LA LUZ Y EL COLOR

Medios fotogrficos y audiovisualesTema 1La luz y el color

NDICE

1. NATURALEZA DE LA LUZ.1.1.- La luz y el espectro electromagntico.1.2 .- Algunas propiedades de la luz1.3.- Comportamientos de la luz cuando incide en una superficie.1.4.- La luz y la distancia2. funcionamiento de la visin.2.1.- Caractersticas del color segn la visin humana.3. LA CALIDAD DE LA LUZ.4. La sntesis aditiva.5. La sntesis sustractiva.6. LA MEDICIN DE LA LUZ.6.1.- Medicin de la cantidad de luz.6.2.- La medicin de la luz. Fotmetros.6.3.- El contraste.

7. Modelo CIE de COLOR.

INTRODUCCIN

La naturaleza de la luz ha sido analizada y discutida por la ciencia en todas las pocas. Y existe un buen motivo para ello, se trata de uno de los fenmenos ms sorprendentes con los que convivimos cada da.

El primero que reflexion ampliamente sobre el tema fue Sir Isaac Newton en 1704 el fsico ingls opinaba que la luz se compona de pequeas partculas materiales (teora corpuscular), pero su teora no resultaba convincente.

El holands Christiaan Huygens, contemporneo de Newton, defenda otra concepcin. Consideraba que la luz era bsicamente un fenmeno de ondas (teora ondulatoria) que se propagaban en un medio que llenaba el espacio llamado ter.

Las ideas de Huygens no se impusieron hasta el siglo pasado. De hecho, la teora de las ondas luminosas obtuvo varios triunfos al demostrarse que la luz no es otra cosa que un caso singular de onda electromagntica. Esto qued demostrado por Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894). Las dems ondas electromagnticas (por ejemplo, las ondas de radio emitidas por un transmisor) se diferencian de la luz visible nicamente en su longitud de onda.

Albert Einstein propuso en 1.905 una nueva teora sobre la luz en ella expresaba que la luz es un fenmeno de ondas, en el que la energa siempre es transportada en haces bien definidos. El mismo Einstein hablaba de pequesimos guisantes luminosos, a los que llam fotones; o sea, partculas de luz. No slo la materia normal se compona, pues de diminutas partculas de energa, sino tambin la luz. La teora cuntica determina que la luz se propaga en forma de ondas que se comportan como partculas o de partculas que se comportan como ondas.

1. LA NATURALEZA DE LA LUZ.

Lo que percibimos a travs del sentido de la vista no son los objetos en s, sino la luz que estos reflejan, de hecho, el ojo slo puede captar e interpretar la luz, y no otro tipo de materia o energa. Por tanto, la primera condicin para que podamos ver un objeto es que est iluminado. A partir de dicha condicin lo que percibiremos ser la luz que dicho objeto es capaz de reflejar hacia nuestros ojos. La luz es una corriente de energa electromagntica, como las ondas de radio, el radar, los rayos x, etc. Sus caractersticas ms importantes son:

a) Es irradiadas a partir de una fuente como el sol, un foco, una lmpara, etc...

b) Se desplaza en forma de ondas perpendiculares a la direccin del rayo. Las diferentes longitudes de onda causan en nuestros ojos la sensacin de percibir distintos colores.c) Es irradiada en forma de rayos virtualmente rectos, es decir, viaja en lnea recta.

d) Se desplaza a una gran velocidad (300.000 km./s en el vaco). En otras sustancias la velocidad disminuye en funcin de la densidad de estas, por ejemplo, el agua o el vidrio.

e) Est formada por partculas de energa o fotones. Estos tienen la capacidad de causar cambios qumicos en las pelculas y respuestas electrnicas en los sensores de las cmaras. Cuanto ms intensa es la luz, ms cantidad de fotones contiene.

1.1.- La luz y espectro electromagnticoLa luz visible o espectro visible forma parte del espectro electromagntico. Este podemos definirlo como la distribucin energtica de las ondas electromagnticas. Sera como una especie de mapa de los diferentes tipos de energa de radiacin y sus correspondientes longitudes de onda. El espectro electromagntico se divide en 6 bandas: la radiofrecuencia, los rayos Infrarrojos, el espectro visible, los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma. Excepto el espectro visible, nuestra visin no es sensible a ninguna de las dems bandas.

Una onda electromagntica es la forma de propagacin de la radiacin electromagntica a travs del espacio y se mide por dos parmetros: su longitud de onda y su frecuencia. La frecuencia se define como el nmero de ondas completas o ciclos por segundo, tambin denominados hercios (Hz). La longitud de onda se define como la distancia lineal ocupada por una onda o ciclo, medida horizontalmente.

El estmulo que recibe el sentido de la vista y procesa el cerebro para hacernos ver la luz blanca es un efecto fisiolgico. Un rayo de luz blanca es en realidad un conjunto infinito de radiaciones monocromticas que conforman el espectro visible.Por tanto, la luz visible es una pequea parte del espectro electromagntico, se mide en nanmetros (nm), que es la unidad igual a una diezmillonsima parte de un milmetro y se extiende entre los 400 y los 700 nm aproximadamente. Dentro de esta franja cada longitud de onda es un color, y la mezcla de todos es interpretada por nuestro cerebro como luz blanca.

