[PÍLDORA 7] Resolución conjunto sensor + óptica

[Guillermo Luijk]

Un sensor y una óptica trabajan conjuntamente, constituyendo un sistema analógico continuo donde el resultado no lo determina solo el peor de ellos. Es decir:

• Aunque la resolución de tu óptica sea mayor a la de tu sensor, tener una óptica superior siempre te va a aportar una mejora.
• Igualmente aunque tu óptica esté algo por debajo de tu sensor, añadir Mpx al sensor siempre te va a dar un incremental de información capturada.

No existe por lo tanto una cifra exacta de lp/mm "necesaria" para tal cantidad de Mpx, ni una cantidad concreta de Mpx necesarios para aprovechar cierta óptica estelar. Lo que sí es conveniente es que exista un equilibrio razonable entre ambos elementos. Si le adaptas la mirilla de una puerta a una cámara sí te da igual tener 80 Mpx que 10 Mpx porque estamos hablando de órdenes de magnitud diferentes.

Una fórmula matemática que modela este comportamiento conjunto de la resolución sensor + óptica sería:

1/Rt = 1/Rs + 1/Ro

Donde:

• Rs = resolución del sensor
• Ro = resolución de la óptica
• Rt = resolución total del conjunto sensor + óptica

De ella se desprende:

• Solo cuando la resolución del sensor es MUY baja, mejorar la óptica es inútil y el sensor se convierte en el limitante: Rt ~ Rs. En este caso la óptica resuelve con gran holgura el sensor.
• Y solo cuando la resolución de la óptica es MUY baja, aumentar Mpx en el sensor es inútil y la óptica se convierte en la limitante: Rt ~ Ro. En este caso el sensor sobremuestrea con gran holgura el sensor.
• En casos del mundo real en general se estará en un punto intermedio entre las dos situaciones anteriores, y mejorar tanto la óptica como el sensor arañará información extra en la captura.

En DxOMark calculan un parámetro llamado p-Mpx para cada combinación de sensor + óptica, que vendría a modelar los Mpx de información real (p-Mpx siempre es menor o igual a los Mpx del sensor) que el combinado es capaz de capturar en una sola toma.

El ejercicio que he hecho no deja de ser ciencia ficción, pero basado en datos reales hasta sensores de 50Mpx. He comparado los p-Mpx de tres objetivos de 135mm en varias cámaras Canon 5D:

• Uno de rendimiento malo: Canon EF 135mm f/2.8 Soft Focus ($870)
• Uno bueno y archiconocido: Canon EF 135mm f/2L USM ($1070)
• Uno muy bueno: Carl Zeiss Apo Sonnar T* 2/135 ZE Canon ($1600)

La gráfica muestra para cada uno de los tres objetivos, cómo progresan sus p-Mpx cuando son usados en cámaras de diferente cantidad de Mpx hasta 50Mpx. Tiene sentido una futurible Canon de 85Mpx? pues para el objetivo malo realmente no, llenaríamos nuestro disco duro de Mpx borrosos sin aumento de información real. Pero con los otros dos la mejora existiría respecto a usar sensores con menos Mpx (se ganarían 10 Mpx reales con el Carl Zeiss y unos 8 Mpx con el Canon 135mm EF), y la mejora es mayor cuanto mejor es la óptica.

Decir que "muchos Mpx requieren ópticas increíbles" es una verdad a medias. Cuanto mejor sea la óptica más provecho les vas a sacar a esas toneladas de Mpx, pero incluso con ópticas buenas a secas se tendrá una mejora. Si esta mejora vale la pena o no dependerá de la relación entre Mpx del sensor y capacidad resolutiva de la óptica.

Por todo lo dicho hay otra ventaja de tener muchos Mpx en el sensor: mejorando solo la cámara, mejorará (en mayor o menor medida dependiendo de la óptica) cualquier foto que hagas con cualquier objetivo. Pay once enjoy many times.

Otra ventaja es que cuando el sensor va sobrado de Mpx respecto a las ópticas usadas, se minimiza e incluso desaparece la posibilidad de moiré. Las mejores ópticas darán problemas de moiré en sensores con "pocos" Mpx, mientras esto no será un problema cuando las pongamos en una bestia de sensor.

