29 de abril de 2017

Técnica fotográfica. La cámara estenopeica. Conceptos básicos

Fecha última modificación: 23/04/2017
Fecha creación: 23/04/2017
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Si quieres ampliar el presente documento o consultar algún término de los que aparecen y no está suficientemente descrito, puedes buscar si existe otro artículo relacionado en la página: ENLACES TÉCNICA.

En ella aparecen los asuntos tratados en los tutoriales técnicos que hasta hoy he creado, todos accesibles mediante enlaces, y los que se encuentran en fase de revisión para su pronta publicación.
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ÍNDICE DEL TUTORIAL

Introducción
La estenopeica como herramienta de aprendizaje
¿Qué es una cámara estenopeica?
Conceptos Básicos
Limitaciones de los sistemas ópticos
Profundidad de campo
Distancia mínima de enfoque
Distorsión de las líneas rectas

Introducción

Desde el inicio de la fotografía, el proceso y las cámaras fotográficas han experimentado un continuo avance tecnológico alcanzando hasta hoy cotas en su origen inimaginables. Las mayoría de las cámaras actuales incorporan complejos dispositivos electrónicos con circuitos integrados de última generación que simplifican los  procesos de medición de luz, de enfoque, de selección, etc; hasta el punto de dejar la toma de una fotografía convertida en un simple acto de ‘mirar y apretar’.

Pero, al margen de su sofisticación tecnológica, todas ellas siguen sustentando la realización del fotograma en los mismos principios que dieron lugar a la técnica fotográfica hace algo más de siglo y medio. De hecho, además de la composición mediante el encuadre, l
En realidad lo que hacemos al tomar una fotografía es ajustar la cantidad de luz que llega a una película sensible o a un sensor digital.

Las mayoría de las cámaras fotográficas disponen de un diafragma para regular la cantidad de luz y de un obturador para ajustar el tiempo de exposición. Combinando ambos dispositivos y otros complementarios que sirven de ayuda para calcular los valores adecuados para una exposición correcta de cada toma, se controla la luz que llegará a la película o al sensor. Una mejor calidad técnica en la cámara implica un control más preciso y una mayor tolerancia a los errores.

La estenopeica como herramienta de aprendizaje


La cámara estenopeica es una herramienta excelente para aclarar algunos conceptos elementales de la práctica fotográfica puesto que:

-
Debemos calcular la distancia focal resultante de su cuerpo (caja), construir el diafragma y relacionar estos factores a la hora de establecer el número f
-
Se explica la necesidad que tienen los materiales de una exposición dependiente de las condiciones de luz y se introduce el concepto de valor de exposición (VE)
-
Al necesitar este tipo de cámaras exposiciones prolongadas, podemos observar cómo en ocasiones los sujetos que pasan por la escena no aparecen representados en el negativo, o bien aparecen como barridos nebulosos. Esta experiencia muestra lo maleable que es el tiempo fotográfico, y subraya las posibilidades expresivas que se obtienen dependiendo de la velocidad de obturación empleada al realizar una fotografía
-
Los diferentes ángulos de campo, aberraciones y cambios de perspectiva, se hacen patentes al observar lo distintas que resultan las imágenes dependiendo de las cámaras
-
El concepto de profundidad de campo se aclara y se comprueba que en estas cámaras tenemos foco desde cero hasta infinito

En general, es una forma sencilla de aclarar una serie de conceptos con los que nos enfrentamos alguna vez, y que resultan más comprensibles con un apoyo práctico. Conceptos que, además, hay que seguir utilizando cuando se toman fotografías.

La cámara estenopeica es de fácil fabricación por lo que no se requiere excesiva maña para construirla. Además, en el mercado se pueden comprar cámaras incluso de cartón.

Tampoco se precisa de una ampliadora, pues el tamaño normal del negativo facilita que el positivo se pueda obtener por contacto, y solo es necesario un cristal para superponer al conjunto de negativo y positivo, una fuente de luz y los químicos de revelado para montar un improvisado cuarto oscuro.

<DIV align=justify>¿Qué es una cámara estenopeica?</DIV>

El término de fotografía estenopeica proviene de la palabra griega ‘stenos opaios’, que significa provisto de un pequeño agujero.

Una cámara estenopeica o cámara oscura no tiene sistemas ópticos sino que éstos han sido sustituidos por un orificio llamado estenopo, que es el encargado de formar la imagen evitando los problemas que los objetivos causan en las cámaras convencionales.

En la figura 1 vemos algunos ejemplos de cámaras de fabricación artesanal. La de la izquierda dispone de visor y la de la derecha tiene incluso la posibilidad de intercambio del cajetín frontal donde se aloja el estenopo, por lo que es posible graduar la distancia existente entre este último y el plano de material sensible. 
 Es, por tanto, una caja estanca a la luz, en una de cuyas caras se hace un orificio, colocando en la opuesta el material fotosensible, bien sea papel fotográfico o película.

