INTRODUCCIÓN

A raíz de una discusión en el foro fotógrafos de arquitectura sobre correcciones de perspectiva y su comparación con el resultado obtenido usando lentes descentrables, me surgió la idea de una mejora a la hora de realizar correcciones de distorsión en lentes descentrables, no exentas de este defecto.

El siguiente tutorial pretende mostrar una forma de facilitar y mejorar el resultado en la corrección de la distorsión geométrica en tomas realizadas con una lente descentrable, respecto al procedimiento normal usado con cualquier lente estándar.

Es importante tener claro desde el principio que no hablamos de corregir la perspectiva, la cual solo depende de la distancia al sujeto y la dirección de observación, y que precisamente será este tipo de lentes las que nos permitan corregirla en el dominio óptico. Hablamos aquí de corregir la distorsión geométrica, es decir el efecto indeseable de deformación de la imagen en forma de barril o cojín y atribuible a un diseño no ideal de la óptica.

LENTES TILT-SHIFT

Una lente descentrable (tilt-shift lens) es aquella que permite realizar un basculamiento (tilt) o un desplazamiento (shift) de la misma respecto al plano del sensor. Son lentes que presentan un diseño un tanto peculiar como puede verse en este Nikon:


Fig. 1 Nikon descentrable de 24mm en posiciones tilt y shift.

Veamos la utilidad de cada uno de estos movimientos:


BASCULAMIENTO (TILT)

Un basculamiento de la lente respecto al sensor consiste en hacer que el eje de la óptica deje de ser perpendicular al plano del sensor. Esto tiene grandes implicaciones tanto en la perspectiva de la imagen obtenida como en la profundidad de campo, que con los ajustes adecuados puede hacerse tan grande o pequeña como se desee.

Este tipo de movimiento de la lente tiene aplicaciones tanto creativas como técnicas:

• Puede emplearse para conseguir profundidades de campo muy estrechas, por ejemplo en la simulación del "efecto maqueta".
  
• También es útil para lograr una gran profundidad de campo incluso usando aperturas grandes (escapando así de la difracción), cuando el sujeto está contenido en un plano no paralelo al del sensor, por ejemplo en aplicaciones de cartografía aérea o paisaje (Principio de Scheimpflug).

A continuación un ejemplo de aplicación creativa:


Fig. 2 Simulación de efecto maqueta con lente basculada.

En este tutorial no nos centraremos en esta posibilidad cuyas aplicaciones y problemática son diferentes a las del desplazamiento.


DESPLAZAMIENTO (SHIFT)

Este movimiento consiste en desplazar la lente en paralelo al plano del sensor, descentrando así el eje óptico de la misma respecto al centro de la imagen que obtendremos pero sin perder en ningún momento la perpendicularidad de dicho eje con el sensor. Es el tipo de movimiento que nos interesa en el presente tutorial.

Esta habilidad es muy apreciada en cierto tipo de fotografía como arquitectura, interiorismo o incluso paisaje para lograr obtener una imagen de perspectiva corregida. Es decir, una imagen en la cual las líneas verticales de la escena aparezcan como tales en la fotografía final, sin necesidad de realizar ninguna corrección adicional por software.

Otra aplicación del desplazamiento es la realización de panorámicas, muy sencillas de montar ya que en todo momento el plano del sensor permanece fijo respecto a la escena, manteniéndose el eje óptico de la lente perpendicular al sensor. Esto hace que unir imágenes obtenidas con descentrados opuestos resulte muy fácil apenas requiriendo procesado. El resultado será el equivalente a disponer de un sensor de más superficie y resolución, lo que redunda en una mejor calidad y posibilidades.

La denominación "perspectiva corregida" puede llevar no obstante a engaño ya que el descentrado como tal no realiza ninguna corrección de la perspectiva. Lo que permite hacer este tipo de desplazamiento de la lente es mantener el plano del sensor paralelo a las líneas verticales de la escena a la hora de realizar la toma, con lo cual éstas necesariamente aparecerán verticales en la foto final eliminando las fugas pero, y aquí viene la diferencia con una lente convencional, logrando al mismo tiempo que todo el sujeto (típicamente un edificio o estancia de gran altura) entre por completo en el encuadre.

Con una lente normal habremos de orientar la dirección de observación hacia arriba en un contrapicado o hacia abajo en un picado, o de lo contrario el sujeto aparecerá recortado. Inclinar la cámara provocará que las líneas verticales fuguen lo cual requerirá una corrección (interpolación) posterior si se desean tener completamente verticales.

Aparte de permitir obtener directamente una imagen con "perspectiva corregida" ahorrándonos el trabajo de la correccion en Photoshop, el descentrado tiene dos ventajas adicionales respecto a la corrección software como vamos a ver en el siguiente ejemplo que he tomado de iStockphoto:


Fig. 3 Imagen corregida en perspectiva por software.

En primer lugar la corrección software implica que en general nos van a faltar dos porciones de la imagen final (en negro en el ejemplo) que no entraban en el encuadre realizado, información que habremos de obtener haciendo un trabajo extra y de algún modo generalmente poco ortodoxo.

