Een vergelijking van de beeldkwaliteit en scherpte van vier film formaten en twee digitale camera's

English Version

Doel van deze experimenten

De experimenten die hier beschreven worden zijn opgezet om de volgende vraag te beantwoorden: wat mag je verwachten in termen van beeldkwaliteit en  scherpte van verschillende filmformaten en digitale camera's. Scannende digtale achterwanden zijn niet betrokken in deze tests, omdat ze niet breed inzetbaar zijn door hun lange scantijden.

De tests zijn uitgevoerd in een gestandaardiseerde omgeving, met als eindproduct digitale files die op een goed beeldscherm bekeken kunnen worden of afgedrukt op een hoge kwaliteits foto belichter, zoals de Durst Lambda. Het moet benadrukt worden dat dit een test is in normale omstandigheden, los van de laboratorium metingen van producenten. Daarom kunnen de resultaten wat tegenvallen voor diegenen die de harde getallen van producenten voor lief nemen. Het eindresultaat van de tests is in termen van de uiteindelijke aantallen megapixels en afdrukafmetingen die nog kritisch scherp zijn voor het menselijk oog op leesafstand.

De tests zijn volledig onafhankelijk uitgevoerd van producenten van camera's, scanners en bier.

De camera's en formaten

Gandolfi

Gandolfi Variant 8x10 inch
 Linhof

Linhof MT 2000 4x5 inch
Plaubel

Plaubel Makina 670 6x7cm
 M6

Leica M6 35 mm
300D

Canon EOS 300D 6.3 Mpixel
 S50

Canon Powershot S50 5 Mpixel



Experimentele omstandigheden

Met uitzondering van de twee digitale camera's, zijn alle camera's voorzien van top kwaliteit lenzen. De lenzen waren niet beperkend voor de gemeten scheidende vermogens, niet in het midden, noch in de hoeken van de opname's bij de gebruikte diafragma's. Dit is vastgesteld met een 50x microscoop, kijkend naar het beeld dat gevormd werd door de lenzen van een USAF testkaart. In alle gevallen werd een oplossend vermogen gehaald van 100 lijnparen per millimeter of meer. De lens van de digitale reflex camera was niet van top kwaliteit, maar had een resolutie van meer dan 2.5 x van de gemeten beelden  bij volle opening en in het centrum van het beeld. Hier was de lens ook niet de beperkende factor. Alle camera's waren geplaatst op een heel stijf statief met balhoofd. De sluiter werd steeds bediend met een draadontspanner of zelf timer. Scherpstelling van alle vier conventionele camera's werd gecontroleerd op nauwkeurigheid en herhaalbaarheid. Scherpstellen (standaarddeviatie van 0.02 % van de brandpuntsafstand) in de grootformaat camera's was ruim binnen de scherpte diepte van de focus bij het gebruikte diafragma  (waarbij het ongebruikelijk strenge criterium gebruikt werd van een onzekerheids cirkel met diameter van 0.01 mm in de 4x5 inch camera). De verplaatsing van het  brandpunt door diafragmeren na scherpstellen was ook ruim binnen de scherptediepte van de focus. Film vlakheid in alle conventionele camera's was binnen de scherptediepte van de focus. Alle formaten film hadden dezelfde emulsie en werden ontwikkeld in dezelfde computer gestuurde ontwikkelmachine (de Jobo ATL 2000), met hetzelfde ontwikkelprogramma. De digitale camera's werden gebruikt in RAW mode, waarna de files bewerkt werden met de raw camera plug-in van PhotoShop CS om de chromatische fout te herstellen van de lenzen. Beide digitale camera's werden gebruikt in de fabrieksinstelling van scherpte en geen andere effecten werden gebruikt.

Het hele beeld


Overview

De bierfles links en de USAF testkaart in het midden, beiden aangegeven met een rode rechthoek, zullen hier beneden uitvergroot worden.
Het hele beeld was 2.4 meter breed. De USAF testkaart had een fijnste streping van 3 lijnparen per millimeter in het 1/6 testblokje.
Dat betekent dat onder ideale omstandigheden er 14400 pixels nodig zijn in de lengte van het beeld om de fijnste details op te lossen, wat neerkomt op 311 megapixels. In de echter wereld zijn meer pixels nodig door niet precies passen van de pixels over het patroon van de testkaart en doordat pixels niet precies de grens vormen van een scanner, door onvolkomenheden in scherpstelling en door beeldbewerking in chips van digitale camera's.

De film die gebruikt werd was Fuji Provia 100F.