En los 400 nm est situado el color violeta; a partir de los 450 nm el violeta se va haciendo azul; despus de los 500 nm el azul se va acercando al verde; pasados los 580 nm el verde s va convirtiendo en amarillo; a partir de los 600 nm el amarillo va tomando un tono anaranjado; y a partir de los 650 nm el anaranjado es cada vez ms rojo.1.2 Algunas propiedades de la luz

Los sistemas de captacin de luz que existen en la actualidad se basan en la formacin de la imagen ptica. Una imagen ptica es la que se genera a travs de lentes, tales como el objetivo de una cmara fotogrfica, una cmara de vdeo o el cristalino del ojo humano. La luz tiene una serie de propiedades que explican su comportamiento y permiten comprender el hecho de la visin, y por extensin la formacin de la imagen ptica. 1.2.1- Incidencia de la luz sobre una superficie

Al alcanzar una superficie, la luz puede actuar de distinta manera. Todo depende de la textura de la superficie, su tono y color y tambin del ngulo de incidencia y del color de la luz.

Cuando la luz incide sobre un material que la bloquea totalmente, es decir, opaco, parte se refleja y parte se absorbe convirtindose en calor. Cuanto ms oscuro es el material mayor es la proporcin de luz reflejada. Si el material es de algn color, refleja longitudes de onda de ese color y absorbe el resto. Pero si la luz carece de algunas longitudes de onda la apariencia del sujeto se ve alterada, por ejemplo, un objeto rojo iluminado por una luz azul se ver negro.

El acabado de una superficie tambin influye en el modo en que la luz se refleja. Las superficies lisas, pulidas y brillantes, reflejan la luz en una sola direccin (reflexin especular), mientras que las superficies rugosas, sin acabado pulido, lo hacen prcticamente en todas direcciones (reflexin difusa).

- Reflexin

Cuando un rayo de luz llega a una superficie opaca a la luz el rayo de luz cambia de direccin y de sentido. Este hecho fsico se conoce con el nombre de reflexin. Segn esto, la luz se refleja sobre los objetos despidiendo luz en una o varias direcciones segn sea la naturaleza del objeto.

- Refraccin

Es el efecto que se produce cuando una rayo un rayo luminoso que se est transmitiendo a travs de un medio, encuentra en su trayectoria otro medio de transmisin distinto. En el momento en el que el rayo luminoso entra en contacto con el otro medio, sufre un desvo en su trayectoria y una disminucin de su velocidad de transmisin. La mayor o menor desviacin que sufra el rayo depender del ngulo con el que el rayo incida. Si el ngulo de incidencia es muy acusado la desviacin que se produzca ser grande, si es poco acusado, pequea; si es perpendicular al eje de la superficie no se producir ninguna desviacin en su trayectoria.

Es importante conocer los efectos de la difraccin ya que es lo que se produce cuando los rayos de luz atraviesan las lentes de un objetivo. Las lentes fotogrficas, son elementos pticos de vidrio, de caras curvas regulares no paralelas, a travs de las cuales los rayos de luz se transmiten, experimentndose el fenmeno de la refraccin o desviacin de la trayectoria de dichos rayos.

- Dispersin

Newton estuvo interesado, desde su juventud, en el estudio de los colores. Hizo los experimentos cruciales para probar que los colores no se deban a modificaciones de la luz blanca, sino a que la propia luz blanca era una mezcla de luces de distintos colores; adems sirvindose de dos prismas, invirti el proceso, y prob que los colores podan combinarse para dar luz blanca. El fenmeno descubierto por Newton se llama dispersin de la luz y al conjunto de luces que proporciona el prisma se llama espectro luminoso u ptico. La dispersin tiene su origen en que el ngulo de refraccin depende del ndice de refraccin y este, a su vez, de la velocidad de propagacin, en consecuencia, de la longitud de onda.

La formacin de un arco iris es un ejemplo familiar de la dispersin de la luz solar por refraccin en gotas de agua.

1.2.2.- Polarizacin de la luz

Las ondas luminosas no suelen estar polarizadas, de forma que la vibracin electromagntica se produce en todos los planos. La luz que vibra en un solo plano se llama luz polarizada.

Las ondas de luz normales, sin polarizar, vibran en todos los planos en ngulos rectos respecto de su direccin. La luz polarizada est restringida a un solo plano. Al contrario de algunos animales, nuestros ojos no pueden distinguir entre luz polarizada y luz no polarizada, pero la luz polarizada existe a nuestro alrededor, por ejemplo, en la luz del cielo perpendicular al sol.

Este fenmeno de polarizacin solo se da con ondas transversales, pero no con longitudinales, ya que implica una asimetra respecto del eje en la direccin de propagacin. Si se demuestra que un haz luminoso puede ser polarizado, llegaremos a la conclusin de que las ondas luminosas son transversales.

La luz emitida por un manantial est constituida por una serie de trenes de ondas procedentes de tomos distintos; en cada uno de estos trenes de ondas el campo elctrico oscila en un plano determinado pero, en general, su orientacin es distinta de unos a otros. Dado el enorme nmero de molculas y tomos de un manantial luminoso, se comprende el gran nmero de trenes de ondas que constituye un haz de luz y, por consiguiente, la existencia en ste de ondas polarizadas en todas las direcciones transversales posibles.