En realidad la única desventaja real de tener muchos Mpx es el consumo de recursos (CPU y memoria tanto de la cámara como de nuestro ordenador), porque ni siquiera en ruido los sensores más densos acaban viéndose penalizados; los fabricantes ya se encargan de ello y hasta el momento lleva tiempo cumpliéndose que los sensores con más Mpx son a la vez los que más rango dinámico tienen.

Otra desventaja, eso sí rizando el rizo, es que si te gusta mucho mirar las fotos al 100% (como a Juankinki [emoji14] ), cuantos más Mpx tenga el sensor más rabia te va a dar ver poca nitidez en las capturas al mirarlas así, aunque en ellas haya en total más información real que si se hubiera usado un sensor menos denso.

Salu2!

ANEXO: yasduit ha compartido una hoja de cálculo con el resumen del rendimiento medido en DxOMark de ópticas fijas y zoom de Sony, Canon y M4/3 para los sensores de mayor resolución actuales de cada sistema (42Mpx, 51Mpx y 20Mpx), donde puede verse el rendimiento medio en p-Mpx de cada sistema así como el interesante ratio p-Mpx/Mpx de sensor en %:

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1qvpCq-U3dwTLZuIiDnqFl-WzTiGLF-OiGlUJ_5nqwZc/edit?usp=sharing

Si el enlace anterior no funcionara puede descargarse una copia del foro: ResolucionConjuntoSensorOptica.xlsx

[Fid]

Pues no es pequeña desventaja

Lo bueno de estas píldoras es que siempre puedes enlazarlas en mitad de una de esas discusiones bizantinas, lo malo es que da igual, o no se mira o no les importa.

Muchas gracias por el esfuerzo.

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[Juankinki]

Hombre, rabia, rabia....
Yo estoy contento con lo que tengo ahora mismo, cada cosa para un uso concreto.
Por ejemplo, el 12-40 para la E-M5 II es como un guante y el 24-105 para la A7R II lo mismo. Creo que en ambos casos ni sobran megas ni falta resolución en los objetivos o al contrario.
Ahora, en ambos casos, he tenido cristales peores y ahí si que se nota la diferencia.
Una vez que he aprendido a "domesticar" el ruido del cielo en las m 4/3, tanto en exposición como en procesado, con buenas lentes, las PRO, me parece un sistema excelente aunque el formato fabuloso sea eso, fabuloso....
Lo que me ha dado rabia ha sido hacer el viaje al Himalaya y que se me desconfigurara el modo de captura, sin saber como coño ocurrió, y se me pusiera en JPG directo para casi la mitad de las fotos..... Ahí si que no hay ni resolución ni leches de sensor o de cristal.

Saludos,
Juan.

[laucsap60]

Guilermo, ¿Has llegado a enterarte como calculan esos P-MPX?
Yo no he sido capaz, pero si puedo afirmar que esos p-mpx que calculan, falsean totalmente la realidad.

Ejemplos:
Canon 5diii+85/1,4......... 20 p-mpx
Oly em1ii+75/1,8........... 15 p-mpx

Puedo asegurar que una imagen de la EM1II con el 75 tiene tanto detalle como una con la 5diii con cualquier objetivo.

Canon 5D+85/1,4....... 12 p-mpx
em10+75/1,8............ 10 p-mpx
Aquí puedo afirmar que la em10 con cualquier objetivo mínimamente decente, saca más detalles que la 5d con cualquier objetivo.

Hace uno cuantos años en vez del invento de los p-mpx daban la resolución "normalizada" en la misma línea que hacen con los sensores y ahí se veía que las m4/3 daban las mismas resoluciones que cualquier ff de los mismos mpx y solían estar por encima de casi todas las aps-c.
Se veía claramente que en m4/3 había muy buenos objetivos.

Se ve que eso no gustaba a alguien y decidieron cambiar ese sistema tan claro y directo por esa entelequia de los p-mpx que nadie sabe como obtienen y pone por delante siempre a los sensores grandes aunque les metas un culo de vaso como objetivo.

