Focus stacking (combinazione di foto)

Premessa

Quando è necessaria una profondità di campo superiore a quanto consentito dall’obiettivo si ricorre ad una tecnica di combinazione di più immagini, o focus stacking.

Questa tecnica può essere adottata su qualunque scala, dal paesaggio alla fotografia still-life alla fotomicrografia. Ma è proprio nel campo della macrofotografia e della fotomicrografia che la tecnica può rivelare risultati normalmente impensabili: in questi ambiti fotografici, infatti, la profondità di campo si riduce all’aumentare dell’ingrandimento, per cui diventa un fattore assolutamente critico. Allo stesso tempo, però, è necessario documentare tutti i particolari del soggetto, che in molti casi sono di importanza diagnostica per caratterizzare la morfologia di una specie rispetto ad un’altra.

Chiudendo il diaframma oltre F/16 (a volte già anche oltre F/8) la profondità di campo aumenta, ma subentrano fenomeni di diffrazione della luce e l’immagine diviene via via più sfumata e meno nitida al progressivo chiudersi del diaframma.

I software di focus stacking

Sono di recente nati svariati software per la combinazione delle immagini tramite algoritmi di image processing, fra cui:

• Auto-Montage, a pagamento;
• Combine, gratuito;
• Extended Depth of Field, plugin gratuito per ImageJ;
• Helicon Focus, a pagamento;
• PhotoAcute Studio, a pagamento;
• Photoshop CS4 Extended, a pagamento
• ZereneStacker, a pagamento.

Per approfondimenti sugli algoritmi utilizzati (Depth Map, Pyramid, Lowpass, Highpass, etc.), si rimanda ai rispettivi siti web.

In generale, la tecnica prevede i seguenti passaggi:

Ovviamente, il risultato ottimale è ottenuto quando il sistema fotocamera-obiettivo-soggetto è fisso e stabile (treppiede, stativo) e le condizioni di esposizione e di illuminazione sono le stesse. In pratica, una volta sistemato il set di ripresa e scelti i parametri di esposizione, è bene concentrarsi solamente sulla messa a fuoco, per garantire la (quasi) perfetta sovrapponibilità del soggetto fra uno scatto e l’altro. Quindi, usare stativi solidi, sistemi privi di “giochi” e uno scatto remoto o flessibile.

Il numero di scatti ideale sarà pari al numero di piani perfettamente a fuoco che, sulla base del diaframma impostato, sono compresi nell’intero spessore del soggetto. Il diaframma F/4 è considerato ottimale per macro e fotomicro, dal momento che presenta massima nitidezza e una profondità di campo leggermente superiore rispetto a quella a tutta apertura:

Poi, ovviamente, nella pratica si tenderà ad effettuare il numero di scatti più accettabile per scopo, risultato e produttività, dopo aver speso molto tempo nel tentativo di catturare tutti i piani che tagliano il soggetto.

Il focus stacking un’operazione onerosa in termini di risorse hardware (CPU, RAM) e tempi di attesa. Con alcuni programmi la memoria che è bene riservare al programma deve essere di almeno 1GB (1024MB) e le operazioni si allungano notevolmente se non si dispone di processori almeno dual core.

Focus stacking con CombineZP

Questo software è abbastanza facile da usare, una volta che si accetta la sua interfaccia minimalista. Con i settaggi di default i risultati che si ottengono sono altamente spettacolari, ma, rispetto ad altri software, i valori del contrasto possono risultare eccessivi. Inoltre, gli artefatti dovuti all’impacchettamento fra immagini riprese con prospettiva differente sono visibili e devono essere poi corretti con un software di fotoritocco, ma questo non è un limite del software, ma della tecnica in sé. CombineZP è un software facile da usare e che dà ottimi risultati fin da subito e questo per noi è un punto assolutamente a favore.