Una posible solución a este problema es el uso de una focal todavía menor (ultraangular) que nos llegue a proporcionar toda la información requerida, pero entonces la calidad general de la imagen disminuirá por la inferior densidad global de información.

Por otro lado es fácil ver que la corrección implica un ensanchamiento de la imagen en la parte alta dando lugar en dicha zona a una notable pérdida de calidad para una misma resolución final. El motivo es que ha tenido que interpolarse una gran cantidad de información inexistente en esa zona al tener la imagen capturada una densidad de información mucho menor allí.

Por el contrario la parte inferior, al margen de los dos trozos que restan, conserva una calidad totalmente aceptable pues en ella el proceso ha sido el contrario, es decir se ha dado una compresión de la información respecto a la imagen capturada.

A continuación se muestra una imagen real de las Torres Blancas de Oiza obtenida con un Canon 24mm TS-E II. Pese a realizar la fotografía apuntando en horizontal a la base del edificio, el descentrado permitió incluir en el encuadre todo el edificio, no requiriendo ninguna corrección posterior:


Fig. 4 Imagen obtenida con lente descentrable.

~~~
Pese a todo lo comentado las lentes tilt-shift presentan algunas desventajas. En primer lugar su alta especialización que las hace innecesarias o injustificadas para la mayoría de usuarios. En segundo lugar su alto precio por la dificultad técnica del diseño y la reducida demanda. Y por último que no están exentas de los problemas que pueda tener cualquier otra lente como la distorsión geométrica que aquí se trata, la cual si bien está especialmente contenida se hace un poco más complicada de corregir que en una lente normal como veremos en el siguiente apartado, así como una posible pérdida de definición en las zonas más alejadas del centro del círculo de imagen, es decir en las zonas descentradas.

Los últimos modelos de lentes descentrables para cámaras de 35mm, tanto de Nikon como de Canon, poseen grandes prestaciones en cuanto a la calidad de imagen: distorsión geométrica muy contenida o inexistente, aberraciones cromáticas bien controladas y una definición muy aceptable en las zonas más alejadas del centro del círculo de imagen.

CORRECCIÓN DE DISTORSIÓN GEOMÉTRICA

A continuación vamos a ver paso a paso una simple propuesta para facilitar y mejorar la corrección de distorsión geométrica en una lente de tipo descentrable desplazada (shift) respecto al procedimiento habitual que aplicaríamos con cualquier óptica convencional.

El método será aplicable en la corrección de cualquier lente de este tipo, si bien usaremos un caso real de imagen obtenida con el Canon 24mm TS-E que como veremos presenta una distorsión con dificultades añadidas.


POR QUÉ NO ES IDEAL EL PROCEDIMIENTO ESTÁNDAR?

La distorsión geométrica de una lente, sea de la naturaleza y gravedad que sea, puede considerarse que tiene simetría radial respecto al eje de la lente por pura simetría de construcción. Salvo las hojas del diafragma, no se me ocurre ningún otro elemento que pueda introducir algún tipo de asimetría respecto a su eje.

Tiene lógica por tanto pensar que las aplicaciones de corrección de distorsión genéricas como Photoshop asuman dicha simetría y consideren que la distorsión crece de manera radial conforme nos alejamos del centro geométrico de la imagen, siendo nula solo en dicho punto.

Sin embargo en una lente descentrable, cuando se realiza un desplazamiento de la misma, el centro de la imagen obtenida deja de coincidir con el eje óptico que estará desplazado respecto a dicho centro.

Así para que la corrección sea coherente con el comportamiento óptico de la lente habremos de compensar ese desplazamiento, modificando la imagen para que el centro geométrico de la misma pase a coincidir con el eje de simetría de la lente.

Para ello no tendremos más que añadir la cantidad de lienzo necesaria en uno de los lados de la imagen de modo que el punto medio de la misma pase a coincidir con el punto de distorsión nula, es decir el punto que la herramienta de corrección de la distorsión va a considerar como eje de simetría de la lente.


CASO PRÁCTICO: CANON 24mm TS-E

Aunque por sus aplicaciones específicas este tipo de objetivos tienen una distorsión geométrica muy acotada, no se libran de ellas sobre todo los de menores focales.

La siguiente imagen por cortesía de Carlos Casariego fue tomada con el Canon 24mm TS-E y presenta una distorsión geométrica de barril apreciable:


Fig. 5 Imagen obtenida con lente descentrable antes de ninguna corrección.

A simple vista la distorsión puede parecer bastante contenida, pero para aplicaciones exigentes como la fotografía de arquitectura aún es recomendable corregirla. Con un reescalado podemos hacerla más patente:


Fig. 6 Distorsión geométrica de la lente.

Puede verse además que esta lente parece tener una distorsión bastante "poco honesta": hace un barril creciente conforme nos alejamos del centro, pero llegado un punto cercano al borde (indicado en la figura derecha) la distorsión crece a un ritmo más lento que interrumpe la tendencia observada hasta ese momento.

