Cuando los fotógrafos hablan de difracción de la lente, se refieren al hecho de que una fotografía se vuelve progresivamente menos nítida en valores de apertura pequeños – f/16, f/22, y así sucesivamente. A medida que se reduce el objetivo a esas aperturas pequeñas, los detalles más finos de las fotografías comienzan a difuminarse. Con razón, este efecto puede preocupar a los fotógrafos principiantes. Sin embargo, si entiendes cómo afecta la difracción a tus fotografías, podrás tomar decisiones con conocimiento de causa y hacer las fotografías más nítidas posibles sobre el terreno. En este artículo, exploraremos el tema de la difracción de la lente en detalle y hablaremos de las diferentes técnicas que puedes utilizar para evitarla.
Los efectos de la difracción -que tu nitidez disminuye a aperturas cada vez más pequeñas- se muestran en la comparación de abajo. Ten en cuenta que se trata de recortes bastante extremos:
La razón de que esto ocurra se basa en los principios de la física; en resumen, a medida que la apertura se hace más y más pequeña, las ondas de luz se dispersan e interfieren entre sí cada vez más. Esto hace que los pequeños detalles de tus fotografías se vean borrosos.
Sin embargo, esta explicación es excesivamente simple, y aún así puede resultar confusa para los fotógrafos principiantes. ¿Qué es lo que causa físicamente la difracción? ¿En qué momento la difracción empieza a desenfocar las fotografías? ¿Hay algo que se pueda hacer para evitar la difracción? ¿Los objetivos caros son mejores para controlar la difracción? Las respuestas a todas estas preguntas se explicarán en profundidad a continuación.
Tabla de contenidos
¿Qué es la difracción?
Al explicar la difracción, puede ser difícil estar a caballo entre evitar y abrazar las referencias a la física óptica. La mayoría de los fotógrafos están interesados en el conocimiento cotidiano más que en la información de fondo exhaustiva, pero es imposible hablar de la difracción sin describir cómo funciona a un nivel fundamental. Dicho esto, esta sección está pensada para que sea comprensible incluso si no es un físico; le recomendamos que la lea, ya que le proporcionará una base más sólida para su comprensión de la difracción.
En su aspecto más básico, la difracción es el concepto de que las ondas -incluidas las ondas de luz- pueden interferir unas con otras. De hecho, cada vez que las ondas pasen por una rendija, interferirán. Para que esto sea fácil de visualizar, considere las ondas de agua. Si dejas caer una piedra en un lago perfectamente quieto, harás que se forme una ola de pequeñas ondas. Estas ondas se extienden en círculos concéntricos, como la imagen de abajo:
¿Qué ocurre si creas una barrera para bloquear el camino de estas ondas? Sencillamente, que detendrías su movimiento. Esto es aburrido:
Para hacerlo interesante, entonces, cortas un agujero en la barrera para que el agua pueda pasar. Ahora, ¿qué tipo de patrones crearían las olas?
Las ondas tienen un aspecto similar al que cabría esperar, aunque hay algunos patrones adicionales que se forman aparte de la onda principal:
Estos patrones adicionales son artefactos de la flexión de la onda alrededor de las esquinas. Surgen porque las dos esquinas actúan, esencialmente, como fuentes individuales de ondas – ondas que pueden colisionar entre sí. En ciertas zonas de colisión, las ondas se anulan entre sí (interferencia destructiva); por eso algunas zonas del diagrama parecen completamente inmóviles. En otros lugares, sin embargo, las ondas se suman (interferencia constructiva), lo que hace que se forme un patrón adicional a los lados.
Para visualizar esto, digamos que hay un sensor a lo largo del extremo derecho del diagrama. Este sensor mide la intensidad de las ondas en un punto determinado, que aumenta con la amplitud de la onda. A continuación se muestra un gráfico de la intensidad:
Claramente, el patrón central es el más significativo. Los patrones de los lados siguen estando presentes, pero no tienen ni de lejos la misma intensidad que el del centro. Esto significa que el patrón central es el más significativo en la fotografía, como veremos en un momento. Por ahora, sin embargo, veamos qué ocurre con una apertura grande frente a una estrecha en la barrera. Ten en cuenta que las imágenes de abajo han sido simplificadas, y sólo se incluye el patrón de ondas central:
La principal diferencia entre estas dos imágenes es que la apertura más pequeña da lugar a una mayor propagación de las ondas, mientras que la apertura grande provoca una propagación mucho menor.
