La curvatura di campo

La curvatura di campo, nota anche come “curvatura di campo Petzval”, è un problema ottico comune che fa apparire un oggetto piatto nitido solo in una certa parte del fotogramma, invece di essere uniformemente nitido in tutto il fotogramma. Questo accade a causa della natura curva degli elementi ottici, che proiettano l’immagine in modo curvo, piuttosto che piatto. E poiché tutti i sensori della fotocamera digitale sono piatti, non possono catturare l’intera immagine con una messa a fuoco perfetta, come mostrato nell’illustrazione seguente:

In uno scenario di semplice curvatura di campo come quello sopra riportato, i raggi luminosi sono perfettamente focalizzati al centro del riquadro, sul piano A dell’immagine (dove si trova il sensore). Poiché l’immagine è curva, la nitidezza inizia a diminuire man mano che ci si allontana dal centro, con una conseguente riduzione della risoluzione a metà inquadratura e della risoluzione negli angoli. L’immagine circolare “a cupola” in forma tridimensionale è mostrata a destra dell’illustrazione. Se l’angolo dell’immagine viene messo a fuoco, con conseguente avvicinamento del piano dell’immagine (Piano immagine B), gli angoli risulterebbero nitidi, mentre il centro dell’immagine rimarrebbe meno nitido e il centro risulterebbe più morbido. L’effetto della curvatura di campo può essere molto pronunciato, specialmente con lenti più vecchie.

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Come altre aberrazioni ottiche, la curvatura di campo non è limitata agli obiettivi fotografici, ma può essere vista in microscopi, telescopi e altri strumenti ottici. Mentre era possibile piegare il piano dell’immagine con le fotocamere a pellicola e compensare la curvatura di campo, non è più possibile farlo con i sensori di immagine digitali piatti. Inoltre, con l’aumento della risoluzione del sensore sulle recenti fotocamere digitali, l’effetto della curvatura di campo è ancora più rilevante ed evidente oggi.

Curvatura di campo ondulato

Purtroppo, la curvatura di campo non è limitata al tipo “semplice” illustrato sopra. La maggior parte delle lenti moderne incorpora molti elementi ottici diversi all’interno degli obiettivi, con alcuni elementi ottici che sono specificamente posizionati per ridurre l’effetto di curvatura di campo. Di conseguenza, la curvatura di campo può apparire in forme diverse, spesso con una curvatura “ondulata”, come mostrato di seguito:

curvatura di campo

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Le lenti con curvatura di campo ondulata possono mostrare prestazioni nitide in centro e in angolo, ma morbide a metà inquadratura. Se si guarda l’illustrazione qui sopra, si vedrà che la forma dell’immagine curva inizia a toccare il Piano A al centro, dove è perfettamente a fuoco. Poi l’immagine curva a metà fotogramma e torna indietro negli angoli. Quindi, se si mette a fuoco al centro, sia il centro che gli angoli appariranno nitidi, ma la parte media della foto risulterà più morbida in confronto. Se si mette a fuoco a metà inquadratura, cioè dove si trova il piano B dell’immagine, la parte media della foto risulterebbe nitida, mentre sia il centro che gli angoli risulterebbero più morbidi. Questo tipo di curvatura di campo è un evento molto comune negli obiettivi moderni, anche negli obiettivi professionali del valore di migliaia di euro.

Inoltre, il comportamento della curvatura di campo può variare in base alla distanza. Alcune lenti hanno un bell’aspetto a corto raggio con una curvatura praticamente nulla, mentre mostrano un livello piuttosto forte di curvatura di campo all’infinito. L’effetto della curvatura di campo varia a seconda della geometria della lente. Le lenti a corto raggio (ultra larghe, larghe e normali) al di sotto dei 50 mm sono quelle che presentano i maggiori problemi di curvatura. I teleobiettivi, d’altra parte, hanno spesso una curvatura di campo visibile molto ridotta o nulla.

Come scoprire se un obiettivo ha una curvatura di campo

Ci si potrebbe chiedere se le lenti utilizzate abbiano una curvatura di campo. Prima di iniziare la ricerca, è necessario sapere che ogni singola lente ha una curvatura di campo, alcune più forte di altre. Mentre i design ottici moderni prendono in considerazione la curvatura di campo e hanno elementi specifici all’interno del design ottico per ridurla, la maggior parte delle lenti ne soffrono ancora. Infatti, anche molti obiettivi professionali costosi di marche note (Nikon, Canon, Zeiss, Leica, ecc) hanno una curvatura di campo molto pronunciata.

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Il modo più semplice per scoprire se una lente soffre di una curvatura di campo è quello di esaminare i dati forniti dal produttore. Per esempio, date un’occhiata al seguente grafico MTF da Nikon 28mm f/1.8G:

curv

Si noti come le linee hanno una curvatura variabile (con Sali/scendi) : questo è un classico esempio di una curvatura di campo “ondulata”, dove il centro è a fuoco, la parte “media” è più morbida, gli angoli sono di nuovo a fuoco e poi gli angoli estremi sono nuovamente morbidi.

Come ridurre la curvatura di campo

Come altre aberrazioni ottiche quali l’aberrazione cromatica, il modo migliore per ridurre la curvatura di campo è ridurre l’apertura dell’obiettivo. Se una lente ha una curvatura di campo da piccola a moderata, usare un’apertura non troppo pronunciata la ridurrà in modo significativo. Ma se una lente soffre di una forte curvatura di campo, potrebbe essere necessario fermarsi a f/8 o f/11 per ridurla. A volte anche fermarsi alla minima apertura (a quel punto la diffrazione entra in gioco) non la elimina completamente.

Purtroppo, è impossibile eliminare  la curvatura di campo in software di post-produzione come Photoshop e Lightroom.

Valutazione delle prestazioni della lente

È risaputo che gli obiettivi offrono le migliori prestazioni al centro della foto e che la loro qualità d’immagine può deteriorarsi verso i bordi. Infatti, le prestazioni ottiche delle lenti sono spesso valutate in base all’uniformità di nitidezza del fotogramma, quindi è una pratica abbastanza comune per i revisori di lenti mostrare le prestazioni del centro dell’immagine e dei bordi utilizzando vari diagrammi di prova. Il problema della maggior parte di queste valutazioni, tuttavia, è che non tengono conto della curvatura di campo, arrivando spesso a conclusioni sbagliate.

Quando si tratta di testare le lenti, ci sono in genere due metodi. Il primo metodo consiste nel mettere a fuoco il centro del riquadro e poi guardare sia il centro che il bordo quando si valuta la nitidezza. Il secondo metodo è quello di mettere a fuoco al centro e poi mettere a fuoco il bordo per valutare ciascuno separatamente. Alcuni acquisiranno la messa a fuoco al centro, a metà inquadratura e al bordo separatamente. Entrambi i metodi possono potenzialmente portare a risultati e conclusioni diverse. Il primo metodo mostrerebbe prestazioni terribili su qualsiasi parte del fotogramma soggetta a una forte curvatura di campo, mentre il secondo metodo mostrerebbe ciò che un obiettivo può potenzialmente risolvere in singole parti del fotogramma, ma non l’immagine nel suo complesso.

Tra i due, probabilmente il metodo migliore è il primo, quello più consono per valutare le prestazioni delle lenti, perché tiene conto dell’effetto della curvatura di campo. Se una lente soffre di una forte curvatura di campo, questa affliggerà il bordo e la parte media della foto rispetto al centro. Se dovessimo al contrario concentrarci su ogni sezione della foto separatamente, si nasconderebbe l’effetto della curvatura di campo (esarebbe un errore perché è un problema di non poco conto).