O que é resolução em fotografia
O mundo das imagens é digital. Ele é digital no sentido de que não existe um sistema de captação de imagens que seja um contínuo, que não seja um agregado de sensores individuais. Isso acontece com os nossos olhos, com os filmes fotográficos e também com os sensores digitais.
Nossos olhos são digitais
Para começar com os nossos olhos, a imagem produzida pelo cristalino, que nada mais é do que uma lente, sobre a retina, que é o nosso sensor, é projetada sobre uma superfície repleta de células individuais cada uma delas sensível a uma determinada parte do espectro. Mas são células individuais e têm uma dimensão que varia conforme a posição na retina mas na parte mais sensível e de maior nitidez, estas células tem aproximadamente 1,5 a 2,0 microns, ou milésimos de milímetros.
Acima está uma representação gráfica que ilustra a distribuição das células sensíveis à luz no olho humano. Elas ficam mais concentradas no centro, na fovea, e mais dispersas na periferia. Além disso são sensíveis a comprimentos de onda diferentes: vermelho, verde e azul. Se isso é muito estranho para você leia antes Luz e Cores, o que é físico e o que é humano. Mas para este artigo o importante é apenas saber que são células individuais e não uma superfície uniforme.
A câmera digital é digital
Muito parecido com o olho humano, o sensor digital apresenta a mesma característica de sensores individuais. Cada tipo serve para um comprimento de onda específico e novamente: vermelho, verde e azul. A diferença é que neste caso eles estão organizados em uma grade regular e são todos do mesmo tamanho. Grosso modo, no estado atual da tecnologia neste início de século XXI, a ordem de grandeza é de mícrons, como no olho humano.
O filme analógico é digital
Neste caso, o filme revelado, mostrado acima, não é propriamente um sensor, mas é o registro de algo que já foi sensível à luz. O que vemos são cristais de prata que se formam, são pedrinhas individuais que tem tamanhos variados mas como no caso do olho humano ou do sensor digital, temos novamente uma situação em que a imagem é formada por uma coleção de coisas e não por um contínuo, as variações de claro e escuro são obtidas pela concentração e tamanhos desses cristais. O tamanho médio desses cristais é da ordem de 2 a 3 microns para um filme de grão fino.
Tamanho e distância do objeto x tamanho da imagem
O fato de que todo registro de imagem está condicionado a micro sensores individuais, seja no nossos olhos, na câmera digital ou no filme analógico, faz com que: qualquer coisa cuja imagem seja ainda menor que estes sensores, não poderá ser vista com nenhum detalhe.
É exatamente o que acontece quando estamos em uma estrada à noite e um carro com seus dois faróis pode nos fazer crer que é uma motocicleta com um farol só. O que está acontecendo naquele momento é que as luzes vindas de cada farol separadamente, acabam sendo projetadas na nossa retina, tão próximas uma da outra, que caem na mesma célula. O nosso cérebro entende isso como um ponto único.
Se em vez de estar muito distante, o objeto for de fato muito pequeno, mesmo a uma distância curta, o efeito pode ser o mesmo. É o caso, por exemplo, quando olhamos a tela de um computador e não conseguimos enxergar um pixel isolado do seu vizinho. Embora a distância de nossos olhos até a tela seja curta, a distância de um pixel até o seu vizinho é proporcionalmente muito mais curta, e isso faz com que eles sejam mesclados como os faróis do carro muito distante.
1 minuto de arco: o ângulo mágico
Não é difícil se imaginar que a relação em questão pode se resumir a um ângulo. Para seres humanos, o ângulo que separa dois pontos observados, precisa ser em média da ordem de 1/60 de 1 grau para que os pontos sejam percebidos como separados. O círculo tem 360º. Tome-se 1º (um grau) e se o ângulo de visão dos dois pontos fisicamente distintos for menor que este grau dividido por 60, então eles não serão vistos como distintos pelos nossos olhos. Os dois cairão em uma mesma célula sensível à luz. Essa é a grandeza em comum no exemplo do carro na estrada à noite e dos pixels no monitor.
Como graus e horas não são decimais e seguem um sistema de divisão justamente por 60, este ângulo tem um nome especial que é “minuto de arco” ou arcminute no inglês. Dizemos então que se o ângulo de visão em relação à nossa pupila for menor que um minuto de arco tudo que estiver compreendido nesse ângulo será visto como uma coisa só.
Resolução
Para que se possa comparar diversos sistemas de produção e registro de imagens no que diz respeito a até que ponto eles conseguem distinguir coisas muito próximas, criou-se o conceito de resolução.