1.2.3.- La luz y la distancia

La intensidad de la luz que llega a un sujeto u objeto desde una fuente, vara en funcin de la distancia a la que se encuentran. En esta circunstancia se basa la ley de los cuadrados inversos: cuando una superficie est iluminada por un manantial puntiforme, la intensidad de la iluminacin de la superficie es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia con respecto del foco luminoso. Si se dobla la distancia, la intensidad de la iluminacin se reduce (el nmero de fotones), no a la mitad, sino a la cuarta parte. Esto es debido a que a misma cantidad de luz se distribuye en un rea cuatro veces mayor.

Lo mismo ocurre, pero de manera inversa si reducimos la distancia a la mitad: Multiplicamos por cuatro la intensidad de la luz, de modo que la exposicin se puede reducir dos puntos (2 diafragmas, cuatro veces menos luz). En la prctica esta ley significa que hay que tener mucho cuidado cuando se iluminan objetos situados a diferentes distancias en un set pequeo. Puede ser muy casi imposible ajustar una exposicin correcta para el objeto ms prximo y el ms alejado de la fuente de luz. Una solucin puede consistir en alejar el foco, de modo que la relacin de distancias disminuya. Este problema desaparece cuando hablamos de la luz del sol, ya que dos puntos cualesquiera de la tierra estaran situados prcticamente a la misma distancia2.- FUNCIONAMIENTO DE LA VISIN

Es imposible considerar la luz como un fenmeno meramente electromagntico. Ms que ninguna otra fuerza de la naturaleza la luz est relacionada con el ojo que la percibe y con el cerebro que la procesa.

Cuando el ojo humano recibe todo el conjunto de radiaciones a las que es sensible, es incapaz de discriminarlas y las interpreta todas juntas como luz blanca.El sistema visual humano forma parte del sistema nervioso que es una red de comunicacin controlada por el cerebro. En el sistema nervioso la informacin circula por las neuronas y el intercambio de informacin entre estas se realiza electroqumicamente, es decir, son corrientes elctricas que provocan reacciones qumicas. Las neuronas almacenan y transmiten trenes de impulsos cuya repeticin o frecuencia es proporcional a la intensidad del estmulo.

El ojo es el sensor de seales pticas e imgenes. Enfoca la imagen sobre la retina, esta analiza la imagen y enva la informacin al cerebro a travs del nervio ptico. Para simplificar su comprensin, podemos asimilar su funcionamiento al de una cmara fotogrfica:

- La luz pasa a travs de la crnea y del humor acuoso, entrando en la parte interna del ojo. La crnea funciona de la misma forma que las lentes del objetivo de una cmara.

- La pupila regula la cantidad de luz que entra de forma similar al diafragma de la cmara. Su diametro puede variar entre 2 y 9 mm.

- El soporte sobre el que forma la imagen es la retina. Aqu es donde se encuentran las clulas fotorreceptivas que analizan la imagen y la envan al cerebro.La retina es una capa fotosensitiva o neurosensorial donde existen millones de clulas especializadas en detectar las longitudes de onda procedentes de nuestro entorno y transformarlas en seales elctricas. Los conos y los bastones son las clulas principales, recogen las diferentes partes del espectro de luz solar y las transforman en impulsos elctricos, que son enviados luego al cerebro a travs de los nervios pticos, siendo ste el encargado de crear la sensacin del color.

Los bastones se concentran en zonas alejadas de la fvea y son los responsables de captar la informacin en condiciones de baja iluminacin, son sensibles a la intensidad luminosa, por lo que aportan a la visin del color aspectos como el brillo y el tono, y son los responsables de la visin nocturna. Permiten identificar las formas y tienen una distribucin regular en la retina. La cantidad de bastones se sita alrededor de 100 millones.

Los conos se concentran en una regin cerca del centro de la retina llamada fvea. Su distribucin en la retina no es regular. La cantidad de conos es de 6 millones. Dada su forma de conexin a las terminaciones nerviosas que se dirigen al cerebro, son los responsables de la definicin espacial. Permiten distinguir pequeos detalles, pero con altos niveles de luz. Son los responsables de la visin del color. Hay tres tipos de conos, dependiendo de su sensibilidad a distintas longitudes de onda. Los sensibles a los colores rojo, verde y azul, respectivamente. Sus curvas de respuesta son del tipo:

Para una onda incidente con una determinada longitud de onda (es decir, un color) los conos R, G, B, darn una respuesta segn las curvas anteriores cuyos valores sern procesados por el cerebro extrayendo la informacin del color recibido. De la misma manera podemos generar en el cerebro la informacin de ese mismo color (una longitud de onda dada) sin necesidad de generar luz de su longitud de onda. Bastar con hacer incidir en la retina una combinacin de luz roja, verde y azul en la proporcin necesaria. Los conos R, G, B respondern al estmulo proporcionando trenes de impulsos elctricos proporcionales a la intensidad de cada color primario (R, G, B) que el cerebro procesar dando la sensacin del color correspondiente (una longitud de onda determinada). Esto es lo que ocurre con la formacin de la imagen de televisin basada en la sntesis aditiva. Pero esto lo veremos con mayor detalle posteriormente.

2.1.- Caractersticas del color segn la visin humana.

Podemos hablar de unos parmetros del color asociados a la sensacin visual, es decir cmo vemos los colores y otros asociados a las caractersticas fsicas del color, cmo son en la realidad.