Echa un vistazo a la comparación entre los gráficos de las dos ondas:
Aunque en un principio pueda parecer inusual que una apertura pequeña provoque una mayor propagación de las olas, las ilustraciones anteriores deberían mostrar que tiene un sentido lógico. Esencialmente, las aberturas más grandes permiten que las ondas pasen sin mucha interferencia. Dado que las olas no están especialmente perturbadas, siguen una trayectoria relativamente recta hacia el borde de la piscina. Sin embargo, las aberturas más pequeñas afectan a la ola de forma más significativa, haciendo que se doble en ángulos más pronunciados. (Esto es una ligera simplificación; para obtener más información técnica, recomiendo leer la página de Wikipedia sobre el principio de Huygens.)
Por último, tenga en cuenta que una apertura «pequeña» es relativa. De hecho, la abertura sólo provoca difracción cuando tiene un tamaño similar al de la longitud de onda que la atraviesa. Por eso, la luz, que tiene una longitud de onda minúscula, no se difracta de forma significativa si pasa por una abertura de tres metros de ancho, aunque el océano sí lo haga.
¡Felicidades! Ahora entiendes la física de la difracción. En su forma más básica, una pequeña abertura hace que las ondas se doblen e interfieran entre sí; esto, a su vez, difunde su señal.
Difracción en la fotografía
Claramente, la difracción es un concepto importante en la física. De hecho, un experimento similar (con dos rendijas en lugar de una) jugó un papel importante en la demostración de que la luz puede comportarse como una onda, uno de los descubrimientos más importantes de la historia científica. Pero, ¿cómo afecta esto a tu fotografía diaria?
Todo se reduce a la apertura de un objetivo. Como se muestra en la fotografía de arriba, las láminas de la abertura de una lente actúan como una única rendija por la que pasan las ondas de luz. Un patrón de la intensidad de la luz es exactamente lo que esperarías ver:
Sin embargo, este es un gráfico bidimensional. En el mundo real, un punto de luz se proyecta en tres dimensiones. Por lo tanto, a continuación aparece un gráfico más preciso:
Este patrón tridimensional se produce cada vez que la luz brilla a través de la apertura del objetivo de tu cámara. Cuando se proyecta en el sensor de tu cámara, tiene este aspecto:
La figura anterior muestra lo que se conoce como disco de Airy. Esto es, sencillamente, la apariencia de un patrón de difracción cuando incide en el sensor de tu cámara. La región central es la más brillante, y tiene el mayor efecto en sus fotografías.
No es difícil saber por qué este disco de Airy puede hacer que una fotografía salga borrosa. Ya sabemos que una pequeña abertura -o, una pequeña apertura- hace que las ondas se dispersen. Esto significa que, en aperturas pequeñas, el disco de Airy se hace mucho más grande. Si puedes imaginar que el disco de Airy golpea el sensor de tu cámara, obtendrás una imagen parecida a esta, en la que la cuadrícula representa los píxeles de tu sensor:
Ahora, piensa que una escena está compuesta por innumerables fuentes de luz diminutas. Cada punto de luz viaja a través de la apertura de su lente; como resultado, cada parte de su fotografía se proyecta en su sensor como un disco Airy. Estos, como se muestra arriba, se vuelven más borrosos con valores de apertura pequeños. Esta es la razón por la que se ve la difracción!
Cámaras de alto y bajo número de megapíxeles
La comparación anterior, que muestra un disco de Airy golpeando los píxeles de su sensor, podría dar lugar a una pregunta: si los píxeles fueran más grandes, ¿no sería menos probable que el disco de Airy sangrara?
