¿Qué es el punto dulce y el límite de difracción en fotografía?

Obtener una buena nitidez en la captura es crucial para el fotógrafo profesional. Ello garantiza mayor calidad en el detalle y por consiguiente más riqueza de texturas en la imagen. Erróneamente, suele pensarse que una buena manera de garantizar más nitidez en la fotografía es utilizando los diafragmas más cerrados posibles. Aunque el diafragma cerrado garantiza mayor profundidad de campo en la imagen (más planos enfocados), ello no debe confundirse con la nitidez. Realmente esta empeora cuando cerramos el diafragma más allá del límite de difracción.

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 Fig. 1. Ejemplo de variación de la nitidez en una misma imagen tomada a diferentes diafragmas.

PERO ¿QUÉ ES EL LÍMITE DE DIFRACCIÓN?

Una de las cualidades físicas de la luz es la difracción. De manera simple, y aunque puede manifestarse de otras maneras, la difracción se refiere a la curvatura y desviación de los rayos de luz al atravesar una pequeña rendija u orificio. Entre más pequeño sea dicho orificio, más difracción se producirá y esto producirá un disco de Airy más grande. El disco de Airy (por su descubridor George Airy) se refiere al patrón de difracción 2-D producido.

Fig. 2. Difracción de la luz.

En la práctica, el fenómeno óptico de la difracción limita la nitidez de las fotografías. Al cerrar el diafragma (es decir, al usar números f/ más altos), la luz sufre mayor difracción: el frente de onda se curva al pasar por el orificio más estrecho y el disco de Airy se agranda en el plano del sensor. Esto hace que el diámetro del disco de Airy supere el tamaño del píxel y por consiguiente afecte los píxeles circundantes. El efecto producido por este fenómeno es una ligera pérdida de nitidez en la imagen.

Fig. 3. Efecto de la difracción en la incidencia en el píxel. A la derecha podemos observar cómo el disco de Airy (airy disc) incide en los píxeles circundantes.

El límite de difracción puede entenderse entonces como la mínima apertura del diafragma posible antes de que comencemos a perder nitidez significativamente.

Además de la apertura del diafragma, otro elemento que influye en la difracción es el diámetro del píxel en el sensor. Se comprenderá que, entre más pequeño sea el píxel, habrá más dificultad para que, por el efecto de la difracción de la luz, el disco de Airy incida en dicho píxel sin afectar a los circundantes. De ahí que, en sensores pequeños, el límite de difracción se alcance mucho antes que en sensores grandes debido a que generalmente tendrán pixeles más pequeños. Pero no solo el tamaño del sensor influye sino que, además, una mayor densidad de píxeles implica un píxel de menor tamaño. En sensores full frame de 24 MP, el límite de difracción suele situarse entre f/8 y f/11, mientras que en los mismos sensores full frame de mayor resolución, como los de 45-50 MP, el límite se adelanta a f/5,6-f/6,3. En cámaras compactas de sensor pequeño, dicho límite está mucho antes, en aperturas de f/4 o f/5.6.

ENTONCES ¿QUIERE DECIR QUE TENGO MÁS NITIDEZ CON DIAFRAGMAS MÁS ABIERTOS?

Esto no es exactamente así. Aunque la difracción disminuye con aperturas mayores, hay otros elementos que influyen en la pérdida de nitidez en la imagen cuando abrimos el diafragma. Por ejemplo, los objetivos fotográficos hacen más visibles sus problemas de aberraciones cromáticas, viñeteos y otros defectos en las mayores aperturas.

Es por ello que, tanto abrir demasiado el diafragma, como cerrarlo demasiado provoca problemas de calidad en la imagen obtenida. Para obtener la mejor nitidez posible y la mínima aberración, debemos encontrar el "punto dulce" del objetivo. Este punto óptimo se encuentra equilibrando el diafragma: lo suficientemente cerrado para corregir las aberraciones ópticas del lente, pero lo suficientemente abierto para mantenernos alejados de nuestro límite de difracción. En la práctica, la mejor combinación de nitidez y control de aberraciones se logra cerrando el diafragma dos o tres pasos desde su apertura máxima, antes de que la difracción empiece a hacerse visible. A ese rango es al que se le llama habitualmente "punto dulce" (sweet spot).