Como parmetros relacionados a la sensacin visual, el ojo humano distingue los distintos colores en virtud de tres variables:

a) Tonalidad o tinte. Determinado por la longitud de onda, es el color en si y define su posicin en el espectro. Sera la naturaleza intrnseca del color (rojo, verde, amarillo, naranja)b) Saturacin. Mide la intensidad o pureza del color. Cuanta mayor cantidad de blanco tenga menos puro es. Se mide en tantos por ciento.c) Brillo. Lo determina la luminancia del color. Mide la energa luminosa. En la percepcin subjetiva de esta energa luminosa influye enormemente el entorno.En cuanto a los parmetros asociados a las caractersticas fsicas del color tenemos:

a) Longitud de onda dominante. Es la caracterstica fsica relacionada con el tinte.

b) Pureza. Corresponde a la saturacin.

c) Flujo luminoso o luminancia. Relacionado con el brillo.

El tinte y la saturacin definen juntos el color y su combinacin se llama crominancia. Los detalles finos de una imagen se corresponden con los cambios de luminancia o brillo.3. LA CALIDAD DE LA LUZ.

Las radiaciones emitidas por una fuente de luz pueden ser variadas y componer ms de una determinada longitud de onda que de otra. Por lo tanto, la proporcin de radiaciones rojas, verdes, azules, etc.. Puede ser diferente segn la fuente de luz.

Una fuente de luz como el Sol tiene una composicin bastante equilibrada de radiaciones. Una bombilla incandescente posee mayor radiacin de rojos que de azules.

En cambio, un da nublado ofrece justo lo contrario a la bombilla, es decir, mayor componente de radiaciones azules.

Segn la fuente de luz el ojo humano debera observar diferencias en la visin de objetos, pero la vista se adapta cromticamente a las caractersticas de la fuente y obtiene una luz blanca similar an teniendo distintas fuentes.

Los receptores de imgenes no pueden realizar esta adaptacin, aqu es donde aparece el problema de las dominantes. Debemos pues buscar una solucin. Necesitamos un sistema que mida esa calidad de luz. En la produccin cinematogrfica o videogrfica, el sistema ms usado para describir el color de la luz es la temperatura de color. Esta escala deriva del color de un cuerpo negro terico (un objeto de metal que no tiene color en s mismo, tcnicamente conocido como un radiador Planckiano). Si lo calentamos hasta que est incandescente, el cuerpo negro irradia luz y cambia de color segn la temperatura. La temperatura de color es una cuantificacin de trminos.

De este mtodo se desprende: A mayor contenido de radiaciones azules corresponde mayor TC.

A mayor contenido de radiaciones rojas corresponde menor TC.

Por lo tanto, una fuente de 6000 K ser ms azul que una de 5500 K. O una fuente de 3500 K ser ms rojiza que una de 4500 K.

A continuacin veamos las TC de las fuentes ms usuales que encontramos trabajando en vdeo o en fotografa: Luz da nublado

6000/7000 K

Luz da despejado

5500 K

Luz incandescente halgena

3200 K

Luz incandescente domstica2000 K

3.1.-Modificacin de la temperatura de color.Si la cmara no puede modificar la temperatura de color, nos encontraramos en la situacin de que la dominante en cada lugar de grabacin podra ser distinta y las imgenes captadas podran tener componentes ms rojizos en un interior, por ejemplo, y ms azulados al aire libre.Si atendemos a las explicaciones anteriores, un filtro azul aumenta la temperatura de color, mientras que un filtro rojo la disminuye. Las cmaras disponen de filtros seleccionables para adaptar el iluminante utilizado a la sensibilidad cromtica del receptor.

Normalmente, se suele trabajar en dos situaciones:

Luz diurna (exteriores)

Lmpara halgena (interiores)

Las cmaras poseen un mando giratorio que tiene como mnimo estas dos posiciones:

1. 3200 K para interiores

2. 5500 K para exteriores.

3.2.- El balance de blancosAdems de utilizar el filtro adecuado para adaptar el iluminante, es necesario siempre realizar un ltimo ajuste ms preciso, ya que los iluminantes pueden experimentar diferentes desviaciones por causas diversas:

- En luces artificiales, envejecimiento de las lmparas, variaciones de tensin elctrica.

- En luces naturales, posicin del sol, variaciones climatolgicas.

Ese ajuste se denomina balance de blancos y se realiza mostrando a la cmara un objeto de color blanco iluminado con la luz que se va a utilizar durante la grabacin y activando el interruptor de balance de blancos. A partir de esa referencia blanca, la cmara construir el resto de colores. El balance de blancos es imprescindible antes de grabar e incluso se debe volver a realizar cuando consideremos que las condiciones de iluminacin han cambiado.

4. LA SNTESIS ADITIVA.

Los principios de la TV color estn basados en las propiedades psicofsicas de la visin en color del ojo humano.

La teora del color triestmulo aditivo establece que cualquier color puede ser obtenido mediante una combinacin aditiva de diferentes cantidades de los tres colores primario (R, G, B). Siendo estos colores primarios los que no podran obtenerse a partir de otros colores. El blanco y la gama de grises hasta el negro se llamaran acromticos.