La imagen del exterior, debido a que los objetos reflejan luz en todas las direcciones, se proyecta en el interior. Cada punto de luz del exterior viaja en línea recta, entrando por el estenopo y proyectándose en la pared opuesta como un punto de luz, más o menos intenso según las características del objeto y su iluminación, formando así una imagen invertida sobre el material sensible.

Se trata de una ‘visión trivial del problema de las imágenes formadas a través de una apertura’, pues se reconoce desde la antigüedad que aunque el orificio tenga unas dimensiones determinadas tales que no pueda ser considerado puntual la luz pasa a su través y, bajo ciertas condiciones, es capaz de formar una imagen. Así Alhazen llamaba la atención sobre el Problema de Aristóteles, quien observó que si se hacía un orificio cuadrangular y a través de él se dejaba pasar un rayo de luz la imagen que se formaba seguía siendo circular.

Partiendo de la idea de que todo objeto es visible por ser emisor de luz directa, caso de las fuentes luminosas: sol, bombillas, estrellas, velas..., o reflejada; si consideramos el objeto O y la pantalla P1, de cada punto del objeto partirán infinidad de haces luminosos hacia la pantalla.

Así, un punto A del objeto generará los puntos a, a’, a’’... en la pantalla y uno B los b, b’, b’’..., y todos ellos chocarán contra la pantalla de forma totalmente indiscriminada superponiéndose unos a otros. Se trata de una representación no unívoca en la que es imposible obtener una representación enfocada del objeto en la pantalla (parte izquierda de la figura 2). 

Ahora bien, si realizamos un pequeño orificio en la pantalla P1 y situamos detrás otra pantalla P2 de manera que se obstruyan todos los rayos luminosos que parten del objeto salvo uno de cada punto del objeto, podemos conseguir una aproximación bastante afortunada sobre la pantalla P2 de la representación unívoca (parte derecha de la figura 2).

A cada punto A y B del objeto le corresponderá respectivamente un único punto a y b sobre la pantalla P2.

En la práctica, la dimensión física del orificio permite que sean varios los rayos que lo atraviesan procedentes de un mismo punto del objeto, formándose sobre el pantalla pequeñas manchas de luz por cada punto del objeto (círculo de confusión). De cualquier manera, podemos aproximarlo a la idea de punto, cuando la mancha sea lo suficientemente pequeña como para que supere el poder de resolución del ojo humano a la distancia adecuada para la visión de la imagen.

La imagen que se forma en la pantalla, estará invertida de izquierda a derecha y de arriba a abajo.

A partir de lo expuesto, se puede definir la cámara estenopeica como una cámara oscura, sin objetivo, que tiene un diminuto orificio de bordes afilados y tapado por un diafragma opaco de manera que forma una imagen cuya escala será proporcional a la distancia que existe entre el orificio y el plano de la imagen (figura 3).

Es decir, el tamaño del objeto es al tamaño de la imagen como la distancia orificio/objeto es a la distancia orificio/imagen. Tendremos una relación 1:1 cuando u = v (figura 3).
Aunque esencialmente la cámara estenopeica es una cámara fotográfica en cuanto que permite ‘obtener imágenes de la naturaleza por la intervención del sol’, tiene una serie de características que la hacen difícilmente imitable:

-
Definición atenuada, debido a las manchas de luz
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No sufre ninguna aberración lineal, ni de barrilete ni de cojín
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No tiene absorción espectral
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Tiene aberración cromática, que se soluciona poniendo un filtro de selección de onda
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Tiene astigmatismo: las imágenes de los objetos circulares situados fuera del eje de la cámara tienen forma elíptica
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Los objetos alejados del eje de la cámara quedan algo desenfocados y su imagen es menos luminosa, debido al mayor recorrido de los rayos de luz
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Tiene la máxima profundidad de campo: el tamaño del orificio implica un diafragma muy cerrado
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Todo el sistema adolece de escasa luminosidad. Para una distancia de 20 cm. y una abertura de 0,5 mm. de diámetro, la luminosidad de la imagen de un objeto proyectado sobre una pantalla blanca es aproximadamente cien millones de veces más oscura que el objeto real.
Eso supone: incapacidad para registrar nítidamente objetos en movimiento y necesidad de afirmar todo el sistema
-
Como la cámara tiene gran profundidad de campo, la distancia entre orificio/plano de la imagen no es excesivamente crítica
-
La relación de tamaño (diámetro o radio) del estenopo depende de la distancia de éste al plano de la imagen. El tamaño está acotado por ambos lados, puesto que:
a.      
Debe ser lo suficientemente pequeño como para que las manchas de luz no se solapen, lo cual produciría una pérdida considerable de definición
b.      
No debe ser demasiado pequeño, puesto que se produce efectos de difracción, observándose en la imagen círculos de luz más oscuros en lo que deberían ser puntos o pequeñas manchas (el objeto debe ser tal que se obstruyan todas las zonas de reflexión objeto/cámara, excepto la central.)