De hecho, eso es completamente cierto! Los píxeles grandes -los que son más grandes que el disco de Airy- no muestran difracción a las mismas aperturas que lo haría una cámara de píxeles pequeños. Tal vez pueda reducir el diafragma hasta f/11 en la Nikon D700 de 12 megapíxeles sin notar ninguna difracción, mientras que la D800/D810 de 36 megapíxeles mostraría una difracción visible en cualquier diafragma inferior a f/5,6. Sin embargo, estas cifras no son inamovibles; recomiendo probar su propia cámara para ver cuándo empieza a notarse la difracción (y, lo que es más importante, cuándo empieza a ser objetable).
Sin embargo, esto no es un problema con los sensores de alta resolución. De hecho, si todos sus ajustes son los mismos, un sensor de alta resolución siempre capturará más detalles que un sensor de baja resolución del mismo tamaño. Un mayor número de píxeles nunca supondrá un menor nivel de detalle, ni siquiera en las aperturas más pequeñas. Esto significa que, si imprimes tus fotos al mismo tamaño, una foto de la Nikon D800/D810 siempre tendrá más detalle que una foto de la Nikon D700, en igualdad de condiciones.
Dicho esto, si compras la Nikon D800/D810, lo más probable es que quieras imprimir en grande o pixelar. ¡Si este es el caso para usted, la difracción es absolutamente un problema mayor de lo que habría sido con un sensor de baja resolución! Para obtener la mejor nitidez posible de una D800/D810, debes prestar atención si tu apertura es inferior a f/8 aproximadamente. De nuevo, te recomiendo que pruebes tú mismo los límites exactos de tu cámara.
Sensores pequeños frente a grandes
Se suele decir que las cámaras con sensor de recorte (es decir, DX Nikon) muestran difracción más fácilmente que las cámaras de fotograma completo (FX Nikon). ¿Es esto un mito o es cierto?
Empecemos por lo que sabemos. A una apertura determinada en un objetivo, el disco de Airy siempre tendrá el mismo tamaño físico. No importa el sensor que utilices; es una propiedad de la física que sólo depende de la propia apertura. Por ejemplo, tanto si pongo un objetivo de 50mm f/1.8 en la D750 de fotograma completo como en la D3300 de sensor de recorte, el tamaño de su proyección del disco de Airy será idéntico (suponiendo la misma apertura).
Entonces, ¿dónde está la confusión? La cuestión surge del hecho de que el mismo disco de Airy ocupa un porcentaje mayor de una cámara con sensor de recorte que de una cámara de fotograma completo. Fíjate en el siguiente ejemplo:
De hecho, a igual tamaño de impresión, una cámara DX mostrará más difracción que una cámara FX. Esto se debe a que el sensor DX es esencialmente un recorte del sensor FX; en otras palabras, amplía todo en su fotografía – incluyendo la difracción – al igual que el recorte en la post-producción.
La cantidad de difracción adicional es la misma que su factor de recorte. Por lo tanto, para una cámara con sensor de recorte 1,5x, multiplique su apertura por 1,5 para ver la difracción equivalente en una cámara de fotograma completo. Por ejemplo, el disco de Airy a f/11 en una cámara DX ocupa aproximadamente el mismo porcentaje de su sensor que el disco de Airy a f/16 lo haría en una cámara de fotograma completo.
Por supuesto, si utiliza una cámara DX, es posible que no imprima tan grande como lo haría con una cámara FX. Para muchos fotógrafos, entonces, no hay ninguna diferencia práctica; las impresiones más pequeñas de una cámara DX cancelan la difracción adicional. Si imprime en tamaños grandes con una cámara DX, tenga en cuenta que la difracción será más significativa a una apertura determinada.
Difracción y profundidad de campo
La difracción disminuye la nitidez de una fotografía en aperturas pequeñas. Sin embargo, al mismo tiempo, las aperturas pequeñas aumentan la cantidad de profundidad de campo en una fotografía. Esto no es una contradicción, aunque puede resultar confuso al principio. Fíjate, por ejemplo, en la siguiente comparación:
Como puedes ver, la foto de f/22 tiene mucha más parte de la escena dentro de su profundidad de campo. Si quiero que todo este sujeto sea nítido, es mucho mejor que la fotografía a f/5,6. Sin embargo, veamos el punto de enfoque más de cerca:
Como puedes ver, la foto a f/5.6 es significativamente más nítida. (Haz clic en la imagen para verla con más claridad.)
