido o reproduce mejor las imágenes? En este artículo te explicamos qué es y cómo interpretar  las curvas MTF, el método más común para analizar la calidad de un objetivo. Así, sabrás cómo comparar las lentes según su calidad.

Hoy en día un objetivo no es solo un conjunto de lentes formando grupos que permiten dirigir y enfocar la luz hacia el sensor de nuestra cámara. Aparte de los cristales, un objetivo tiene diferentes sistemas como por ejemplo los de enfoque, tanto manual como automático, motores ultrasónicos, estabilización en tres, cuatro y hasta cinco ejes, CPU y una electrónica que no tiene nada que envidiar al Delorian de Regreso al Futuro. También otros elementos de consideración sería la construcción del propio cuerpo del objetivo, si está más o menos sellado al polvo y a la humedad.

Foto Caparobertsan

Sin embargo en este artículo nos vamos a centrar en las ópticas y sobre todo en el contraste, nitidez y resolución que un objetivo es capaz de conseguir. Y vamos a conocer una serie de gráficas que son el resultado de unas pruebas más o menos estandarizadas que tanto fabricantes como laboratorios de prueba realizan a los diferentes objetivos para poderlos comparar.

También existen una serie de pruebas y de gráficas o tablas para comprobar la tolerancia de los objetivos al viñeteado, a las deformaciones geométricas e incluso a las aberraciones cromáticas, pero eso lo dejaremos para más adelante.

 Fotografía con pérdida de iluminación periférica por exceso de viñeteo del objetivo. Foto: Alberto Bouzón.

Pruebas de contrastes, nitidez y resolución. Curvas MTF.

Quizás en un futuro no muy lejano los fabricantes de lentes anunciarán que han construido un objetivo que es capaz de dejar pasar los haces de luz y de centrarlo al sensor sin ningún tipo de deformación, tal como si no atravesara ningún elemento y viajara por el vacío. Pero eso de momento es imposible, o por lo menos a los tamaños y precios que nos movemos en fotografía. Me imagino que el telescopio Hubble tendrá un sistema óptico que sería la envidia de cualquier objetivo fotográfico por muy “profesional” que sea.

Diferencias entre las fotografías tomadas con el sistema de lentes y cámaras primitivo del Hubble y después de las reparaciones. Da igual una simple compacta que un telescopio de millones de dólares, debemos buscar siempre la máxima calidad. Foto: Hubble Site

Si como dijimos al principio, echamos un vistazo a los catálogos de los fabricantes de lentes, observamos los diferentes tipos de cristales que se emplean: que si de baja dispersión, lentes asféricas, de fluorita, con recubrimientos espectra (yo creo que cuando los fabricantes se quedan sin ideas contratan a los guionistas de Hollywood para que les ayuden a poner nombre a los elementos ópticos). En fin cada fabricante tiene sus patentes, sus marcas registradas y sus elementos.

El recubrimiento Spectra de los objetivos Canon elimina las imágenes “fantasma” producidas por la reflexión de la luz en el interior del objetivo.  Foto: Canon.

Si miramos esos catálogos, veremos y comprobaremos que a más o menos igualdad de nivel o de gama de objetivo (sobre todo de precio), las lentes tienen una construcción similar y emplean el mismo número de cristales “galácticos”. Sin embargo a la hora de la verdad, sí existen diferencias de rendimientos de un objetivo a otro.

Por ello y para evitar que los fabricantes, con ayuda de sus guionistas hollywoodienses nos coman “el tarro”, existen una serie de laboratorios que realizan una serie de test normalizados (por lo menos dentro del propio laboratorio) y comprueban fehacientemente la calidad óptica de los objetivos.

Cristal y lentes de fluorita que evitan las temidas aberraciones cromáticas y la perdida de nitidez. Foto: Canon. 

Así, de esta forma y teniendo en cuenta la supuesta neutralidad del laboratorio, podemos comparar objetivos y lentes probadas de la misma forma y valorar por nosotros mismos qué objetivo da más calidad, sobre todo en cuanto a contraste, nitidez y resolución, que es lo que toca en este momento.

Así podemos realizar la Función de Transferencia de Modulación (Modulation Transfer Function en inglés), que para que nos entendamos todos es un porcentaje que hace referencia a cómo se comporta el contraste de un objetivo en función de la resolución. Esta función matemática se representan en una serie de curvas que nos permiten conocer la calidad de un objetivo en cuanto a nitidez. No voy a entrar en detalles de cómo se calcula y cómo se representa, tan solo vamos a ver a groso modo cómo se generan y lo más importante: cómo se interpretan.