En las gráficas que has puesto, se ve algo tan gracioso como que la 5d de 12mp, con un objetivo bueno ofrece 14 p-mpx... practicamente lo mismo que la EM1II de 20mp con uno de los objetivos más nítidos de m4/3.
Puedo asegurar qu la EM1II con casi cualquier objetivo le da un buen repaso en resolución y detalle a la 5D.

[Guillermo Luijk]

No tengo ni idea de cómo los calculan, pero como decía en Canonistas (este post viene de unan discusión allí), no me interesaba la cifra en sí sino el cualitativo de la discusión: siempre una óptica mejor te da un plus de información capturada aunque no tengas muchos Mpx, y siempre que aumentes Mpx tienes un plus de información capturada aunque tu óptica sea normalilla.

Sobre porqué salen peor paradas las M4/3, se me ocurre que se deba a que en el cálculo del parámetro entran factores que penalizan al formato más pequeño (que se pondere toda la superficie, o al revés, que se pondere más el centro, etc...). La 5D original es una FF tan poco densa, que a poco que la óptica es buena se exprimen todos sus Mpx. Lo de los 13 p-Mpx (no son 14) entiendo es por el redondeo de sus 12,8 Mpx. Si te fijas dan la cifra siempre redondeada sin decimales, eso me hace pensar que ellos mismos son conscientes de que es un cálculo bastante aproximado.

Salu2!

[laucsap60]

Al principio cuando sacaron ese sistema de los p-mpx un dia encontré en algún sitio en la web de dxomark donde lo medio explicaban (aunque no concreto al 100%) y explicaban algo tan absurdo como que para que fuese más real lo hacían para condiciones difíciles de luz y usaban isos altos... no recuerdo exactamente, pero se que no quedaba claro que hacían exactamente.
Volví a buscarlo un tiempo después pero nunca más he sido capaz de encontrarlo. Imagino que al ser algo tan absurdo, cantaba demasiado y decidieron quitarlo.

[Guillermo Luijk]

A mí no me gustan mucho los p-Mpx como cifras, pero no los he utilizado para hacer un ranking de sistemas ópticos sino para explicar un comportamiento que es común a todos los sistemas: cómo varía la cantidad de información capturada si meto más Mpx en el sensor. Si la óptica es la misma y solo cambias la cantidad de Mpx, cómo varíe el cálculo de p-Mpx al aumentar Mpx es un dato valioso. Cada óptica debiera tener una curva asintótica hacia sus p-Mpx máximos, que serían los que te daría esa óptica con un sensor de resolución infinita.

Salu2!

[juanmadealbox]

Yo leí por ahí que usaban también la calidad del raw final en te,as de ruido, y hacían usar usos muy altos, por eso los objetivos más luminosos y las cámaras con mejores sensores son los que daban mejor puntuación.


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[laucsap60]

A mí no me gustan mucho los p-Mpx como cifras, pero no los he utilizado para hacer un ranking de sistemas ópticos sino para explicar un comportamiento que es común a todos los sistemas: cómo varía la cantidad de información capturada si meto más Mpx en el sensor. Si la óptica es la misma y solo cambias la cantidad de Mpx, cómo varíe el cálculo de p-Mpx al aumentar Mpx es un dato valioso. Cada óptica debiera tener una curva asintótica hacia sus p-Mpx máximos, que serían los que te daría esa óptica con un sensor de resolución infinita.

Salu2!

Si, perdona que no lo había dicho... me parece perfecto y muy interesante todo lo que dices en ese estudio y nada que objetar.
Mi comentario era solo por el tema de los p-mpx de dxomark, que los llevo atravesados...

[laucsap60]

Yo leí por ahí que usaban también la calidad del raw final en te,as de ruido, y hacían usar usos muy altos, por eso los objetivos más luminosos y las cámaras con mejores sensores son los que daban mejor puntuación.


