NIKON NIKKOR AF DX FISHEYE 10.5mm f/2.8 G ED...occhio di pesce, vista di falco...

PRESENTAZIONE

Questa è la volta di un obiettivo piuttosto insolito e dall'uso relativamente specialistico (fotografia immersiva, fotografia della volta celeste, fotografia subacquea, fotografia cosiddetta "creativa"): il Nikkor 10.5mm f/2.8 Fisheye, presentato nell'anno 2003 e dedicato specificatamente alle DSRL formato DX. 
Prendendo spunto dal test di questo ben preciso modello, si è pensato di vagabondare (con leggerezza e  senza troppo rigore cattedratico) nell'ambito, più vasto e complesso, delle ottiche fisheye, dei relativi modelli geometrici di proiezione e delle diverse tecniche di defishing (cioè di correzione della distorsione).
Dotato di 10 elementi ottici (di cui uno, il penultimo, di rango ED), suddivisi in 7 gruppi, il Nikkor 10.5mm f/2.8 è il risultato di un progetto estremamente innovativo che mette a disposizione di tutti i possessori di DRSL formato DX un fisheye fullframe capace di coprire un angolo di visuale di 180° (naturalmente sulla diagonale del sensore).
Tradotti in angoli di campo (FOV = Field Of View) orizzontali (HFOV) e verticali (VFOV), i 180° diagonali forniscono valori di HFOV pari a 136,6° e di VFOV pari a 87,7°! Valori davvero entusiasmanti, se si considera che il Nikkor DX 12-24mm f/4 (la focale più corta prodotta da Nikon per le sue DSRL formato DX) presenta un HFOV pari a 89°.
Ma l'enorme HFOV di questo obiettivo (dovuto al particolare progetto ottico delle ottiche fisheye) non è l'unico punto di forza di questo piccolo gioiello: il Nikkor 10.5 f/2.8 può infatti focheggiare fino ad una distanza di 0,14m (cioè meno di 3 cm dalla lente frontale, con un R.R. = 1:5), consentendo di esplorare in modo assolutamente nuovo e informale il mondo della macrofotografia ambientata.

OBIETTIVI FISHEYE: dalle origini ad oggi

La Nikon ha sempre mantenuto un ruolo determinante nella diffusione commerciale di ottiche dalla vocazione inizialmente esoterica e dall'uso molto specialistico. Così, anche in ambito fisheye, fu la Nippon Kogaku, nel 1938, a produrre in serie il primo obiettivo fisheye con copertura diagonale di 180: un Nikkor 16mm f/8 progettato per il formato 120 e pensato per usi eminentemente meteorologici. 
Da allora ad oggi, sono cambiate le tecnologie, le esigenze di marketing, i costi dei materiali e della produzione, ma il concetto "geometrico" di obiettivo fisheye è rimasto senz'altro immutato.
Un obiettivo "occhio di pesce" è sostanzialmente uno strumento ottico in grado di proiettare un'immagine con angolo di campo diagonale di 180°. L'originale appellativo non credo abbia origine dall'analogia con la visione caratteristica degli appartenenti a questa Classe di Vertebrati (dotati in maggioranza di visione monoculare con campo visivo pari o superiore all'angolo piatto per ciascun occhio), bensì più probabilmente fa riferimento al cosiddetto "effetto fisheye", ben descritto in qualunque manuale di ottica geometrica: in uno specchio d'acqua con superficie molto tranquilla, un pesce che osservi verso l'alto, a causa del fenomeno della riflessione totale sul diottro piano  della superficie di separazione acqua-aria, riesce a vedere tutto ciò che circonda il bordo dello specchio d'acqua.

FOTOGRAFIA E PROSPETTIVA

Ogni qualvolta scattiamo una fotografia, il sistema fotocamera-obiettivo esegue una proiezione prospettica sul piano del sensore, cioè proietta su di esso infiniti punti-immagine che si erano già "incontrati" in un dato punto nodale (coincidente con il centro ottico dell'obiettivo o il foro stenopeico di una pinhole). In questo tipo di proiezione (corrispondente, seppur con approssimazione, anche alla visione dell'occhio umano, la cui superficie di proiezione, cioè la retina, non é però esattamente piana), gli oggetti appaiono più piccoli al crescere della distanza dal piano di proiezione.