¿Cómo se realizan las gráficas MTF?

Cada laboratorio hace sus pruebas de unas formas concretas, aunque sean diferentes, la metodología y la base de las mismas son muy similares y por tanto los resultados también, y son fácilmente extrapolables.

Las pruebas de nitidez y resolución consisten en hacer una serie de fotografías con el objetivo colocado sobre un cuerpo de cámara determinado, perfectamente estabilizado y nivelado. Las fotografías se realizan a una carta de ajuste o de pruebas homologada por diferentes estándares. Estas cartas de ajustes son cartulinas blancas con una serie de líneas negras impresas que nos permiten comprobar las cualidades ópticas de los objetivos.

Carta de prueba normalizada establecida por la Fuerza Aérea Norteamericana que se estableció como patrón de pruebas en estos test. Foto: Carles Mitjà

Estas cartas tiene impresas líneas en varias direcciones en forma perpendicular unas a otras, se le conocen como las Sagitales y las Meridionales. Es decir, unas van en dirección Radial y otras de forma Tangencial, en definitiva líneas que son perpendiculares entre sí, puesto que los objetivos no se comportan de la misma forma en función de la dirección de las líneas que debe representar.

Las líneas se consideran pares, es decir una línea es negra porque tiene a cada lado una línea blanca, por eso decimos que van de dos en dos: una blanca y otra negra. Estos pares de líneas se aproximan o se separan de tal forma que se cuentan los pares de líneas que hay en un espacio de un milímetro. Si la memoria no me falla, una persona con una visión más que correcta es capaz de distinguir hasta diez líneas por milímetro (yo creo que no soy capaz ni con mis gafas puestas).

En la mayoría de los test y gráficas se emplean dos “separaciones” de líneas (de pares de líneas). Las de 10 lineas por mm (10 lpmm) y las de 30 lpmm. Aunque algunos fabricantes y laboratorios utilizan otros valores.

En esta imagen se simula la pérdida de nitidez que se produce cuando las líneas por milímetros van aumentando y se van haciendo cada vez más finas. La separación entre las crestas de las ondas y los valles son menores por la pérdida de contraste.  Foto: DXOMARK

Otros factores a tener en cuenta son los valores de exposición con los que se realizan las pruebas, ya que no es lo mismo realizarlo a máxima apertura a media o a mínima. Lo más normal es encontrarnos estas curvas MTF referidas a la máxima apertura (valor F más bajo) ya que siempre a medida que cerremos el diafragma los resultados irán mejorando.

Por último, comentar que no es lo mismo emplear un cuerpo de cámara u otro. Está claro que una Canon 5D con 50 Mpx no se va a comportar igual que por ejemplo una Canon 1200D con 18 Mpx. Y esto sería extrapolable a cualquier otra marca y fabricante.

Por tanto, viendo la cantidad de parámetros que se ponen en juego a la hora de realizar estas pruebas, es muy difícil estandarizar todo el proceso. Por ello, los fabricantes o laboratorios presentan en sus webs los valores que se han utilizado para realizar las pruebas. Esta heterogeneidad quizás nos impide comparar resultados y gráficas de un fabricante o laboratorio con respecto a otro, pero sí nos permitirá comparar las pruebas de un mismo laboratorio ya que estos mantienen los valores constantes en todas las pruebas. Incluso presentan la posibilidad de ver las gráficas utilizando diferentes parámetros de configuración de la prueba. Por ejemplo, puede elegirse el cuerpo de cámara con el que se han realizado los test.

¿Cómo interpretar las gráficas de curvas MTF?

Estas gráficas se representan sobre dos ejes de coordenadas cartesianos. Retrocedamos unos años a nuestra época escolar cuando estudiábamos las gráficas, las coordenadas ‘x’ e ‘y’, las abscisas y ordenadas: dos ejes graduados que son perpendiculares y se cortan en el origen (x=0 e y=0).

El eje horizontal o de abscisas (el que representan las X) hace referencia a la distancia desde el centro hasta el borde más extremo del objetivo. Como los objetivos centran la luz sobre el sensor de 35mm, el cero representa el centro del sensor y se extiende hasta los aproximadamente 21 mm que corresponde a la distancia que hay desde el centro hasta una esquina del sensor Full Frame.