De camera's, formaten, belichting en scan informatie:
  1. Gandolfi Variant 8x10 inch met 240mm Apo Sironar S, f22 bij 2 seconden, gescand @ 3200 dpi met Epson 4870
  2. Linhof MT 2000 4x5 inch met 150mm Sironar N, f16 bij 1 seconde, gescand @ 3200 dpi met Epson 4870
  3. Plaubel Makina 670 met 80 mm Nikkor, f11.5 bij 1/2 seconde, gescand @ 3200 dpi met Epson 4870
  4. Leica M6 met 35 mm Summicron, f8 bij 1/4 seconde, gescand @ 3200 dpi met Epson 4870 en gescand @ 5400 dpi met Minolta 5400
  5. Canon EOS 300D, Canon EF-S 18-55/3.5-5.6 gebruikt bij 30 mm, RAW, ISO 100, f8 bij 1/4 seconds
  6. Canon Powershot S50, RAW, ISO 100, f8 bij 1/4 seconds

De bierfles


8x10beer

8x10, gescand @ 3200dpi, 
Pixelgewijze vergroting: 0.25 x
Vergroot
 4x5beer

4x5,gescand @ 3200dpi,
Pixelgewijze vergroting: 0.5 x
 Vergroot
 6x7beer

6x7, gescand @ 3200dpi
Pixelgewijze vergroting: 1 x


300Dbeer

EOS 300D,van RAW
Pixelgewijze vergroting: 3 x
 s50beer

Canon S50, van RAW
Pixelgewijze vergroting: 3.5 x


35beer

kleinbeeld, gescand @ 3200dpi
Pixelgewijze vergroting: 2 x
 35mmbeer5400

kleinbeeld, gescand @ 5400dpi
Pixelgewijze vergroting: 1 x


Conclusies van deze vergrotingen

    1. Er zijn kleine verschillen in belichting van de beelden, die niet betrokken zijn in deze evaluaties. De bierfles was een heel moeilijk object om weer te geven doordat er een zilveren etiket op zat. De kleurverschillen in de scans moeten ook niet betrokken worden in de uiteindelijke evaluaties.
    2. Er is een duidelijke ordening in beeldkwaliteit, wat verklaard kan worden door het aantal pixels in het beeld.
    3. De kleinbeeld scan  @ 3200 dpi met de epson scanner is niet beter dan de EOS 300D, dit komt door beperkingen van de scanner.
    4. De kleinbeeld opname gescand @ 5400 dpi  is beter dan het beeld van de  EOS300D. Vergelijk bijvoorbeeld het jaartal "1744" in beide beelden.
    5. Het beeld van de S50 heeft meer ruis dan dat van de 300D en dat komt door de grootte van de sensor en dus de lagere fotonenstroom per pixel en dus de hogere versterkingsfactor die nodig is. Hieruit blijkt dat het aantal megapixels dus niet de enige bepalende factor is voor beeldkwaliteit.
    6. Het gescande beeld van de 6x7 cm opname  @ 3200 dpi is iets beter dan de scan van kleinbeeld @ 5400 dpi, en dat komt vooral doordat de korrel minder belangrijk is in de 6x7 opname. Verder geeft  3200 dpi op 6x7 cm meer pixels dan 5400 dpi op 24x36 mm.
    7. De opname's op film hebben een hoger contrast dan de digitale beelden en dat komt door de beperkte omvang van de emulsie (4.5 stops) ten opzichte van de omvang van de beeldchips (ongeveer 5.5 stops met een lang doorlopend bereik in de schaduwdelen).
    8. Het 8x10 inch beeld is echt twee maal scherper en bevat vier maal meer beeldinformatie dan de 4x5 inch opname. Dat betekent dat 8x10 inch overwogen moet worden als het uiterste verlangd wordt in beeldkwaliteit.


De USAF testkaart


8x10USAF

8x10 inch, gescand @ 3200dpi, 
Pixelgewijze vergroting: 0.25 x
Vergroot
 4x5USAF

4x5 inch, gescand @ 3200dpi,
Pixelgewijze vergroting: 0.5 x
 6x7USAF

6x7 cm, gescand @ 3200dpi
Pixelgewijze vergroting: 1 x
35mmUSAF

kleinbeeld, gescand @ 3200dpi
Pixelgewijze vergroting: 2 x
 35mm5400

kleinbeeld, gescand @ 5400dpi
Pixelgewijze vergroting: 1 x
 35mm5400detail

kleinbeeld, gescand @ 5400dpi (detail)
Pixelgewijze vergroting: 2 x

Hier plaats voor een beeld van een digi-
tale camera die net zo goed is als klein-
beeld gescand @ 5400 dpi
 300DUSAF