Questa premessa, di sapore vagamente scolastico, introduce appieno la cosiddetta "questione prospettica", cioè il metodo per raffigurare la realtà tridimensionale su di un piano (pergamena, quadro, pellicola o sensore che sia...). Fin da quando, infatti, l’uomo ha iniziato a tracciare le mappe del globo terrestre, si è imposta l'annosa questione di come riportare su una superficie piana qualcosa che nella realtà è disposto su di una superficie sferica.
In approssimazione esemplificativa (non intendo addentrarmi nella selva, a me oscura, della geometria del fenomeno prospettico!), la maggior parte dei sistemi fotocamera-obiettivo (diciamo con angoli di campo inferiori ai 115-120°, sulla diagonale del formato) lavora in accordo alla proiezione rettilineare. Tale tipo di proiezione può essere compresa immaginando di posizionare un cartoncino piano in posizione tangente una sfera in un dato punto e illuminando la sfera stessa dal suo centro con un fascio di luce conico orientato verso il piano di tangenza.

Nella proiezione rettilineare, dunque, tutte le linee di fuga sono linee rette che convergono verso punti speciali chiamati fuochi. 
In pratica, se fotografiamo da una certa distanza un colonnato, disponendoci frontalmente ad esso (cioè con il sensore parallelo al colonnato stesso), nella fotografia risultante le colonne più esterne presenteranno all'incirca la stessa larghezza di quelle centrali, come nel soggetto reale.

Se decidessimo di costruire un obiettivo che abbia un angolo di campo di 180° (sempre sulla diagonale del formato) e che utilizzi lo stesso sistema di proiezione rettilineare, avremmo bisogno di un sensore di dimensioni...infinite! Eppure, esistono numerosi obiettivi che hanno tale prerogativa...anzi il mitico Nikkor 6,3mm f/5,6 raggiunse nel lontano 1969 un incredibile angolo di campo di 220° (...attenzione alla orecchie a sventola...). Proprio per questo motivo, gli obiettivi fisheye non possono obbedire alla regole della proiezione rettilineare, bensì a quelle della proiezione equidistante. In questo tipo di proiezione, i punti-immagine vengono collocati sul sensore in proporzione alla distanza angolare dall'asse ottico dell'obiettivo; se un soggetto è situato a 45° dall'asse ottico di ripresa, verrà proiettato a metà strada tra il centro ed il bordo del sensore. 
Riprendendo l'esempio del colonnato, se adesso lo fotografiamo  con un obiettivo fisheye a proiezione equidistante, i rapporti tra le distanze reali rimangono sostanzialmente invariati nell'immagine proiettata (cioè nella fotografia!), per cui le colonne più esterne risultano più piccole  per il fatto stesso che sono più distanti (dall'obiettivo) rispetto a quelle centrali.

In realtà, come meglio spiegato nel paragrafo relativo alle funzioni di defishing, il metodo di proiezione del Nikkor 10.5mm Fisheye è quello della proiezione equisolida; facendo un esempio molto pratico e poco accademico, la mappatura di una proiezione equisolida è paragonabile al riflesso di un'immagine in uno specchio sferico ed è pertanto leggermente diversa da quella della proiezione equidistante.

Un caso davvero particolare di obiettivi ad occhio di pesce è quello del cosiddetto fisheye ortografico, presentato da Nikon nel luglio del 1968: il miracoloso Nikkor OP Fisheye 10mm f/5.6, dotato di un'incredibile lente asferica frontale, era in grado di rispettare due parametri importantissimi e prerogativi della proiezione ortografica: conservare inalterato il rapporto fra due punti-oggetto e la loro proiezione sul film ed eliminare virtualmente ogni forma di vignettatura geometrica. La proiezione ortografica ha infatti il punto di origine (quello in cui si posiziona la torcia dell'esempio di cui sopra) posto al'infinito. In pratica, in questo tipo di fisheye, la distorsione prospettica è ancora più accentuata con la porzione centrale dell'immagine molto più grande delle porzioni periferiche.

TECNICHE DI DEFISHING

In generale, essendo tutt'altro che anglomane, cerco sempre di utilizzare termini in lingua italiana per esprimere concetti rivolti ad un pubblico italiano; tuttavia il lemma "depescizzare" mi è sembrato piuttosto inappropriato e cacofonico, mentre "rimappatura rettilineare" è quanto mai esoterico e ridondante. Ma, dissertazioni linguistiche a parte, che cos'è esattamente il defishing? È una renderizzazione via software volta a trasformare un'immagine proveniente da un obiettivo a proiezione equidistante in un'immagine a proiezione rettilineare. Cioè, in soldoni, il defishing trasforma un'immagine fisheye in un'immagine grandangolare privata della distorsione a "occhio di pesce".
Nel caso del Nikkor 10.5mm, fisheye a copertura completa di formato (con angolo di campo orizzontale pari a quello di un impossibile 4,5mm rettilineare!!!),  il defishing consente di emulare un'immagine proveniente da un supergrandangolo, sebbene (come vedremo più avanti) con problemi di resa ottica e prospettica non indifferenti.