Il procedimento base comporta il caricamento del pacchetto di immagini JPEG/TIFF/PNG/etc. col pulsante New, la selezione dell’insieme delle immagini, l’allineamento (Align and Balance) e la scelta del procedimento di stacking:

Una finestra parallela riporta sottoforma di registro testuale (log) le fasi dell’operazione, fino al suo completamento:

*** Executing Do Stack Macro ***
Find Detail(5,1,710)
Remove Islands(5)
Fill Gaps
Create a Lowpass Filter(250,0)
Filter Depth Map
Copy Last Filter Output to Depthmap
Interpolated Output
Create New Frame
(8) New-Out99999
Go to Top Frame(8)
Create a Highpass Filter(1000,750)
Filter Active Frame
Replace New-Out99999
With out
Adjust Contrast(5)
Replace New-Out99999
With out
*** Finished Executing Do Stack Macro ***

Focus stacking con ZereneStacker

ZereneStacker è un software a pagamento, con la licenza ad uso “familiare” del costo di un’ottantina di dollari. A nostro giudizio è un software molto interessante, con un’interfaccia intuitiva e risultati eccellenti al primo colpo, in cui gli artefatti prospettici sono molto contenuti. Per contro, le risorse hardware di cui si deve disporre per il suo funzionamento sono notevoli e il contrasto di default dei risultati è piuttosto basso.

Il procedimento base comporta innanzitutto l’allocazione della memoria RAM da dedicare al programma. Dopodiché si carica il pacchetto di immagini JPEG/TIFF con un semplice drag & drop dalla cartella delle immagini al frame di sinistra del software. Quindi si avvia il comando di stack dal menu omonimo. Molto semplice e da tenere presente.

Focus stacking con Photoshop CS4 Extended

La procedura di stacking con Photoshop CS4 Extended è la seguente:

• Menu File > Script > Carica file in serie (Menu File > Scripts > Load Files into Stack), e nella finestra di dialogo scegliere i file da importare, partendo da quella che deve stare in basso nell’immagine finale (per ragioni prospettiche);
• selezionare tutti i livelli nel pannello Livelli;
• menu Modifica > Allineamento automatico livelli (Edit > Auto-align layers), e nella finestra di dialogo selezionare la proiezione Automatica (Projection: Auto);
• menu Modifica > Fusione automatica livelli (Edit > Auto-blend layers), e nella finestra di dialogo selezionare l’opzione di fusione “Crea serie di immagini” (Blend Method: Stack Images);
• con lo strumento di ritaglio (crop) si eliminano i bordi dell’immagine.

Esempio di focus stacking

Nell’esempio che segue, un esemplare di Imenottero Mutillide (Hymenoptera Mutillidae) di circa 6mm di lunghezza e 3mm di spessore è stato ripreso con 5 scatti a differente distanza di messa a fuoco:

Per la prima immagine (1) il fuoco è stato fissato sul cartellino di plastica trasparente su cui era incollato l’insetto (è visibile infatti l’alone chiaro della colla in corrispondenza del centro dell’immagine). In tal modo, sono state riprese a fuoco sicuramente le zampe e le antenne, che poggiavano sul cartellino. La fotocamera è poi stata allontanata micrometricamente dal soggetto per gli scatti successivi, fino al quinto (5), in cui il fuoco è stato fatto direttamente sul dorso del torace.

Gli scatti da 1 a 5, singolarmente presi, sono inaccettabili dal punto di vista della profondità di campo, se il nostro obiettivo è quello della documentazione scientifica (pubblicazione di una nuova specie, database specialistico, etc.). Ad esempio, il quinto scatto ha un buon fuoco sul torace, ma le zampe e le antenne sono solamente intuibili. Idem per il primo scatto, inaccettabile per tutte le parti tranne che per zampe e antenne. Ciò conferma la bassissima profondità di campo a F/4 all’ingrandimento di lavoro (~1.5:1), molto inferiore all’intero spessore dell’esemplare (3mm) e pari a meno di 1 millimetro.

Il risultato dell’operazione di combinazione è il seguente:

in cui tutte le aree più a fuoco dei 5 scatti sono state combinate a formare un’immagine singola in grado di caratterizzare al meglio il soggetto.

Per citazioni