Colegio Militar Tnte. Hugo Ortiz

Nombres: Gabriela Carrillo

Geanella Alvarado Lissette Gamboa Lady Loachamin Daniela Moreno

Curso: 3ro Bachillerato “B”

Materia: Física

Tema: El ojo humano como analogía de una cámara y sus defectos

Profesor: Lcdo. Xavier Peralta

Año Lectivo: 2010 – 2011

El Ojo Humano

Aunque el funcionamiento del ojo humano ha sido equiparado con el de una cámara fotográfica, Oborne (1987) nos hace ciertas distinciones en cuanto a las diferencias cualitativas que existen entre ellos. El diagrama muestra las principales diferencias de acuerdo a los elementos señalados. Además de ellas, es relevante hacer notar que una de las ventajas del Sistema Visual Humano es que con los dos ojos se posibilita la visión binocular que ayuda a percibir las relaciones espaciales entre los objetos, dando como resultado la tercera dimensión. La fotografía sólo es bidimensional. El sistema de visión humana permite la percepción visual del movimiento, aspecto que no es captado por la cámara de fotografía.

Estos dos últimos aspectos de la percepción visual humana son integrados a las características de luminosidad y color por conexiones cerebrales, de manera que nos dan una imagen integral del objeto y de su relación espacial y de su movimiento. Los mecanismos fisiológicos de la percepción visual del movimiento y del espacio difieren a los de luminosidad y color. Como se puede observar, el funcionamiento visual humano supera en mucho al funcionamiento de la cámara, aunque existan algunos aspectos similares en cuanto a la estructura y funcionamiento del órgano de la visión humana y de la cámara fotográfica.

 

El ojo humano es un órgano foto receptor, cuya función, ya implícita, consiste en recibir los rayos luminosos procedentes de los objetos presentes en el mundo exterior y transformarlos en impulsos eléctricos que son conducidos al centro nervioso de la visión en el cerebro.

El ojo necesita de cierto período de adaptación para pasar de una intensidad luminosa correspondiente a la luz del día, a intensidades de luz menores y viceversa. Este periodo de adaptación se encuentra en relación con una estructura muy sensible, que es la encargada de capta la luz: la Retina.

Propiedades ópticas del ojo humanoEl ojo puede considerarse una lente gruesa con medios transparentes con diferentes índices de refracción, dispuestos en serie entre el aire y la retina. Estos índices son 1,38 para la córnea, 1,34 para los humores acuoso y vítreo, y 1,42 para el cristalino. La córnea es una lente convexa por fuera y cóncava por dentro, el cristalino una lente bicóncava, y el humor vítreo una lente bicóncava. Aunque el cristalino posee el mayor índice, la magnitud de la refracción es máxima en la córnea, debido a que la diferencia de n entre ésta y el aire es mayor que entre el humor acuoso y el cristalino. La potencia de la córnea en el aire es de aprox. 40 D, cerca del doble que el cristalino (¿puede explicar por qué no vemos con nitidez cuando abrimos los ojos en el agua?).Para simplificar el análisis de las propiedades ópticas del ojo puede recurrirse a modelos llamados ojos reducidos.

Formación de la imagen en la retinaSe considera que los rayos procedentes de un objeto llegan paralelos entre sí cuando el objeto está a 6 m o más del ojo. El objeto forma en la retina una imagen real, menor e invertida (Fig. 10). Cuando el ojo normal observa un objeto lejano, los rayos provenientes del objeto llegan casi paralelos (en la figura se muestran convergentes por una cuestión de escala). Simplificaremos el análisis mediante el uso de los triángulos rectángulos ABN y abN, que se refieren a la mitad superior del árbol. La altura de la imagen en la retina es directamente proporcional a la altura del objeto e inversamente proporcional a la distancia a la que se encuentra. Se cumple que: AB/ab = AN/Na.

Cámara Fotográfica  

Introducción

Una cámara fotográfica es un dispositivo encargado de recoger un haz de luz proveniente de un objeto y proyectarlo sobre una película impregnada de una sustancia fotosensible, de forma que sobre cada punto de la película incida la luz proveniente de un cono visual tan estrecho como sea posible. Es decir, la cámara debe formar una imagen real sobre la película de todos los objetos de su campo de visión. Obviamente este objetivo es imposible de cumplir aún aceptando la aproximación paraxial de la óptica geométrica. Esto obliga a un compromiso entre las distintas desviaciones respecto a un sistema perfecto, que se traduce en distintas soluciones que se analizan a continuación.