A ideia é muito simples, imagine uma folha com listas brancas alternadas com listas pretas. A imagem desta folha, produzida por uma lente qualquer resultará em um certo número de listas por centímetro, milímetro ou polegada: número de listas por unidade de comprimento esta grandeza define a resolução. Mas atenção, o que vale são as listas na imagem e não na folha.
Se a distância entre as listas na imagem for pequena o suficiente, o sistema que deveria exergar as listas separadamente verá apenas um continuo pois seus sensores individuais são muito grandes para aquela imagem tão pequena.
A resolução de um sistema é um número que diz qual é a quantidade máxima de listas ou linhas por unidade de comprimento que o sistema, que irá ver ou registrar a imagem, ainda consegue distinguir as listas umas das outras.
As unidades de resolução
É preciso um pequeno cuidado quando se fala sobre resolução para não se confundir duas grandezas muito usadas porém distintas. Uma é o número de pontos e outra são os pares de linhas (line pair). Significam a mesma coisa mas com um fator 2 entre elas. É que cada line pair usa dois pontos: um para preto e outro para branco, ou qualquer outra alternância na imagem. Então, quando um sistema tem resolução de 30 lp/mm ou line pairs per millimieter, na verdade estamos falando de 60 pontos por milímetro.
Nem toda falta de nitidez é problema de resolução no registro da imagem
Embora a resolução do suporte (filme, sensor, retina), seja uma característica finita e inescapável para a nitidez de qualquer sistema de imagens, é bom lembrar que além dela existem outras variáveis que interferem na qualidade da imagem. As lentes, mesmo as mais sofisticadas, estão sempre sujeitas a uma certa quantidade de aberrações que embaçam e distorcem as imagens. A Profundidade de campo é outra variável importante que afeta a zona de foco e portanto a nitidez fora dela.
Ainda sobre as lentes, elas também tem um poder de resolução que não é infinito. A imagem não viria perfeita, com detalhes microscópicos, mesmo em um hipotético filme de resolução infinita. A imagem em si já tem uma resolução finita determinada por uma grandeza calculada e conhecida como círculo de confusão e também pela posição da área examinada estando próxima ou afastada do eixo da lente, dentro ou fora da zona de foco.
Os fabricantes de câmeras e lentes precisam buscar uma correspondência razoável entre resolução do suporte e resolução da lente. Não adianta colocar uma óptica maravilhosa em uma câmera com pixels enormes, ou filme com grãos enormes, e portanto pouca resolução. O contrário também não é aconselhável, um sensor ou filme super fino com uma lente de baixa resolução, incapaz de dar detalhes, irá apenas ressaltar as limitações de uma óptica mediocre.
A resolução final no filme ou sensor, no caso da fotografia, é o resultado da combinação da resolução do próprio filme ou sensor em condições ideais, em função de suas características físicas de tamanho dos grãos de prata ou geometria da grade de pixels, com a resolução da lente, também em condições ideais, com relação aos círculos de confusão que ela produz.
Para quem tem familiaridade em interpretar fórmulas matemáticas, a relação é a seguinte:
R é a resolução. Fica fácil ver que se a resolução da lente for igual a do filme/sensor, a dos dois juntos será apenas a metade delas.
Se, hipoteticamente, a resolução da lente fosse infinita, o seu termo iria a zero e a resolução do sistema seria igual à resolução do filme. E vice-versa, se a resolução do filme fosse infinita.
O caso da Leica
Sobre a questão da resolução da lente x filme, na história do desenvolvimento da Leica, temos um caso interessante sobre as decisões envolvidas. A câmera iria usar filme de cinema, o 35mm. Porém naquela época, início da década de 1920, a resolução desses filmes era muito baixa.
Para piorar, é preciso lembrar que um negativo 35mm ainda precisa de ampliação para gerar uma cópia de exibição razoável. Na época o tamanho 13 x 18 cm seria aceitável e 18 x 24 cm um bom tamanho até para fotografia profissional. Para garantir detalhes na imagem, a maior parte da fotografia era feita com negativos grandes e muitas vezes impressos por contato. Com essa condição, mesmo um grão muito pronunciado não comprometia tanto o resultado. Mas o filme 35 mm com grãos muito grandes, baixa resolução, se fosse ainda ampliado daria fotos com aparente falta de definição.
O interessante na história da Leica é que decidiram lançar uma lente muito à frente da resolução do filme disponível naquele momento contando que no futuro os filmes iriam melhorar.