Esto, por supuesto, no significa que debas disparar todas las fotografías a f/5,6. Si necesitas una gran profundidad de campo, no dudes en utilizar aperturas más pequeñas; a veces, merece la pena la ligera reducción de nitidez por difracción.
Elegir la apertura más nítida
Siempre hay difracción en cada una de las aperturas de tu objetivo. Esto tiene que ser cierto; la luz siempre tiene que doblarse a través de una apertura, incluso si es muy grande. Sin embargo, en aperturas amplias como f/2,8 o f/4, el disco de Airy es mucho más pequeño que los píxeles de su fotografía. Esto significa que la difracción es esencialmente imposible de ver en esas grandes aperturas.
Sin embargo, esto no significa que las grandes aperturas sean las más nítidas en un determinado objetivo. Como probablemente sepa, un objetivo tiende a ser más nítido cuando su apertura está ligeramente reducida. Por ejemplo, mi objetivo de 20 mm f/1,8 es más nítido en el centro a f/4. A continuación se muestra una tabla de nitidez para dicho objetivo:
Entonces, ¿por qué el pico está en una apertura de f/4 en lugar de f/1.8? Eso está un poco más allá del alcance de este artículo, pero la esencia es que – en aperturas más grandes – más luz viaja a través de los bordes de una lente. Como el centro de un objetivo es la región mejor corregida, esto disminuye la nitidez de la fotografía (y aumenta su aberración esférica). Una apertura más pequeña en realidad bloquea la luz que ha viajado a través de los bordes de un objetivo, lo que mejora la nitidez de una fotografía.
Este efecto, equilibrado con la disminución de la nitidez por difracción, es la razón por la que f/4 da la mayor nitidez en un objetivo como el 20mm f/1.8.
¿Cómo saber qué apertura es la más nítida en su objetivo? Simplemente mira los resultados probados en internet. Sin embargo, no te estreses demasiado por disparar siempre a la apertura «perfecta». Por un lado, incluso estos resultados de las pruebas pueden ser ambiguos. En la tabla anterior, por ejemplo, las esquinas del objetivo son en realidad más nítidas a f/8. Así que, dependiendo de tu sujeto, puedes preferir esquinas más nítidas en lugar del centro más nítido posible.
Al mismo tiempo, incluso las aperturas subóptimas no son terriblemente borrosas. He hecho algunas impresiones grandes de fotografías tomadas a f/16, y su calidad es más que suficiente para mis necesidades. Si necesitas una apertura así -generalmente para aumentar tu profundidad de campo- no tengas miedo de usarla.
(Si necesitas la mayor profundidad de campo posible en una fotografía, como muchos fotógrafos de paisajes, te recomiendo que leas sobre la distancia hiperfocal. Hay muchas similitudes entre estas dos propiedades de la fotografía.)
Evitar la difracción
Ahora que entiendes la difracción, ¿cómo te aseguras de evitarla en tus fotografías? Desgraciadamente, la respuesta sencilla es que no se puede. La difracción es un resultado de la física. No importa lo bueno que sea tu objetivo; la difracción robará la nitidez en las aperturas más pequeñas sin importar lo que ocurra.
Aunque no puedas eludir las leyes de la física, hay una forma de evitar la difracción en tus fotografías: utilizar una apertura mayor. Si necesita una fotografía absolutamente nítida, ésta es la única manera de evitar los efectos de la difracción. ¿Estás fotografiando una escena que necesita una gran profundidad de campo? Pruebe a apilar el enfoque a una apertura de f/5,6 o f/8, donde la difracción es mínima.
Al mismo tiempo, si utilizó una apertura pequeña (digamos, f/16 o f/22), puede mejorar el detalle aparente de una fotografía mediante la nitidez en el posprocesamiento. Esto no elimina realmente los efectos de la difracción, pero es una forma sencilla de mejorar las fotos tomadas con aperturas pequeñas.