2  Partes de una cámara

objetivo. Es el encargado de formar una imagen del objeto sobre la película. Consta de una lente o conjunto de lentes fijas o móviles que determinan una distancia focal f con un plano focal muy próximo al de la película.

película. Es un material fotosensible que sufre una alteración química cuando es iluminado. Este cambio es el que guarda la información visual del objeto en cada fotografía. Existen distintos tipos de películas y varios formatos que determinan las características requeridas del conjunto de rayos necesario.

obturador. Es un dispositivo encargado de permitir el paso de la luz a la película durante un corto periodo de tiempo, que puede ser fijo o variable (suele ser del orden de las centésimas de segundo).

diafragma. Es una apertura variable que limita el haz de rayos que partiendo de un punto del objeto llega a la película.

3  Objetivo

El objetivo es la parte fundamental de una cámara. En general está formado por una lente o un conjunto de lentes convergente como el esquematizado en la siguiente figura

Llamando z¢ a la distancia de la imagen al foco F¢, y a al ángulo desde el que se observa el objeto desde el foco imagen, se tiene

y¢ = f tanaY para z¢

z¢ = f y¢/y = f2/2/z Þ zz¢ = f2

En la mayor parte de las aplicaciones el objeto se sitúa muy lejos del foco F en comparación con la distancia focal, de forma que f representa el factor de escala con el que los ángulos bajo los que se ve un objeto se traducen a dimensiones longitudinales en la película. Además, la distancia de la imagen al plano focal imagen es z¢ » 0, con lo que situando la película próxima al foco, el enfoque sólo requerirá pequeños desplazamientos del objetivo respecto a la película.

Por otra parte, la cantidad de energía luminosa que va a impresionar la película es directamente proporcional al cuadrado del diámetro D de apertura y al tiempo del obturador. Como la distancia focal representa la dimensión longitudinal en la por radián, la energía por unidad de superficie será proporcional a

D2

f2t

La inversa de la raíz cuadrada del primer factor, es decir

N = f

D

Recibe el nombre de apertura numérica o número f. Obviamente, cuanto menor sea N, menor tiempo de exposición es necesario, y el objetivo se denomina rápido.

Por otra parte, para una cierta distancia x¢, se define la profundidad de campo como la distancia del intervalo que contiene a ¢, se define la profundidad de campo como la distancia del intervalo que contiene a z¢ para la que la imagen de un punto es un círculo de radio menor que el del círculo de tolerancia d. Su valor es

p = 2f2 d N z2

f4-d2N2 z2 que si d es pequeño resulta

p » 2 d N z2

f2

Lo que evidencia que un número N grande (lento) permite un campo más profundo.

Las fórmulas anteriores permiten definir las características exigibles a un buen objetivo fotográfico, las cuales deben conducir a un compromiso entre las diferentes prestaciones

una apertura grande (N pequeño). Un buen valor de la apertura corresponde a un N entre 1 y 2. De esta forma, se pueden hacer fotografías instantáneas (la duración es inversamente proporcional a N2

para una película dada). una distancia focal pequeña, con objeto de aumentar la profundidad de

campo. Obviamente, el tamaño del grano de la película impone un límite a esta distancia.

una película sensible (rápida) y de grano fino, para aprovechar focales pequeños y aumentar la velocidad de la fotografía.

En realidad un objetivo consta de un conjunto de lentes diseñado con el fin de minimizar las aberraciones. En la figura superior se visualiza un Tessar, formado por varias lentes y que es incorporado por varias cámaras modernas.

4  Teleobjetivos

Cuando se pretende captar imágenes de objetos lejanos, es necesario aumentar la amplificación (distancia focal) y la apertura del sistema, de forma que se recoja la máxima energía posible. Para no aumentar excesivamente las dimensiones de la cámara, esto se consigue combinando una lente convergente y otra divergente, lo que adelanta el plano principal de imagen, permitiendo que aún con una distancia focal grande, la imagen esté enfocada.

5  Objetivos de focal variable (Zoom)

En algunos casos es deseable tener objetivos de focal (y por lo tanto de amplificación) variable, que mantengan el plano de la imagen sobre la película (o muy próxima a ella). Esto se consigue de dos posibles formas.

 

Por compensación mecánica, consiguiendo, mediante un sistema de levas, sincronizar el movimiento de varias lentes de forma que cambie la distancia focal del conjunto y se mantenga el enfoque.

Por compensación óptica, mediante dos conjuntos de lentes: uno fijo y otro móvil que en su movimiento varía la distancia focal y mantiene el enfoque.

6  Cámaras CCD

Si en el lugar de la película se dispone una matriz de células CCD, éstas suministrarán a un sistema electrónico los datos de intensidad de luz incidente en cada célula. La óptica de los dispositivos CCD es similar a la de una cámara fotográfica, aunque la resolución, sensiblemente menor, relaja las condiciones sobre el resto de elementos de la cámara.