En la sntesis aditiva partimos de la ausencia de luz. Mediante la mezcla de longitudes de onda de los colores primarios creamos el resto. Cuando sumamos los tres colores primarios al 100% de intensidad conseguimos el color blanco (la suma de todas las longitudes de onda). El negro resultara de la ausencia de proyeccin de cualquier longitud de onda.

Los fsforos de la pantalla de TV emiten luces de los distintos colores primarios, por lo que les es aplicable esta teora. Cuando los componentes R, G, B, de los fsforos de la TV emiten al 100% vemos blanco, si no emiten vemos negro. Esto tambi ocurre en las pantallas de los ordenadores.Como en idioma ingls el color rojo se denomina Red, el verde Green y el azul Blue, el proceso de sntesis aditiva generalmente se identifica por medio de las primeras letras de esas palabras RGB, aunque en algunos textos pueden aparecer traducidas como RVA, correspondiente a las iniciales de esas mismas palabras en espaol.

Una forma de comprobar en la prctica el proceso de formacin de los colores por sntesis aditiva es empleando tres proyectores de diapositivas, o en su lugar tres linternas, para que cada una emita un haz de luz de un color primario distinto. En el caso de las linternas, a una de ellas le colocaramos un papel celofn (papel transparente) de color rojo, a la otra uno verde y a la ltima uno azul. Si en lugar de linternas utilizamos proyectores, le colocaramos a cada uno transparencias o diapositivas con un color primario diferente.

De esa forma, al proyectar los haces de luz de los tres colores sobre una superficie blanca, obtendremos un haz de luz rojo, otro verde y otro azul. A continuacin obscurecemos la habitacin y proyectamos esos haces de luz, de forma tal que una parte de cada haz se superponga sobre la otra, formando aproximadamente un tringulo. Tanto para el caso de la linterna como el del proyector, los tres haces de luz deben quedar superpuestos de la misma forma que se puede observar ms arriba en la ilustracin.

En el punto donde el haz de luz roja se superpone con el de luz azul, aparecer el color magenta (rosa); donde se superponen los haces rojo y verde, se ver amarillo; el punto de superposicin de los haces verde y azul tomar el color cian (azul cielo) y el centro, donde se interceptan los tres colores quedar incoloro, o blanco, que es el color correspondiente a la superficie de proyeccin.

Con la suma de stos podemos obtener de forma sencilla los tres colores secundarios, y as disponer de seis colores:

Rojo + Azul = Magenta.

Rojo + Verde = Amarillo.

Verde + Azul = CianUna vez obtenidos seis colores mediante mezclas simples, podemos obtener el resto de la gama de colores del espectro visible mediante la mezcla porcentual de los mismos, as por ejemplo, podemos obtener el color naranja sumando las luces roja y verde, pero con mayor porcentaje de roja que de verde.

5. LA SNTESIS SUSTRACTIVA.

En el procedimiento sustractivo son el can o ultramar, el magenta y el amarillo los colores que funcionan como primarios, es decir, se parte de ellos para reproducir el resto de los colores. En este caso los colores no se suman, sino que se restan, y la resta de todos nos da negro. Es decir, partimos de la luz blanca y vamos sustrayendo longitudes de onda. Mezclndolos dos a dos obtenemos los colores primarios de la sntesis aditiva:

MAGENTA - AMARILLO = ROJO

CIAN - AMARILLO = VERDE

CIAN - MAGENTA = AZUL

CIAN - MAGENTA - AMARILLO = NEGROEste tipo de sntesis del color se emplea en pintura, artes grficas y fotografa.

Los colores primarios de la sntesis aditiva y los de la sustractiva son complementarios entre s: El amarillo es complementario del azul, el magenta es complementario del verde y el can es complementario del rojo. Esto significa que cuando aadimos, por ejemplo, magenta para la obtencin de un color mediante sntesis aditiva, lo que realmente estamos haciendo es restarle verde. Del mismo modo, al sumar amarillo o can estamos sustrayendo azul o rojo respectivamente.

6. LA MEDICIN DE LA LUZ.

6.1.- Medicin de la cantidad de luz.

La luz pude ser medida segn criterios de calidad o de cantidad. En este apartado nos vamos a ocupar de la cantidad. El proceso que sigue la luz desde que es emitida por una fuente luminosa hasta que es procesada por el ojo y el cerebro, dando lugar a la visin, sigue cuatro fases, expresadas a su vez en cuatro magnitudes:La fuente luminosa emite con una intensidadUna emisin de luz o flujo luminosoQue llega a la superficie iluminada como iluminanciaY es reflejada al ojo (o a la cmara) como luminancia.Tambin hemos de tener en cuenta un concepto que depende de la cantidad de luz y que es de importancia capital en iluminacin: el contraste.Por otra parte hemos de saber la cantidad de luz que afecta al elemento fotocaptor (pelcula, CCDs), cmo regularla y cmo medirla. Para ello es necesario saber qu es el nmero f, concepto que estudiaremos ms adelante.Las magnitudes y unidades ms usadas son las siguientes:

6.1.1 Intensidad lumnica (I). Indica la energa visible suministrada por una fuente luminosa. Expresa la sensacin de brillo que produce si la comparamos con una fuente patrn. Su unidad es la candela (cd). Una candela es 1/60 de la cantidad de luz emitida desde 1 cm2 de un cuerpo patrn, denominado radiador total, cuando ha sido calentado a la temperatura de 2042 grados Kelvin.