Conceptos Básicos

Limitaciones de los sistemas ópticos

Las lentes utilizadas en fotografía tienen como misión formar sobre el plano de la película o sensor una imagen ‘virtual’ de lo que hay al otro lado de la lente. Esto lo hacen concentrando en cada punto de la película todos los rayos de luz que llegan a la lente procedentes de un punto del sujeto.

Los objetivos utilizados en fotografía son complejos sistemas ópticos compuestos de varias lentes (hasta una docena) de distintas composiciones y formas, pero todos ellos (como conjunto) son asimilables a una lente simple de determinada longitud focal. (Distancia a la cual los rayos luminosos paralelos procedentes del infinito convergen en un punto)

La forma en que una lente hace esto, mediante el fenómeno conocido por refracción, impone la primera limitación de los sistemas ópticos.

Profundidad de campo

Se entiende por profundidad de campo el rango de distancias lente-sujeto, para el cual un punto definido del sujeto aparece como un punto definido en el plano de la película.

Todo punto del sujeto que esté fuera de ese rango aparecerá en el plano de la película como un ‘círculo de confusión’. A efectos prácticos, se admite como profundidad de campo el rango de distancias para el cual esos círculos de confusión tienen un tamaño inferior a un límite que se acepta como la resolución práctica del ojo humano (influyendo en esto, aunque no se suela considerar, el grado de ampliación que vaya a tener la toma).

La profundidad de campo es causada por los distintos ángulos con los que llegan a la lente los rayos de luz procedentes de un punto del sujeto, dependiendo de la distancia a la que éste se encuentre.

Los factores que influyen en la profundidad de campo de un sistema óptico son principalmente dos:

-
Distancia focal de la lente. Distancia desde el centro de la lente hasta el plano en el cual dicha lente forma la imagen virtual  (figura 4). A mayor distancia focal menor profundidad de campo. Hay que tener en cuenta que, en un objetivo complejo, cuando cambiamos la distancia de enfoque estamos cambiando ligeramente la distancia focal de la lente
-
Diámetro del haz luminoso que llega a la película. A mayor diámetro, menor profundidad de campo. En un objetivo complejo este factor se controla mediante el diafragma

Así pues, la profundidad de campo es un fenómeno intrínseco a todo sistema óptico que utilice la refracción para formar la imagen, es decir, a todos los objetivos compuestos de lentes.

Distancia mínima de enfoque

Esta no es una limitación intrínseca a los sistemas ópticos, sino una limitación derivada de la forma en que son construidos los objetivos.

Un objetivo se compone de varias lentes, cuyas potencias se suman para dar al conjunto una distancia focal efectiva. Dicha distancia focal se considera siempre con el objetivo enfocado a infinito. Si el objetivo fuera invariable, sólo los objetos lejanos aparecerían enfocados.

Para evitar esto, lo que se hace es dotar a los objetivos de un sistema de enfoque, que permite cambiar la disposición de determinadas lentes, de forma que varíe la distancia focal efectiva del conjunto, y la distancia del centro óptico de éste a la película.

Pero estos cambios tienen las limitaciones de la propia construcción del objetivo, de forma que, si se quiere mantener la capacidad de enfocar a infinito, para cada objetivo aparece una distancia mínima por debajo de la cual el objetivo es incapaz de enfocar.

Esta distancia es la Distancia Mínima de Enfoque (DME), y es consustancial a la construcción de cualquier objetivo. Los objetivos de longitud focal corta suelen tener DME pequeñas, y los de longitud focal larga, DME grandes. Los objetivos llamados ‘Macro’ están especialmente construidos para, entre otras cosas, tener una DME menor que los objetivos equivalentes ‘no Macro’.

Distorsión de las líneas rectas

Si bien este no es un problema general de los sistemas ópticos, sí que lo es en los objetivos de distancias focales cortas.

Consiste en una distorsión de las líneas rectas, más acusada cuanto más alejadas estén del centro del fotograma y cuanto mayor sea el ángulo que formen con el eje del objetivo.

Este fenómeno es debido al distinto ángulo que forman los rayos luminosos al incidir en la lente y, en consecuencia, el distinto ángulo con el que salen refractados para formar la imagen.

Un ejemplo práctico de este fenómeno es la distorsión ‘en barril’ que se produce en las líneas de un edificio al fotografiarlo en "contrapicado" con un objetivo gran angular.

© Gabriel Díaz.
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