Em um relato de Ulf Richter, no livro Eyes Wide Open, 100 Years of Leica Photography, ele conta que na reunião sobre o lançamento, Max Berek, o opticista responsável, fala sobre a sua lendária objetiva Elmar 50mm f/3,5 nos seguintes termos:
“Nós precisamos de um milhão de pixels claros sobre os 800 mm² do negativo [24×36=864], de forma que se projete uma imagem focada quando for ampliada em um tamanho adequado para visualização. A lente [a Elmar que ele havia desenvolvido] pode fazer isso, sua resolução está bem acima da do filme. Eu estou certo que os filmes serão melhorados brevemente”.
Primeiro, pode parecer estranho ele falar em “pixels” em 1925, na verdade isso foi uma liberdade do tradutor para o inglês e eu a mantive aqui no português. Mas o termo que Max Berek usou foi provavelmente Bildpunkte, no alemão, e que quer dizer literalmente: ponto de imagem, o que no fundo é exatamente a mesma coisa.
Ele quis dizer que a imagem final, precisava ser capaz de distinguir algo como 1000 x 1000 (um milhão) de pontos na imagem que infelizmente, naquele momento, não seriam resolvidos pelo filme em combinação com uma lente média da época.
1000 pontos no comprimento de 36 mm, que é o lado maior do quadro 24 x 36 mm do filme significam Bildpunkte (pixels) na razão de 28 pontos por milímetro (1000 ÷ 36) que o filme de cinema precisaria ser capaz de registrar individualmente. Isso daria 14 lp/mm (pares de linhas por mm) pois a relação entre pontos e linhas é 1:2, como vimos acima.
A Elmar foi projetada para dar um resolução de 60 a 80 lp/mm, bem acima das 30 lp/mm que podia dar o filme de cinema disponível na época. Parecia um desperdício de lente pois os dois juntos (fórmula acima usando-se 70 lp/mm) davam apenas 21 lp/mm. A lente empurrava a resolução para cima, mas relativamente pouco, pois o filme a segurava em um patamar ainda baixo.
Isto quer dizer que os primeiros usuários de Leica não conseguiam apreciar todas as qualidades de suas ópticas, todos os finos detalhes que a Elmar podia render, pois estas eram perdidas por um filme com grãos muito grosseiros e incapazes de distinguir tantos detalhes.
Panatomic X, a redenção
Em 1933, oito anos após o lançamento da Leica I modelo A, foi lançado o filme Kodak Panatomic X. Era um filme inicialmente pensado para uso militar por sua emulsão muito fina e grãos diminutos, seria ideal para fotografias aéreas de reconhecimento, por exemplo. Mas foi logo “descoberto” pelos então mais de 100 mil proprietários de Leica. Mostrou-se o filme perfeito para um formato miniatura. Quando no ano seguinte a Kodak lançou o filme 35mm em cartuchos pré carregados, que recebeu o código 135, o Panatomic X, ISO 32 já fazia parte do portfolio.
Foi como se os usuários de Leica ainda não soubessem o que a pequena câmera podia render. Ao revelarem o primeiro rolo de Panatomic X deve ter sido uma surpresa enorme. As ampliações mostravam um nível de detalhes totalmente desconhecido para fotografia em filme 35mm até então.
O novo filme da Kodak, logo seguida pela Agfa, era capaz de oferecer uma resolução de 80 lp/mm e a resolução combinada, óptica + filme, praticamente dobrou a resolução de uma hora para outra.
| ano / filme | resolução da lente (lp/mm) | resolução do filme (lp/mm) | resolução da combinação |
| 1925- filme de cinema | 70 | 30 | 21 |
| 1933- Panatomic X | 70 | 80 | 37 |
Leica x Olho Humano
A parte central de nossa retina, fovea centralis, mede aproximadamente 1,5 mm de diâmetro e contém aproximadamente 200.000 cones (células sensíveis à luz). Se incluirmos a parafovea, que é a área circundante, a contagem total de cones chega a 6 ou 7 milhões, para a retina toda. O objetivo com a Elmar para o formato 24 x 36 mm era, como vimos, de 1 milhão de pixels. Fazendo-se a proporção das áreas resulta que a resolução que se buscava era semelhante à da retina.
Max Berek queria que a Leica enxergasse tanto quanto o olho humano. Ao buscar 1 milhão de pontos, ele garantia que, se você segurasse uma impressão Leica a uma distância de visualização normal, o ‘grão’ da câmera seria menor que o ‘grão’ do seu olho (1 minuto de arco). Nesse ponto, a fotografia deixa de ser uma coleção de pontos e se torna, para o nosso cérebro, realidade.