6.1.2 Flujo luminoso (O). La energa luminosa es radiada por la fuente en forma de ondas electromagnticas. La energa luminosa radiada por segundo recibe el nombre de flujo luminoso. Su unidad es el lumen (lm). Podemos definir el lumen como el flujo luminoso que atraviesa por segundo un estereorradin (unidad del ngulo slido), emitido por una fuente puntual, cuya intensidad es de una candela.

Lumen = cd x estereorradin.

Una fuente puntual es aquella que radia energa de forma uniforme, en todas direcciones.

6.1.3 Iluminancia o iluminacin o luz incidente. Es la cantidad de luz que incide sobre una superficie. Se trata de la magnitud que expresa el hecho mismo de iluminar y por ello es la ms utilizada por los fotgrafos e iluminadores.

Su unidad de medicin en el Sistema Mtrico Internacional es el lux. En el sistema anglosajn se emplea el footcandle (1 footcandle= 10,76 lu).

El efecto de la iluminancia est ntimamente ligado a la distancia entre a fuente emisora y la superficie iluminada, lo que da lugar a la ley fundamental de la iluminacin:

ILUMINACIN (LUX) = intensidad (cd) / distancia (m)

Por ejemplo, un proyector de 5.000 W de potencia cuya intensidad en el centro del haz luminoso es de 100.000 cd (en posicin flood, o sea, abierto), produce a 5 metros una iluminacin de 4.000 lux. Si lo situamos a 10 m disminuir a 1.000 lux, es decir, la cuarta parte.

Mediante el uso de un fotmetro de luz incidente podemos establecer el nmero f o diafragma a emplear en el objetivo de la cmara y tambin la relacin de contrastes en zonas o sujetos.6.1.4 Luminancia o brillo.

Es la sensacin que percibe el ojo cuando es alcanzado por la luz reflejada desde una superficie iluminada. Cualquier elemento fotocaptor (ojo, emulsin fotogrfica, CCDs, etc.) situado ante una escena, es sensible a la cantidad de luz reflejada por la misma, es decir, a su luminancia.

Se mide en candelas/m.

La luminancia depende de dos factores: la reflectancia (o capacidad de reflejar la luz de los objetos) y la iluminacin.

La luminancia no se ve afectada por la distancia del observador al objeto observado, por lo cual no es necesario que variemos el nmero f cuando desplazamos la cmara. Pero si utilizamos luz reflejada para iluminar (luz rebotada en un difusor blanco, por ejemplo), esta luz rebotada s se comporta segn la ley fundamental de la iluminacin, de forma que al alejarla s disminuir.

Ley de Weber. La percepcin logartmica.

Segn el psiclogo E. H. Weber, los cambios en una sensacin fsica (sonido, brillo, dolor, calor) no se perciben con una intensidad proporcional al aumento del estmulo. El cambio de nivel del estmulo que producir una sensacin diferente es proporcional al nivel total. Si tres unidades de luz producen una determinada sensacin de brillo justo un poco ms brillante que dos unidades, el mnimo aumento que pueda ser perceptible para una luz de 20 unidades tendr un nivel de 30 unidades.

Estmulo inicial + cambio en el est. = percepcin equivalente2 candelas + 1 candela = 3 candelas

20 candelas + 1 candela = 20 candelas

20 candelas + 10 candelas = 30 candelas

De 2 a 3 candelas se produce un cambio en la sensacin comparable al producido por el cambio de 20 a 30 candelas. Sin embargo, el aumento de una candela respecto a 20 es imperceptible.

La percepcin humana de la luminosidad es logartmica y tambin lo es en los materiales sensibles a la luz. Para producir una escala que parezca uniforme, ser necesario multiplicar cada paso por un factor constante.

Percepcin del brillo. Escala de grises.

Si realizamos una escala de percepcin humana de brillo por pasos, sta aparece suave al ojo debido a su naturaleza logartmica. Cada escala ascendente es aparentemente como una escala de tonos de grises, espaciadas logartmicamente.

Estas escalas adoptan en la prctica la forma de carta de grises, que son una representacin de las diferentes luminancias que se pueden presentar en una escena. Consisten en una serie de franjas de diferentes tonos de gris, cuyas reflectancias estn en sucesin logartmica. En vdeo se utilizan para ajustar las cmaras, mientras que en cine se emplean para realizar los test de las emulsiones y calibrar procesos de revelado.

La mayora de las escalas de grises comprenden entre seis y diez pasos, siendo una de las ms utilizadas la de 9 franjas. En este caso el gris central tiene una reflexin muy concreta: 18%. Este valor se acepta convencionalmente como el promedio de la reflectancia universal. No tendr el valor de 50 %, a pesar de ser la central, por la ya mencionada naturaleza logartmica de la escala.

Algunos iluminadores utilizan una carta gris del 18%, que colocada en la escena e iluminada, nos permite medir la luz reflejada con un fotmetro puntual (spot). De esta forma, se obtiene la misma medida (el mismo nmero f) que si empleamos un fotmetro de luz incidente en el mismo punto que hemos situado la carta.

6.2.- La medicin de la luz. Fotmetros.