EOS 300D, van RAW
Pixelgewijze vergroting: 3 x
 S50USAF


Canon S50, van RAW
Pixelgewijze vergroting: 3.5 x

Gebaseerd op deze testkaarten, de volgende resolutie en beeldinhoud gegegevens van opgeloste, dus echte megapixels:



Camera of Formaat resolutie in
filmvlak in dpi		 resolutie in dpi
  t.o.v. kleinbeeld
 resolutie in
lijnparen/mm
in filmvlak
 effectieve aantal
  opgeloste megapixels
canon powershot S50 7200 1300 142
 4
canon EOS 300D 2600 1600 51
 5
kleinbeeld gescand @ 3200 dpi 2400 2400 47
 8
kleinbeeld gescand @ 5400 dpi 3400 3400 67
 15
kleinbeeld origineel* 3800 3800 75
 19
6x7 gescand @ 3200 dpi 2200 4200 43
 29
6x7 origineel* 3500 6800 71
 83
4x5 gescand @ 3200 dpi 2200 7400 43
 86
4x5 origineel* 3200 10800 63
 209
8x10 gescand @ 3200 dpi 2200 14900 43
 375
8x10 origineel* 3100 21500 61
 836


In grafiek:

Graph


In grafiek met logarithmische schaal:

GraphLog


* De resolutie van de originele dia's was bepaald met een microscoop met 50 malige vergroting.
  Deze resoluties zijn hier gegeven voor conventionele afdrukken onder ideale condities, projectie met hele goede lenzen of met betrekking tot toekomstige of betere scanners dan hier gebruikt zijn.

Conclusies uit deze vergrotingen:

    1. Opnieuw is er een duidelijke ordening in resolutie, wat vooral komt door het aantal pixels dat beschikbaar is.
    2. De resolutie gemeten op de films bij de vier formaten vertegenwoordigt het 20-25% gebied in de MTF kromme zoals gepubliceerd door Fuji voor de Provia 100F emulsie. Dit ondersteunt de stelling dat de optiek en het scherpstellen bij de proeven niet beperkend waren in de conventionele camera's.
    3. De kleinbeeld scan @ 3200 dpi lijkt minder scherp dan het beeld van de 300D, maar heeft in feite een hogere resolutie. De 300D vertoont wat vreemde kunstmatigheden dichtbij het oplossend vermogen. In het -1/5 blokje met strepen, zijn de strepen 90 graden gedraaid! Dit komt door de aanscherp berekeningen in het toestel.
    4. De modulatie overdracht van de digitale camera is heel anders dan de opnames op film. De modulatie in de digitale opname's blijft hoog tot aan de grens van het oplossend vermogen en wordt dan plotseling nul. De film opnamen laten zien dat de modulatie geleidelijk terugvalt en dat geeft een zachter beeld.
    5. De testkaart was nooit beperkend bij de 4x5 inch en 8x10 inch opname's, maar de scans zijn beperkt tot ongeveer 2400 dpi, wat ongeveer de helft is van wat de Epson 4870 zou moeten oplossen volgens de specificaties.
    6. Verrassend genoeg zijn de beelden van de EOS 300D en de S50 beperkt tot  2500 en 2200 pixels in de lengte van de opname, wat neerkomt op 5 en 4 megapixels, beiden onder de gespecificeerde 6.3 en 5 mega pixels.
    7. De EOS 300D heeft het niveau van een kleinbeeld opname bereikt als die gescand is met een 3200 dpi flatbed scanner. Maar de originele film bevat vier maal meer informatie, waarvan 15 megapixels te scannen zijn met een kleinbeeld scanner zoals de Minolta 5400.
    8. Als er digitale camera's beschikbaar komen met  20 megapixels, zijn er geen voordelen meer te vinden aan kleinbeeld camera's die film gebruiken, behalve dan het gevoel van het werken met een klassieke camera en de kwaliteit van de optiek.
    9. 8x10 inch camera's daarentegen zullen pas overbodig worden als er digitale camera's geproduceerd worden met 836 megapixels. 
    10. 4x5 inch camera's zullen gepasseerd worden door  209 effectieve megapixel camera's.
    11. 6x7 cm wordt overbodig als 83 effectieve megapixel camera's op de markt verschijnen.