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Exacto, por ahí iba la cosa.
Me parecería muy bién que se entretuviesen en estas cosas, pero que digan de lo que están hablando, no entiendo que lo vendan así sin más como "resolución" comparativa de diferentes cámaras y objetivos. Eso lleva a engaño y lo más triste es que creo que está hecho a propósito...

[yasduit]

.
Interesante y muy bien explicada la píldora, se agradece.

Hace un tiempo me tomé la molestia montar una hoja de cálculo con los datos de DXO para ópticas de Sony FE, Canon EF y m43, con la idea de compararlas.

Precisamente con esta idea de comparar resoluciones del conjunto sensor/lente, a los datos de DXO les agregué una columna que llamé "Sharp/Mpx" con el cociente presentado como porcentaje entre el número de píxeles del sensor para el que DXO midió las lentes de cada sistema (42Mpx para Sony, 20Mpx para m43 y 51Mpx para Canon FF) y el valor de resolución que otorga DXO, algo así como una resolución relativa.

Si alguien tiene curiosidad, la hoja de cálculo puede verse en este enlace. Hay pestañas para fijos y para zooms en cada uno de los tres sistemas y una hoja final con el resumen de los resultados:

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1qvpCq-U3dwTLZuIiDnqFl-WzTiGLF-OiGlUJ_5nqwZc/edit?usp=sharing

Soy consciente de que la comparativa no es precisa, la lista de objetivos que miden en DXO no es completa para cada sistema ni incluye las mismas distancias focales. Sólo me permití excluir el objetivo-tapa Olympus 15mm 1:8.0 Body Cap porque sus medidas eran demasiado bajas y no había en DXO un objetivo "comparable" en los otros sistemas.

Así en general, los objetivos m43 y Sony FE miden mejor que los de Canon (montura FF con espejo), quizás porque son diseños más actuales. Por otro lado las lentes m43 promedian peor en distorsión y aberración cromática y las FF un viñeteo mayor.

Según los datos de DXO para los objetivos que analizan, las lentes Sony FE miden mejor que las m43, con medidas de resolución DXO, en el caso de Sony FE, que se acercan más a la resolución máxima del sensor. Creo que para sus cálculos de resolución DXO promedia todas las aperturas de cada lente, lo que posiblemente penaliza en exceso al formato m43 que sufre más en las aperturas F16 y F22.

Saludos !

[Guillermo Luijk]

Un resumen buenísimo yasduit, lo he subido a la carpeta de recursos del foro por si tu enlace deja de funcionar en un momento dado.
Por cierto, vaya colección de "chatarrilla" anticuada que tiene Canon comparado con Sony visto así en perspectiva, esperemos que con las nuevas ópticas RF esto vaya cambiando.

Salu2!

[yasduit]

Muchas gracias por tu comentario, me alegra que pueda ser de utilidad.

En DXO ya han empezado a medir lentes de las monturas R y Z con las sinespejo de Canon y Nikon. Están bien (de momento mejor las de Nikon) pero en general no parece que estén superando a las de Sony. Incluso el vilipendiado zoom 24-70 F4 ZA de Sony mide mejor que el nuevo 24-70 F4 Nikon Z equivalente.

Saludos !

[ulises]

Muy interesante. Resulta obvio que las ópticas fijas continúan siendo mejores que los zoom, incluso aunque estos cuenten con el noble apellido de "PRO".


¡Un saludo!

[Juankinki]

Muy interesante. Resulta obvio que las ópticas fijas continúan siendo mejores que los zoom, incluso aunque estos cuenten con el noble apellido de "PRO".

¡Un saludo!

Es posible pero yo no sería tan tajante a la hora de afirmar eso.
Me compré un Canon 24 EF f/ 2.8 USM para la Sony A7 II (ahora tengo la RII) y luego el 24-105 f/ 4 de Sony y las fotos son tan idénticas a esa focal que estoy planteándome vender el fijo. Si todavía no lo he hecho es por el paso de diferencia en luminosidad, algo que por otra parte también es tontería tratándose de un gran angular.
Por otra parte, el 12-40 PRO de Olympus para mí es más afilado que el 17 f/ 1.8 (no he tenido un 12 fijo de Olympus) y el 17 lo vendí por la misma razón..
Claro, que es posible que también sean sensaciones mías.