¿CÓMO SABER EL LÍMITE DE DIFRACCIÓN?

Como ya hemos señalado antes, el límite de difracción depende de la apertura del diafragma y del diámetro del píxel. Puedes estimarlo con una fórmula sencilla:

1. Calcula el diámetro del disco de Airy: D = 2.44 x λ x N, donde λ ≈ 0.55 µm (longitud de onda de la luz verde) y N es el número f.

2. Compara D con tu tamaño (paso) de píxel (p): Cuando D sea igual o mayor que el doble de tu paso de píxel (2p), la nitidez empezará a decaer de forma apreciable.

Ejemplo: En un sensor Full Frame de 24 MP, cada píxel mide aproximadamente p ≈ 6 µm, por lo que nuestro límite crítico (2p) es de 12 µm.

• A f/8: D ≈ 2.44 x 0.55 x 8 ≈ 10.7 µm. Como 10.7 µm es menor que 12 µm, la imagen se mantendrá nítida y libre de difracción visible.

• A f/11: D ≈ 2.44 x 0.55 x 11 ≈ 14.7 µm. Aquí D supera los 12 µm (2p), por lo que a f/11 la difracción ya empezará a percibirse a nivel de microdetalle.

¿CÓMO CONOCER EL TAMAÑO (O PASO) DE TU PÍXEL?

Para poder aplicar la fórmula anterior a tu propio equipo, necesitas conocer cuánto mide un píxel en tu cámara. Tienes dos opciones para averiguarlo:

Opción 1: La vía rápida (Buscarlo en Internet)
La forma más sencilla es buscar las especificaciones de tu cámara en bases de datos de fotografía (como Digicamdb o las fichas técnicas de los fabricantes). Solo busca en Google el modelo de tu cámara seguido de "pixel pitch" y encontrarás el valor expresado en micrómetros (µm).

Opción 2: La vía técnica (Calcularlo tú mismo)
Si quieres calcularlo por tu cuenta, solo necesitas dos datos: el ancho físico de tu sensor en milímetros (36 mm para Full Frame, 23.5 mm para APS-C, etc.) y la resolución máxima de tu cámara en píxeles por el lado largo.

La fórmula es la siguiente:
p = (Ancho del sensor en mm / Ancho de la imagen en píxeles) x 1000

Nota: Multiplicamos por 1000 al final para convertir los milímetros a micrómetros (µm).

Ejemplo:
Si tienes una cámara Full Frame (cuyo sensor mide unos 36 mm de ancho) y tu archivo de máxima calidad tiene 6000 píxeles de lado largo:
p = (36 / 6000) x 1000
p = 0.006 x 1000
p = 6 µm

De esta manera, independientemente de la cámara que utilices, puedes calcular tu paso de píxel exacto y descubrir cuál es el límite de difracción real de tu equipo.

CONCLUSIONES

Para resumir estas cuestiones en la práctica, podemos anotar las siguientes conclusiones:

Si la prioridad del fotógrafo es obtener la mayor nitidez posible en sus fotografías, entonces será necesario disparar en el punto dulce del objetivo.

Si la prioridad es la profundidad de campo, entonces el fotógrafo tendrá que priorizar la apertura que le permita obtener el efecto deseado, teniendo conciencia de que esto repercutirá en menor nitidez general en la imagen o mayor cantidad de aberraciones.

Hasta aquí este breve artículo que publicamos cada mes. Si te parece útil, te invitamos a compartirlo con tus amigos. Para estudiar fotografía, visita la web del instituto para que estés enterado de nuestros cursos y talleres: http://www.institutoimago.com/cursos