En teoría, es posible corregir la difracción mediante un proceso de nitidez conocido como nitidez por deconvolución. Este tipo de nitidez es más eficaz cuando se tiene un modelo perfecto del objetivo en cuestión, incluyendo sus características ópticas exactas. Por esta razón, la nitidez por deconvolución genérica no reduce los efectos de la difracción en un grado significativo; sin embargo, se sabe que la NASA utiliza este método para mejorar la nitidez de las fotografías del telescopio Hubble. (Algunos fabricantes de cámaras, incluyendo Pentax, pueden tener una opción de menú de reducción de la difracción; sin embargo, esto no es más que una máscara de desenfoque estándar cocinada en su archivo RAW). Si quieres probar la nitidez por deconvolución, aumenta el control deslizante «Detalle» tanto como sea posible en Lightroom o en Camera Raw. Por supuesto, no será específico para su lente, lo que sería necesario para una verdadera reducción de la difracción.
Sin embargo, aunque puede afinar sus fotografías en el post-procesamiento, la mejor manera de disminuir la difracción es simplemente utilizar una mayor apertura.
Información extra
La apertura es un tema técnico; también lo es la interacción entre la luz y el sensor de tu cámara. Parte de la información anterior se presenta como el mejor de los casos, y la realidad puede ser algo más compleja. La mayor parte de la siguiente información no afectará a la apariencia real de sus fotografías, pero vale la pena cubrir algunos de estos casos especiales.
Por ejemplo, la luz con grandes longitudes de onda se difractará más fácilmente que la luz con longitudes de onda más cortas; esto significa que la luz roja (con una longitud de onda de unos 650 nm) conduce a un disco de Airy más grande que la luz azul (unos 475 nm) a la misma apertura. Así que, en teoría, verá un poco menos de desenfoque por difracción si está trabajando con luz extremadamente azul; en la práctica, este efecto es lo suficientemente pequeño como para que tenga poco impacto en sus fotografías.
Además, en la mayoría de las cámaras, los píxeles que se combinan para hacer una fotografía no detectan todos las mismas longitudes de onda de luz. En los sensores con una matriz Bayer de píxeles (incluidas las cámaras DSLR/sin espejo de Nikon, Canon y Sony), el número de píxeles que detectan el verde es el doble que el número de píxeles rojos y azules. Esto significa que el diagrama de píxeles presentado anteriormente es una ligera simplificación; sin embargo, esto no cambia el hecho de que el desenfoque por difracción aumenta debido al tamaño del disco de Airy.
Por último, la representación del disco de Airy en este artículo es un poco más simple de lo que parecería en el mundo real. Arriba, lo mostré como una serie de anillos concéntricos; en realidad, sin embargo, eso sólo ocurriría si la apertura fuera perfectamente circular. La mayoría de los objetivos tienen siete, ocho o nueve láminas de apertura, que (incluso cuando están curvadas) no son exactamente círculos. Así, el «disco de Airy» se convierte en un «octógono de Airy». Sin embargo, no hay ninguna diferencia práctica en la apariencia de la difracción en sus fotografías; sus fotos serán igual de borrosas a medida que reduzca el objetivo.
Si tiene alguna pregunta sobre los puntos más finos de la difracción, no dude en hacer una pregunta en la sección de comentarios; un solo artículo es demasiado corto para explicar todo lo que hay que saber sobre un tema tan complejo.
Conclusión
Dadas todas estas advertencias técnicas, la difracción puede parecer un tema fuera de lugar, inusual para ser discutido. Sin embargo, sus efectos son claros y significativos en sus fotografías, y bien vale la pena tenerlos en cuenta mientras hace fotos. Especialmente para los fotógrafos de paisajes y arquitectura -o para cualquiera que quiera hacer fotos nítidas con una gran profundidad de campo- es importante entender las compensaciones que se derivan de disparar con una apertura pequeña.
La difracción está presente en todas tus fotografías, y -si no tienes cuidado- puede robar algo de nitidez a tus imágenes favoritas. Sin embargo, una vez que vea sus efectos en la práctica, la difracción se convertirá en algo natural.