Prima di analizzare un caso pratico di defishing, vorrei accennare al alcuni concetti fondamentali relativi alla questione; la funzione teorica di mappatura di un fisheye a proiezione equisolida è la seguente:
R = 2 · FL · sin (0.5 · Ω) dove R è la distanza dal centro della fotocamera al punto di interesse, FL è la lunghezza focale e Ω è l'angolo tra l'asse ottico del fisheye e la linea che unisce l'obiettivo punto di interesse.
L'angolo di campo (orizzontale e verticale) è invece ricavabile dalla seguente formula, valevole specificatamente per un fisheye a proiezione equisolida:
FOV = 4 · arcsin [FS/(FL · 4)], dove FOV è il Field of View (cioè l'angolo di campo), FS è la dimensione del sensore (cioè, nel caso del formato Nikon DX 23,58 x 15,68mm), FL è la lunghezza focale. Ne consegue che, per il Nikkor 10.5mm f/2.8 Fisheye:
HFOV = 4 x arcsin [23,58/(10.5x4)] = 136,61°
VFOV = 4 x arcsin [15,68/(10.5x4)] = 87,68°
Il defishing del Nikkor 10.5 può essere effettuato per mezzo di applicazioni specifiche (Nikon Capture, io ho provato la versione NX 1.3) o con l'uso di tools generici quali Panorama Tools (software Open Source, originariamente sviluppato dal prof. Helmut Dersch dell'Università di Furtwangen, ridente località della Foresta Nera e patria degli orologi a cucù...), Epapress PTLens (io ho usato la release 8.6.4.8) e Rectfish di AcaPixus.

Di seguito, l'analisi comparata della mappatura rettilineare dell'immagine di una credenza, realizzata con il Nikkor AF DX Fisheye 10.5mm f/2.8 G ED su Nikon D70s montata su cavalletto Gitzo GT1340 con testa idrostatica Manfrotto MG468RC2.
La fotocamera è stata impostata a 250 ISO, 1/3sec f/8, qualità RAW, spazio colore Adobe RGB. I file .RAW sono stati convertiti in .TIF LZW con Adobe CRaw 4.4.1, impostando le opzioni di default (tranne quello relativo al defish con Capture NX 1.3, dove si è utilizzato il software anzidetto, impostando la funzione di rettilinearizzazione automatica del Nikkor 10.5mm).
Software di defishing
Comparativa al centro
Comparativa ai bordi
Si può facilmente osservare che l'effetto di "rettilinearizzazione" è abbastanza diverso tra le varie soluzioni software. In particolare, Capture NX, PTLens e Adjust di PanoTools presentano inquadrature rettilineari relativamente simili, mentre la funzione Remap di PanoTools riduce notevolmente l'angolo di campo finale. E ciò nonostante abbia inserito in Remap lo stesso valore di HFOV (138°) usato per Adjust e per PTLens. Osservando nel dettaglio al 100% le quattro immagini rimappate, mentre il centro risulta pienamente nitido con tutte le soluzioni software, i bordi migliori sono quelli di Adjust di PanoTools, quelli di Capture NX (sottoposti, però, ad una maschera di contrasto di default veramente eccessiva) e quelli di PTLens.
Di seguito, le immagini a piena risoluzione delle soluzioni software confrontate, con le relative capture dell'interfaccia di remapping.
Nikon Capture NX
Epapress PTLens
PanoTool Adjust
PanoTools Remap
Nikon Capture NX
Epapress PTLens
PanoTool Adjust
PanoTools Remap