Esta gráfica correspondería a una lente perfecta, ya que no se observan pérdidas. Una línea horizontal situada en lo más alto de la gráfica” Foto: Photographylife

El eje vertical o de ordenada (el que representan las Y) hace referencia el tanto por ciento o más bien en tanto por uno al contraste existente entre dos líneas contiguas blancas y negras. Si se miden los valores de nivel del blanco corresponde a 255 y si se mide en negro corresponde a 0. Cuando la diferencia entre uno y otro es máxima, el valor es 1

(Valor blanco-Valor Negro)/255 —> Con Blancos y Negros puros (255-0)/255=1

Como los objetivos no son perfectos siempre habrá cierta pérdida de defunción y contrastes entre las líneas negras y blancas, lo que nos generará valores por debajo de la unidad. Cuánto menor sea el valor que se nos presente, significará que el sensor le cuesta trabajo distinguir entre líneas negras y blancas y tendrá menos contraste o definición, en función de lo separado que estén las líneas de nuestra carta de ajuste.

Evidentemente todo esto se realiza a través de aplicaciones informáticas que analizan las fotografías a las cartas de ajustes y en función de los parámetros de la prueba.

Como mínimo, en las gráficas suelen aparecer cuatro curvas. Dos curvas para cartas de ajustes con 10 lineas por mm (10 lpmm) y otras dos para las de 30 líneas por mm. Aunque a veces algunos fabricantes emplean un mayor número de curvas, sobre todo para objetivos que no son para Full Frame, como por ejemplo para Micro Cuatro Tercios, etc.

En los objetivos normales, la calidad de la lente suele ser superior en el centro y va disminuyendo cuanto más nos acerquemos a los extremos de la lente. Foto: Photographylife

Después se representan independizados los valores para líneas Meridionales y para líneas Sagitales, puesto que los objetivos no se comportan de la misma forma a la hora de resolver la representación en una dirección u otra.

Las curvas para 10 lpmm nos indican cómo se comporta el objetivo respecto a la capacidad de contraste general de la imagen y a la hora de representar un detalle de nivel medio que es el más común en nuestras fotografías. Siempre los valores son bastante más altos puesto que es una prueba menos exigente.

El valor máximo es 1 ( ó 100 si se ha elegido la escala en porcentaje) y los objetivos “pata negra” no bajan de 0,8 en toda la gráfica sobre todo en la zona central del sensor, produciéndose caídas de valores a medida que nos vamos alejando.

Las curvas 30 lpmm nos indican como se comporta el objetivo respecto a la resolución, es decir respecto la reproducción fina de detalles. Aquí es muy importante conocer el cuerpo de cámara que se usa para hacer las pruebas, puesto que puede variar mucho en función de los megapíxeles que tenga nuestra cámara. Los valores de estas curvas son bastante más bajos puesto que al estar tan próximas las líneas cuesta mucho trabajo distinguirlas. Aquí nuestro objetivo pata negra se mantendrá entre 0,6 ó 0,7 y como la anterior irá cayendo más o menos rápido en función de que nos vayamos alejando del centro del objetivo.

Evidentemente tanto en una curva como en otra cuanto más arriba mejor y si las curvas se mantienen en horizontal querrá decir que el comportamiento es similar en toda la anchura de la lente, cosa que es bastante interesante, por ejemplo, para los que hacemos paisajes y buscamos la mayor nitidez y definición en toda nuestra imagen.

“Gráfica de Curvas MTF donde se representan las curvas de 10 y 30 lpmm y las sagitales y meridionales. Foto: Photographylife

¿Y qué sentido tiene representar las diferencias entre las líneas Meridionales y Sagitales?

Pues si las líneas continuas y a trazos del mismo color discurren unidas una junto a la otra por toda la gráfica, significa que el objetivo se comporta de manera similar en una dirección y en otra y esto se debe interpretar como que el famoso bokeh de los objetivos será de más calidad, suave, y mucho más atractivo. Ahora, si las curvas van cada uno por su lado significará que el bokeh será imperfecto, ya que no se va a representar igual de bien en una dirección u otra y la foto tendrá un desenfoque menos bonito. Aunque hay otros factores que afectan al bokeh de un objetivo, como el número de laminillas del diafragma y su forma, etc.

Limitaciones de las curvas MTF

• En objetivos que sean zoom, no se comportan igual en función de la distancia focal a la que se realicen las pruebas, por lo que deberán realizarse para las focales más habituales.