7  Película

Las características más importantes de una película son

velocidad es decir, la cantidad de energía por centímetro cuadrado que necesita para desencadenar la reacción química (un película, en general, será tanto mejor y más rápida cuanto menos energía necesite).

tamaño de grano o resolución de la película, que representa las dimensiones de cada microcristal que puede formarse ante la acción de la luz.

formato o tamaño del rectángulo que va a ser impresionado en cada fotografía.

8.- Sistemas de proyección

Son sistemas que forman (proyectan) una imagen real de un objeto sobre una pantalla. Ésta, a su vez, difunde esta imagen como si el objeto estuviera impreso en ella. Los proyectores constan de un objetivo (típicamente de unos 10cm de distancia focal) cuyo foco objeto se sitúa muy próximo a la transparencia que se desea reconstruir. Un sistema de enfoque manual permite obtener una imagen nítida sobre la pantalla. La amplificación es, pues, 

A = d/f

Donde d es la distancia de la pantalla al foco imagen y f es la distancia focal del objetivo. La iluminación de la transparencia suele ser crítica y determina el tamaño final de la imagen que puede percibirse. Para que no se forme ninguna

imagen del foco de iluminación, entre éste y la transparencia se inserta un condensador de luz que uniformiza la iluminación del objeto. 

 Cámara oscura

La camara oscura es un instrumento óptico que permite obtener una proyección plana de una imagen externa sobre la zona interior de su superficie. Constituyó uno de los dispositivos ancestrales que condujeron al desarrollo de la fotografía. Los aparatos fotográficos actuales heredaron la palabra cámara de las antiguas cámaras oscuras.

Originalmente, consistía en una sala cerrada cuya única fuente de luz era un pequeño orificio practicado en uno de los muros, por donde entraban los rayos luminosos reflejando los objetos del exterior en una de sus paredes. El orificio funciona como una lente convergente y proyecta, en la pared opuesta, la imagen del exterior invertida tanto vertical como horizontalmente.

Etimología

La frase cámara oscura (del latín camera obscura) fue acuñada por Johannes Kepler en su tratado Ad Vitellionem Paralipomena de 1604. En él expone el funcionamiento de la cámara oscura, que servirá para desarrollar el invento del telescopio.

Orígenes

Seguramente, la cámara oscura tuvo su primer inventor en Bagdad. Fue el matemático árabe Alhacén, nacido en 965, pues en su libro "Tratado Óptico" echa por tierra las teorías griegas predominantes en aquella época de que los rayos luminosos se emiten desde el ojo hacia los objetos visualizados. A través de sus experimentos y de una descripción detallada de los ojos, afirma que la cosa es totalmente al revés: los objetos emiten los rayos luminosos.

Así, la observación de este fenómeno dio origen a lo que posteriormente fue inventado en base a las teorías de Alhacén: La cámara fotográfica.

En el siglo XIII Roger Bacon conocía ya el fenómeno de la cámara oscura aunque, probablemente, hasta el siglo XV, no se le dio aplicación práctica como instrumento auxiliar para el dibujo. En el siglo XVI se construyen cámaras portátiles con un objetivo de mayor diámetro dotado de lentes, con lo que la imagen ganaba en definición y luminosidad

Fue utilizada antiguamente como ayuda para el dibujo. La imagen, proyectada sobre papel u otro soporte, podía servir de pauta para dibujar sobre ella. Posteriormente, cuando se descubrieron los materiales fotosensibles, la cámara oscura se convirtió en cámara fotográfica estenopeica (la que usa un simple orificio como objetivo).

Estas cámaras estaban muy limitadas por el compromiso necesario al establecer el diámetro de la abertura: suficientemente reducido para que la imagen tuviera una definición aceptable; suficientemente grande para que el tiempo de exposición no fuera demasiado largo. El uso de lentes o juegos de ellas como objetivo convirtió definitivamente la cámara oscura en cámara fotográfica y desde ese momento fue evolucionando en diferentes épocas.

Louis Jacques Mandè Daguerre, veinte años más joven que Niepce y famoso pintor, estaba interesado en la forma de fijar la luz con su cámara oscura, al enterarse de los trabajos de Niepce le escribió para conocer sus métodos pero éste se negaba con evasivas; tras visitarle varias veces e intentar convencerlo para asociarse, dio por inútiles sus intentos y se lanzó a investigar tenazmente. En 1835 publicó sus primeros resultados del proceso que llamó daguerrotipo,consistente en láminas de cobre plateadas y tratadas con vapores de Yodo y yoduro de plata durante 1 hora. Redujo además los tiempos de exposición a 15 o 30 minutos, consiguiendo una imagen apenas visible, que posteriormente

revelaba en vapores calientes de mercurio y fijaba lavando con agua caliente con sal, aunque el verdadero fijado no lo consiguió hasta dos años más tarde, el sulfito de sodio. Algunos de lo daguerrotipos que produjo se conservan aún en la actualidad.