Saludos,
Juan.

[yasduit]

.
Bueno hay zooms que miden muy bien, no muy lejos de los fijos a los que pueden sustituir. También a mí, cuando utilicé el formato m43 y tenía el 12-40, no me parecía muy lejos de los dos fijos que también tenía, el Panaleica 25 y el Olympus 45. Algunos zooms de Sony FE de los que miden en DXO tienen una resolución muy alta, eso sí, menos luminosos, más grandes, etc.

Con los que hay un problema gordo, mirando los datos de DXO es con casi todos los zooms de esos que se dicen "muy todoterreno" y que cubren de gran angular a tele largo, de 24 a 250 (o 300 o más) equivalente. Los hay en todos los sistemas pero abundan más en APSC y m43, son poco luminosos y si hacemos caso a las medidas, la resolución que ofrecen es bajísma.

Creo que éstos y algunos kiteros flojillos de esos que vienen con la cámara son responsables de la decepción de algunos aficionados
que acaban viendo peor las fotos tomadas con su flamante cámara y gran (solo en tamaño) objetivo que las que hacen con su móvil, al fin y al cabo una cámara con objetivos fijos y bastante luminosos. Por supuesto que se trata de usuarios de otro tipo a los que, por ejemplo, pueden frecuentar estos foros, pero haberlos, haylos, supongo que estarán poco informados y no han tenido oportunidad de probar un buen zoom o casi cualquier fijo.

Saludos !

[Juankinki]

Con los que hay un problema gordo, mirando los datos de DXO es con casi todos los zooms de esos que se dicen "muy todoterreno" y que cubren de gran angular a tele largo, de 24 a 250 (o 300 o más) equivalente. Los hay en todos los sistemas pero abundan más en APSC y m43, son poco luminosos y si hacemos caso a las medidas, la resolución que ofrecen es bajísma.

Saludos !

Exactamente. Por ejemplo el Zuiko 14-150 II deja bastante que desear en los extremos aunque en distancias intermedias se comporta de manera bastante decente.
Por contra del 12-100 se habla bastante bien aunque yo no he tenido ocasión de probarlo y no tengo intención, más que nada porque por el tamaño y peso que tiene se aleja de la filosofía m 4/3 que a mí me enganchó.

Saludos,
Juan.

[Guillermo Luijk]

Con los zoom quizá puede haber más distancia entre las mediciones y la percepción porque como usuario lo normal es evitar las focales más flojas y ponderar el uso en las "buenas" mientras que en el Ranking entra todo, lo bueno y lo menos bueno.

Salu2!

[vilayez]

Guillermo, ¿cómo afecta la difracción a los sensores con más densidad de pixeles?, ¿es cierto que esta se pronuncia antes?
Un saludo.

[ulises]

Muy interesante. Resulta obvio que las ópticas fijas continúan siendo mejores que los zoom, incluso aunque estos cuenten con el noble apellido de "PRO".

¡Un saludo!

el 12-40 PRO de Olympus para mí es más afilado que el 17 f/ 1.8 (no he tenido un 12 fijo de Olympus) y el 17 lo vendí por la misma razón..
Claro, que es posible que también sean sensaciones mías.

Saludos,
Juan.

Creo que estarás de acuerdo si afirmo que los fijos 1.7/1.8 son la auténtica joya de la corona del sistema M4/3, con una relación calidad/precio/tamaño realmente insuperable. Pues bien, creo que has citado al único (17mm 1.8) que no está a la altura del resto...

https://www.lenstip.com/357.4-Lens_review-Olympus_M.Zuiko_Digital_17_mm_f_1.8_Image_resolution.html

Y si ese objetivo goza de buena aceptación no es más que por un motivo: es el único representante razonable que tenemos de la clásica focal de 35mm: el 17mm 2.8 es peor, y el 17mm 1.2 es magnífico pero mucho más caro y mucho más grande; demasiado grande para el uso más habitual de esta focal: el callejeo.


¡Un saludo!