Opmerking over modulatie van digitale beelden:

Zoals te zien is in het beeld van de USAF testkaart, gemaakt door de Canon EOS 300D, verschijnen er lichtere banden rond de zwarte strepen. Dat komt door  het rekenkundig aanscherpen van de beelden in het toestel en wordt uitgedrukt als een modulatie groter dan 1. Bij bepaalde kijk afstanden tot de foto, daar waar het menselijk oog net iets scherper is dan de foto, lijkt de foto scherper. Maar voor afstanden waarbij het oog veel beter is dan de foto geeft de foto een grove digitale indruk. De modulatie als functie van ruimtelijke frequentie (detail) in een foto is heel belangrijk voor het gevoel van echtheid en schoonheid in een foto. Daarom moeten "unsharp masks" of digitale aanscherpingen met zorg gebruikt worden bij digitale camera's,  scanners en nabewerkingen in de computer.
Als regel is het goed om aanscherpen te gebruiken alleen tot het punt dat de extra banden van zwarte en witte lijnen ontstaan en dan de aanscherping iets terug te draaien tot ze verdwijnen. Op deze manier is de scherpte toegenomen, zonder dat het beeld er kunstmatig of "overscherp" eruit komt te zien. Hetzelfde geldt voor de instellingen in digitale camera's, die vanuit de fabriek vaak te veel aanscherping verzorgen.

Eind conclusies

  1. Wanneer camera's gebruikt worden met film, dan is de volgorde van de beeldvormende delen in toenemende zwakte in deze tests: 1) lens, 2) film, 3) scan. Onder andere omstandigheden kan de lens de zwakste schakel worden, bijvoorbeeld bij grotere openingen of bij onvoldoende zorgvuldig scherp stellen. Ook kan de film de zwakste schakel worden door bijvoorbeeld een grote korrel.
  2. Alle film formaten, kleinbeeld, 6x7 cm, 4x5 inch en 8x10 inch zijn beter dan de digital camera's met 6.3 megapixels of kleiner
  3. Maar als een flatbed scanner gebruikt wordt met 3200 dpi, dan is kleinbeeld overbodig geworden, behalve als men waarde hecht aan een klassieke camera en de prachtige optiek. Als een speciale kleinbeeld scanner gebruikt wordt is kleinbeeld nog steeds te prefereren.
  4. Digitale camera's zijn prachtige lichtmeters en zinvol om snelle voorstudies te maken van beelden of om snel beelden te kunnen aanleveren en hebben zo een belangrijke plaats veroverd in de fotografie.
  5. In ruige omstandigheden (extreme hitte, kou of ontbreken van stopcontacten of batterijen), bieden mechanisch camera's nog steeds voordelen.

Slotopmerking

Het is begrijpelijk dat er vlammende debatten ontstaan over de keuze van camera's met film of digitale camera's. Dit gebeurt altijd bij het vermarkten van nieuwe produkten met enorme omzetten. Het woord "digitaal" is een "buzzword" geworden in de consumenten fotografie. Op een dag was ik mijn Linhof technische camera aan het opzetten toen een man naar me toekwam en bewonderend zei: "dat moet een digitale camera zijn!". De producenten van digitale camera's hebben blijkbaar met succes dit inzicht erin gehamerd. Ik heb alleen het gevoel dat een camera een instrument is waarmee je (interessante) plaatjes kan maken. Het bestaat uit een lens, sluiter en diafragma en een gevoelige laag. Die laag kan bestaan uit een chemische emulsie of een matrix van electronische beeldpunten.

De digitale revolutie gaat over dat oppervlak en zoals te zien is uit deze tests kan dat oppervlak verschillende eigenschappen hebben. Dat inzicht kan door de fotograaf in zijn of haar voordeel gebruikt worden: elke fotografische omstandigheid kent zijn optimale camera. Om een goede keuze te maken, is het voordelig als de fotograaf de eigenschappen van de camera kent. Dat is één van de doelen geweest van deze tests.

Het is heel waarschijnlijk dat we niet moeten spreken over een digitale revolutie, maar over een geleidelijke verandering in de fotografie als kunstvorm en menselijke activiteit. Uiteindelijk is het beeld boeiend of niet, is het beeld vernieuwend of niet en een verrijking van ons fotografisch erfgoed, of alleen maar een verspilling van film of schijfruimte. Dat verschil staat centraal. Ik heb niet het gevoel dat er een bindende keuze gemaakt moet worden tussen digitaal of film materiaal. Beiden kunnen met succes gebruikt worden en dat blijkt wel uit de fantastische stroom van creatitiveit zoals die te vinden is op het net, bijvoorbeeld bij www.photo.net met een groei van duizenden foto's per week, waarvan sommigen echt inspireren. Van enkele van die foto's zou ik dolgraag de originelen willen zien op een heel goed beeldscherm, op een lichtbak of als grote afdruk aan de wand, liefst goed verlicht.


Bert Otten


artwork                                     Printsizes