Está claro que los programas de corrección de distorsión genéricos tales como Photoshop no van a brindar la posibilidad de tener en cuenta este hecho con lo que para una corrección perfecta de esta lente en cuestión habrá que acudir a alguna herramienta (PTLens?) que tenga en cuenta sus parámetros particulares.

No obstante vamos a realizar una corrección genérica con la mejora propuesta y luego la compararemos con el resultado final que obtuvo el autor que fue el siguiente:


Fig. 7 Corrección de distorsión realizada por el autor.

Aunque el resultado puede darse por correcto y supuso una mejora respecto al original, veremos cómo todavía puede reducirse más la distorsión simplemente con la adición de lienzo como paso previo a una corrección de distorsión totalmente estándar en Photoshop.


TAMAÑO DEL LIENZO A AÑADIR

Para calcular el tamaño del lienzo que habremos de añadir a la imagen original tal cual fue captada por la lente, buscaremos el punto en que la distorsión de barril pasa de ser cóncava a ser convexa. Este punto marcará la altura en que cayó el verdadero centro óptico de la lente y será el que nos permita calcular la cantidad de lienzo a añadir.

Por desgracia el nivel de descentrado es un parámetro puramente óptico y ajeno a la cámara, con lo que no queda huella en los datos EXIF de ninguna información que nos pudiera ayudar en este empeño.

Se me ocurren tres formas de saber a qué altura de la foto la distorsión cambia de signo, es decir de localizar en ella la posición del eje de la lente:

1. Si como en este caso disponemos de una referencia clara de distorsión que son las líneas rectas de ladrillos de la fachada del edificio, no habrá más que localizar la altura de la foto a la que dichas líneas pasan de ser cóncavas a convexas:
   
   
   Fig. 8 Estimación eje óptico de la lente analizando la distorsión.
   
2. Si no se dispone de una referencia visual clara de la distorsión en la zona de interés podemos recurrir, siempre que estemos haciendo una toma con el eje de la lente perpendicular a las verticales de la escena (lo que es el caso más habitual en este tipo de tomas), a equiparar la altura a la que se colocó la cámara con el punto buscado. Y la altura a la que esté situada la cámara es fácil de obtener analizando las fugas de cualquier elemento rectilíneo presente en la escena:
   
   
   Fig. 9 Estimación eje óptico de la lente analizando las fugas.
   
3. Por si todo lo demás fallara, está en manos del usuario realizar in situ una toma extra con un descentrado nulo. El punto medio de dicha toma nos indicará inequívocamente el lugar de la escena en que cae el eje de la lente y así lo buscaremos en la toma descentrada.

Una vez conocemos la altura a la que cae el eje óptico de la lente en la toma que vamos a corregir, añadimos la cantidad necesaria de lienzo en píxeles para que la línea calculada se convierta en el centro geométrico de la imagen.

En este caso como el autor descentró la lente hacia arriba para obtener más cielo y menos suelo, añadimos la porción de lienzo por debajo:


Fig. 10 Adición de lienzo previo a la corrección de distorsión.

Ahora el centro geométrico de la imagen a corregir coincide con el eje óptico de la lente, por lo tanto ya podemos proceder a podemos realizar una corrección de distorsión estándar en Photoshop (compensación de barril +3 y rotación de 359,8º) obteniendo la siguiente imagen:


Fig. 11 Imagen final obtenida tras la corrección de distorsión con adición previa de lienzo.


COMPARATIVA FINAL

Para saber el grado de mejora que hemos obtenido compararemos ahora la imagen original, la obtenida con el procesado del autor, y la resultante de añadir un trozo de lienzo previamente a llevar a cabo una corrección de distorsión estándar:


Fig. 12 Comparación entre imágenes original, corrección sin lienzo y corrección propuesta.

Las tres presentan una baja deformación, pero el mejor resultado se ha obtenido cuando previamente a la corrección de distorsión se ha añadido un trozo de lienzo en Photoshop para centrar en la imagen a corregir el eje óptico de la lente.

Sobre todo en la parte izquierda del techo del edificio puede notarse aún en el resultado final la irregularidad debida a la peculiar distorsión de esta lente que requeriría procesado adicional o software dedicado para ser corregida al 100%.

La versión intermedia redujo la distorsión más visible de la imagen original, pero puede notarse que no resultó positiva para todas las zonas de la imagen. Además seguramente le llevó a su autor más trabajo de tanteo del que nos ha supuesto hacer una corrección totalmente estándar con lienzo previo.

La menor nitidez de la versión central es irrelevante ya que se debe tan solo a que proviene de una muestra de menor resolución que las otras dos, no teniendo nada que ver por tanto con la corrección realizada.


~~~

Si este contenido te ha resultado útil, considera realizar una contribución para asegurar la continuidad de esta web. Mantenerla supone un importante esfuerzo, así como un espacio y ancho de banda considerables en el servidor. Es una operación sencilla y totalmente segura.