TEST

Adesso è venuto il momento di testare sul campo le qualità ottiche di questo gioiellino di casa Nikon. Come sempre, la fotocamera impiegata è stata una "classica" Nikon D2x, settata in qualità NEF, sensibilità 100 ISO, sharpening normal,  esposizione manuale, scatto remoto, cavalletto Gitzo 1340 con testa idrostatica Manfrotto MG468RC2. Il soggetto scelto è stato la chiesa madre di Modica, il Duomo di S. Giorgio, autentico monumento del barocco siciliano e scenario consueto di certi polizieschi di ambientazione isolana...
I file .NEF sono stati convertiti in .JPG tramite Adobe Camera RAW 4.4.1, secondo i valori di default del programma. Non è stato applicata alcuna maschera di contrasto.Osservando i ritagli al 100% si rimane letteralmente strabiliati dalla costanza dei risultati; da f/2.8 a f/16 la nitidezza è elevatissima e pressoché costante, con cedimenti lievissimi solamente ai valori estremi delle aperture testate. Un ulteriore miglioramento dei bordi può essere ottenuto correggendo le aberrazioni cromatiche tramite Adobe Camera RAW (Red/Cyan:-30 e Blue/Yellow:+15), nonché applicando la funzione "Defringe All Edges" (per la riduzione del purple fringing), come mostrato nella terza finestra comparativa.
Le due successive comparazioni, mostrano ritagli al 100% delle stesse immagini sottoposte a rimappatura rettilineare tramite Nikon Capture NX 1.3. In questo caso, il defishing produce immagini con FOV equivalente a quello di un improbabile 8mm, sebbene con una distorsione prospettica che rende le porzioni distali molto più "allargate" di quelle centrali.  La qualità al centro (dove la rimappatura è comunque molto modesta) rimane praticamente inalterata, mentre i bordi (soprattutto se preventivamente sottoposti alla correzione automatica delle aberrazioni cromatiche) rimangono tutto sommato decenti. In particolare, ai diaframmi f/5.6 ed f/8 il defishing produce bordi sufficientemente ricchi di dettaglio e con trascurabile effetto aliasing (che affligge invece le aperture minori e maggiori).
Nitidezza - Centro
Nitidezza - Bordi
Correzione CA
Defished - Centro
Defished - Bordi
Comparativa HFOV
Il Nikkor AF DX Fisheye 10.5mm f/2.8 G ED è caratterizzato da una distanza minima di messa a fuoco di soli 14cm, corrispondenti ad una distanza di lavoro di meno di 3 cm e ad un rapporto di ingrandimento pari ad 1:5.
Ho pertanto pensato di testare il Nikkor 10.5 a diaframma f/8 sulla Nikon D2x fotografando una banconota alla distanza di messa a fuoco di 15cm. Con non poche difficoltà di "piazzamento" del set di illuminazione artificiale, ho comunque ottenuto il risultato seguente (convertendo il file .NEF in formato .JPG tramite Adobe Camera RAW 4.4.1, secondo le opzioni di default e senza alcuna post-produzione): come si può notare, la qualità complessiva rimane davvero stupefacente anche ai bordi, al di la di ogni più rosea previsione, sebbene risultino ancora visibili accenni di purple fringing. Rassicurato dai risultati veramente notevoli, ho deciso di spingermi oltre, sottoponendo l'immagine ad un defishing (funzione Adjust di PanoTools) e riverificando i dettagli corrispondenti alla prima inqadratura: la qualità al centro rimane prevedibilmente inalterata, mentre la qualità ai bordi è ancora sufficiente, sebbene affetta da un generale scadimento qualitativo. Evidentemente, il maggior numero di pixel forniti dalla D2x (rispetto alla D70s), consente al software di rimappatura di mantenere un livello di dettaglio apprezzabile. Applicando un leggero filtro di sharpening, i risultati migliorano ulteriormente.
Inquadratura completa
Crop 100%
After defishing...
Crop 100%

CONCLUSIONI

Il Nikkor AF DX Fisheye 10.5mm f/2.8 G ED è un obiettivo fisheye a piena copertura di formato, caratterizzato da prestazioni ottiche strabilianti, insidiate solamente da consistenti fenomeni di "purple fringings" in determinate condizioni di ripresa. La messa a fuoco minima di 0.14m consente di esplorare in modo innovativo il campo macro, garantendo una nitidezza eccellente. Se opportunamente rimappato, il Nikkor 10.5 diventa un "improbabile" rettilineare da 8mm con ottima nitidezza al centro e discreta ai bordi (a patto di utilizzare fotocamere ad alta risoluzione e applicazioni software adeguate).


The Nikkor AF DX Fisheye 10.5mm f/2.8 G ED is a full frame fisheye with excellent optical performances, only with some occasional purple fringings. The closest focusing distance (0.14m) allows to obtain original and excellent macrophotos with incredible field of view. If well defished, the Nikkor 10.5mm becomes a good "impossible" rectilinear 8mm, with optimal center sharpness and fairly good borders (but you have to use hihg esolution cameras and appropriate softwares).

Galleria fotografica

Caratteristiche Tecniche

  • Lunghezza focale: 10.5 mm
  • Apertura massima: f/2.8
  • Lenti e gruppi: 10 elementi in 7 gruppi
  • Angolo di campo: 180°
  • Scala dei diaframmi: da f/2.8 a f/22
  • Scala delle distanze: da infinito a 0.14m
  • Massimo R.R.: 1:5
  • Peso: 305g
  • Dimensioni: 63mm×62.5 mm
  • Paraluce: Fisso, a petali

FOTOGRAFIA E PROSPETTIVA