• El tamaño del sensor de nuestra cámara, ya que para sensores más pequeños deberemos usar valores superiores en lpmm (líneas por milímetro), para que los resultados sean equiparables. Además, las gráficas serán diferentes, ya que el eje X no será de 22 mm sino bastante más recortado.

• Las curvas que suelen presentar los fabricantes suelen corresponder a ecuaciones matemáticas que en teoría y solo en teoría corresponde al funcionamiento de los objetivos que construyen. Así que más que pruebas empíricas son estudios matemáticos que simulan el comportamiento de las lentes, solo fabricantes como Zeiss o Leica, entre otros fabricantes de la máxima calidad ofrecen pruebas reales, el resto son meras simulaciones informáticas que muestran el rendimiento potencial de las lentes.

• Las pruebas reales en laboratorio deben de valorar el realizar las pruebas a un número determinado de unidades del mismo objetivo, con idea de eliminar la posibilidad de encontrar un objetivo defectuoso de fábrica que nos lleve a error. Por eso solo los laboratorios más grandes son más fiables a la hora de dar validez a sus test, ya que suelen hacer pruebas a un mayor numero de unidades buscando una uniformidad de los resultados y un muestreo lo suficientemente alto como para ser referentes.

Otras formas de representar curvas MTF u otros métodos de evaluación alternativos

Existen otras formas de representar los datos obtenidos con pruebas similares a la de las curvas MTF. No son propiamente curvas MTF pero la información que nos aportan es similar, incluso en algunos casos es más sencillo de interpretar y de sacar tus propias conclusiones.

Por ejemplo en Digital Camara Lens utilizan un diagrama de barras con el máximo numero de líneas por milímetro que es capaz de representar un objetivo. Además establecen que tiene que existir un mínimo del 50% de contraste entre los pares de líneas para definir los valores máximos alcanzados. Normalmente tres barras que corresponde al centro, a la parte media o esquina APS-C y al extremo del objetivo. Las barras marcan el valor máximo en cada punto antes referido. Así a mayor altura en las barras, más calidad aportan. Este tipo de gráfica nos permite comparar objetivos en un mismo gráfico superponiendo en una misma gráfica las barras correspondiente a varias ópticas, o por el contrario ver cómo se comporta el objetivo a diferentes aperturas.

“Gráfica de barras usado por Digital Camera Lens para representar la cantidad de líneas por mm es capaz de representar un objetivo Sigma 20mm f/1,4  con una nitidez como mínimo del 50%. Foto: Digital Camera Lens

Otros laboratorios de reconocido prestigio como los de DxOMark utilizan otro sistema que han ideado ellos mismos para valorar la calidad óptica de los objetivos. No voy a entrar en detalles de cómo realizan las pruebas, pero simplifican bastante el estudio comparativo de las lentes. Este laboratorio asigna una puntuación cerrada a una combinación cuerpo/objetivo, que te permite establecer comparaciones de objetivos siempre y cuando no varíes el cuerpo de cámara con el que se realizan las pruebas. Para ellos han definido un sistema de medición que hace referencia a los Megapixeles que un objetivo es capaz de aprovechar de un sensor. Así, a mayor calidad del objetivo, más megapíxeles se supone que aprovecha. Evidentemente esa puntuación siempre será menor que los megapíxeles del sensor y por supuesto cuanto mayor sea, mejor. Presentan los resultados en una gráfica que hace referencia a esa puntuación P-Mpix en función de la apertura de la lente y en función de la distancia focal (si el objetivo es zoom).

“Gráfica de barras usada por DxOMARK para representar los P-Mpix que puede aprovechar un objetivo SIGMA 20mm f/1,4 en una Canon 6D. Foto: DxOMark

Como vemos, además de las curvas MTF, existen otras pruebas y análisis para comparar la calidad de los objetivos. Mi consejo personal es que no os quedéis en un solo tipo de pruebas o análisis y que echéis un vistazo  tanto a lo ofrecido por los fabricantes como por los diferentes laboratorios de pruebas. Yo soy de los que prefiero tener más información a la hora de tomar una decisión y más teniendo en cuenta los precios de las ópticas. Así que antes de decidirme por una u otra lente analizo concienzudamente toda la información de cuantas gráficas encuentro y leo tantas reviews como me sean posible. Aun así es el día a día lo que te hace descubrir el verdadero potencial de un objetivo. Como siempre, invito a comentar, preguntar y aportar más información, aquí o en las redes sociales.

Foto destacada: Nikonistas.