Si nos atenemos a todo lo que hemos visto hasta ahora, veremos que podemos afrontar el problema de la medicin de la luz desde dos puntos de vista: la medicin de la iluminancia o luz incidente o la medicin de la luminancia o luz reflejada. El uso de una u otra tcnica depender de la situacin y de las preferencias del iluminador.

El fotmetro de luz incidente est provisto de una semiesfera de plstico blanco que adems de difundir sobre la clula de luz que recibe, recrea el volumen del sujeto tridimensionalmente. El fotmetro se sita en la posicin del sujeto apuntando a la cmara y se toma la lectura, que nos da el nmero f a emplear. Si leemos por separado la principal, el relleno y el contraluz, podemos calcular la relacin de contrastes y el diafragma ser un promedio elegido entre estas lecturas.

El fotmetro de luz reflejada mide la luminancia, que a su vez es el resultado de dos factores, como ya vimos: la iluminancia y la reflectancia del sujeto. Esto quiere decir que mientras el fotmetro de luz incidente da una lectura directa del nmero f, la lectura del fotmetro de luz reflejada requiere una interpretacin, pues si con un fotmetro puntual hacemos una serie de mediciones sobre varias partes de la escena (un rostro, la ropa, el fondo ) podemos encontrarnos con grandes diferencias de diafragma y no saber cul aplicar, debiendo optar por una lectura promedio que puede ser incorrecta. Volvamos a recordar la escala de grises en la que cada escaln representa un valor tonal de la escena. Existe un sistema llamado de zonas que consiste en una carta de 10 escalones cuyo valor central (la zona V) tiene un 18 % de reflectancia. Pues bien, si medimos con el fotmetro de luz reflejada en esa zona, estaremos obteniendo el valor promedio de la escena. Esto es lo que hacen, de forma ms o menos precisa, los fotmetros incorporados en las cmaras rflex, calibrados para facilitarnos un promedio de las reflectancias de la escena, bien de todo el encuadre o de zonas concretas como pueda ser el centro.

En el caso de la iluminacin de video, el fotmetro slo se usa para equilibrar ambientes y medir contrastes. La determinacin del diafragma de trabajo se realiza con el auxilio del monitor de forma de onda, que no es ms que un osciloscopio que nos muestra la seal de vdeo entre los dos picos de negro y blanco, representando grficamente todos los valores lumnicos de la escena.

6.3.- El contraste.

Si acudimos al diccionario, el contraste es la notable diferencia o las condiciones opuestas de dos cosas cuando se comparan una con otra. En el mbito de la fotografa, cine y la televisin, la palabra contraste se aplica de forma confusa al menos a cuatro conceptos muy distintos.a) Contraste de escena o de luminancia: es la relacin entre los niveles extremos de luminancia de la escena.b) Contraste de la cmara, margen de contraste o latitud de exposicin: Es la mxima diferencia de luminancias que puede asumir el sistema fotocaptor.

Dentro de la fase tcnica de la iluminacin, una de las claves est en adecuar ese margen de contraste del sistema al contraste de la escena, con el que no tiene por qu coincidir.

Si el contraste de la escena es menor que el margen de contraste del sistema, la escena se puede captar sin problemas como una gradacin tonal. Tenemos margen para obtener una imagen ms o menos clara u oscura, ajustando el diafragma en funcin de nuestros intereses narrativos.

Si el contraste de la escena es igual al margen de contraste del sistema, tambin obtenemos una gradacin tonal completa pero no tenemos margen para abrir o cerrar diafragma, ya que si lo hacemos, quemaremos los blancos o perderemos el detalle en las sombras.

Si el contraste de la escena supera el margen de contraste del sistema, tenemos problemas. La gradacin tonal de la escena no puede ser abarcada y tendremos que elegir entre quemar los blancos o dejar sombras negras, sin detalle. Se hace necesario, entonces, el uso de la luz de relleno, de manera que reduzcamos el nivel ms oscuro de las sombras, bajando as la relacin de contraste de la escena.

En cuanto a la latitud de los materiales, mientras que la pelcula cinematogrfica negativa en color tiene un margen de contraste aproximado de 128:1 o 256:1, o sea, que puede reproducir escenas con un margen de 7 u 8 pasos de diafragma, la televisin slo llega a unos cinco pasos, lo que quiere decir que slo admite un contraste de 32:1, aunque la incorporacin de las cmaras digitales de ltima generacin ha incrementado este rango en uno o dos puntos.

c) Contraste de iluminacin: Una vez decidido el punto de vista, es decir, la situacin de la cmara, entendemos por contraste de iluminacin (este es el concepto ms generalmente extendido cuando hablamos de contraste) la relacin entre las iluminaciones producidas por dos fuentes de luz que se proyectan sobre un mismo sujeto. Se aplica concretamente a la relacin existente entre la luz principal y la de relleno, contra o fondo y se expresa en forma de cociente. Por ejemplo, si la luz principal es el doble que la de relleno, se dice que el contraste es 2:1

4.000 lux / 2.000 lux = 2:1Es el contraste de iluminacin el que realmente determina el aspecto de la imagen y es el dato bsico para conseguir el ambiente requerido y la clave dramtica de la escena.

Dado que la luz principal puede estar en cualquier posicin con respecto al eje de la cmara, pues su situacin se decide en funcin del efecto narrativo deseado, la luz de relleno puede producir sombras indeseables si se sita demasiado cruzada con respecto al eje sujeto-cmara. Para evitarlo, se suele situar cerca del punto de vista, lo cual hace que se sume a la principal en las reas afectadas por ambas. De esta forma tendremos que la relacin de contraste es:

Contraste de iluminacin= PRINCIPAL + RELLENO / RELLENO

En realidad, entender como contraste el simple cociente de principal/relleno slo nos servir en el infrecuente caso de que tengamos una luz principal y un relleno que no se manchen una a otra.

Podemos tambin cuantificar el contraste de iluminacin en el nmero de pasos de diafragma o nmeros f que abarca. As, se dice que, por ejemplo, un contraste 4:1 equivale a dos pasos de diafragma. En la siguiente tabla se puede apreciar que segn va disminuyendo la potencia de luz de relleno a la mitad, la relacin de contraste se va duplicando. Por otro lado, sabemos que cada paso de nmero f implica una disminucin a la mitad de la cantidad de luz que entre en el objetivo Si relacionamos ambas magnitudes podemos establecer que la potencia a la que hemos de elevar 2 para obtener el margen de contraste es igual al nmero de pasos de diafragma que abarca dicho contraste:

Principal + relleno (lux)Relleno (lux)Contraste de iluminacin2Pasos de diafragma

2.0002.0001:120

2.0001.0002:121

2.0005004:122

2.0002508:123

2.00012516:124

2.0006032:125

2.0003064:126

2.00015128:127

En la prctica, mientras que unos iluminadores prefieren referirse al contraste en rango de diafragmas, otros lo hacen en relaciones de contraste: tanto da decir que hay un contraste de cuatro diafragmas como que hay un contraste de 16 a 1, por ejemplo.d) Contraste de imagen o de reproduccin: Se refiere a la posibilidad que tienen los receptores de televisin de acomodar el contraste de la imagen, en funcin del gusto del espectador o de las condiciones de luz ambiental bajo las que se contemple la imagen. El cine y la fotografa permiten la regulacin del contraste en el proceso de laboratorio.

7. MODELO CIE DE COLORPara que los tres valores R, G, B proporcionen una base satisfactoria de la medida del color, varios elementos del sistema deben ser estandarizados ya que:

Si los colores de referencia R, G, B cambian, incluso poco, la cantidad de cada uno de ellos necesaria para producir el estmulo de un color (longitud de onda) tambin variar.

El estmulo producido en observadores individuales por los valores triestmulo R, G, B difiere ligeramente.

El tamao del campo visual o la apertura angular afecta a la correspondencia de los colores triestmulo y los estmulos finalmente producidos.

El modelo de color denominado CIE fue establecido en 1931 por la Comission Internacionale de lEclairage (Comisin Internacional sobre Iluminacin). Con el se definieron con precisin los tres colores primarios, a partir de los cuales pueden crearse todos los dems, mediante una representacin axial en la que las distintas coordenadas representaban a cada uno de los colores primarios x (rojo), y (verde), z (azul).

El conjunto estndar de valores triestmulo que ha definido el CIE, para poder reproducir todas las longitudes de onda del espectro visible, es lo que se conoce como Observador colorimtrico y son:

1) Las componentes monocromticas R, G, B se eligieron en las siguientes longitudes de onda:

- R700 nm

- G546,1 nm

- B435,8 nm

2) La luz blanca se obtendr como una mezcla de una cierta cantidad de luz de colores primarios R, G, B.

3) Siendo la unidad de medida de luz el lumen, el CIE obtiene que para producir el mismo estmulo que 5,6588 lumen de luz blanca equienergtica (igual contribucin de todas y cada una de las longitudes de onda) son necesarias las siguientes cantidades de luz primaria:

- 1,0000 lmenes de R

- 4,5907 lmenes de G

- 0,0601 lmenes de B

Pero es frecuente representar estos valores en unidades normalizadas:

1,0000 lmenes de R

1,0000 unidades normalizadas de G (= 1/4,5907 lmenes)

1,0000 unidades normalizadas de B (= 1/0,060 lmenes)

Representando la proporcin de estas unidades normalizadas necesarias para generar estmulos similares a la luz de cualquier longitud de onda, es decir, una onda de igual potencia para cada uno de sus componentes espectrales, tendremos:

Cuando deseamos obtener las proporciones de luz primaria R, G, B para producir en un observador el mismo efecto que una luz de longitud de onda de 500 nm vemos que necesitamos b, y g en cantidades positivas, mientra que necesitaremos r en cantidades negativas. Esto se debe a que la luz de 500 nm se encuentra en el espectro azul verde pero segn la curva CIE la luz verde G produce estmulo en los conos rojos, por lo que debemos anularla con componentes negativas de rojo r.Este modelo termin por transformarse en el CIE Yxy. De acuerdo con su formulacin, todos los colores que tengan la misma luminosidad estn en un mismo plano aproximadamente triangular. El eje horizontal x muestra la cantidad de rojo de los colores, y el eje vertical y la cantidad de verde. El eje Y, que representa la luminosidad de los colores, solo puede mostrarse en una representacin tridimensional.

CICLO FORMATIVO DE GRADO SUPERIOR 1 IMAGEN

MEDIOS FOTOGRFICOS Y AUDIOVISUALES

TEMA 1

PROF: Carles Candela Sempere

32Centro de Formacin Juan Comenius

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