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Conceptos básicos sobre medición de luz

Publicado en el número 511 de la revista Fotomundo, de Buenos Aires, en julio de 2011.

La medición de la intensidad de la luz es un paso determinante en la práctica fotográfica -tanto en película como con cámaras digitales- para lograr la exposición adecuada y obtener fotografías de calidad. Esta serie de artículos está pensada para comprender en profundidad la medición de luz empleando fotómetros actuales, tanto incorporados a las cámaras con sus distintas opciones, como los de estudio.  En este primer artículo se desarrollan conceptos básicos acerca de la medición de luz.  En los siguientes se repasará la evolución de los fotómetros a través del tiempo, relacionando las posibilidades técnicas de cada época con el modo de aplicación práctica que posibilita, alternando entre los conceptos teóricos y su instrumentación, este es un camino lógico para entender como se llega a la tecnología actual y cómo emplearla.


Medición de luz reflejada, el gris del 18%

Este es el modo de medición que encontramos integrado a las cámaras, y que también permiten emplear los fotómetros de mano, de los que nos ocuparemos en primer lugar.  Para medir la luz que refleja una escena el fotómetro se orienta desde la cámara hacia la escena. Podríamos preguntarnos:  Con qué criterio el fabricante del fotómetro puede indicar un valor de exposición para una escena que desconoce? ¿cómo determinar la exposición conveniente sin saber si lo que se va a fotografiar es claro u oscuro?  La solución es que el fotómetro indique la exposición adecuada para reproducir la luminosidad correspondiente al gris medio de una escala de 11 valores de negro a blanco, el negro corresponde al valor 0 y  el blanco al 10, el gris medio entonces equivale al valor 5.

Supongamos que tenemos que fotografiar una escena que refleja un rango de luminosidad desde 0 (negro) hasta 10 (blanco) y una gama amplia de valores intermedios.  Aquí aparece un nuevo concepto, la carta gris del 18% que representa el valor medio de la escala antes mencionada.

La carta gris del 18% es el patrón de calibración de fotómetros de luz reflejada:  esto quiere decir que midiendo sobre la carta de gris, la exposición que indique el fotómetro será la adecuada para reproducirla con la luminosidad que le corresponde.  Pues bien, si el gris se reproduce tal como es, con la misma exposición el blanco que refleja más luz registrará más información en el material sensible -tanto sea en película como en un sensor de una cámara digital- y se registrará proporcionalmente más luminoso, como blanco.  Por el contrario las áreas oscuras de la imagen que reflejan bajos porcentajes de luz registrarán menos o ninguna información y se reproducirán como gris más oscuro o negro.  Los valores intermedios registrarán su valor de luminosidad proporcionalmente a la intensidad de luz que reflejan en la escena. Es decir que al medir la intensidad de iluminación del gris medio los demás valores se «acomodan automáticamente» en su lugar. (foto superior)

También podemos expresarlo de este modo: al graduar la exposición para reproducir el gris medio, está quedando disponible la mitad de la capacidad -del sensor o de la película- para registrar las sombras y la otra mitad para registrar las luces.  Esto ocurrirá siempre y cuando se esté midiendo sobre la carta del gris medio o una escena cuyo promedio de luminancias resulte igual o próximo al gris medio.  Sin embargo es importante comprender que el fotómetro solo mide luz, no interpreta la escena: si medimos sobre una pared blanca indicará la exposición adecuada para que el blanco se reproduzca como gris medio, resultando en una subexposición.  Si medimos separadamente una carta gris y una hoja blanca iluminadas con la misma intensidad observaremos que la diferencia de reflexión entre ambas es de 2 1/3 de EV, esto es constante. Es decir que al medir luz reflejada sobre un plano blanco el fotómetro indicará un valor de exposición 2 1/3 por debajo del correcto; para que el blanco se reproduzca como blanco, deberemos aumentar la exposición en 2 1/3 EV sobre el valor que indicó el fotómetro. Del mismo modo, si con un fotómetro de luz reflejada medimos una superficie negra el fotómetro indicará la exposición necesaria para reproducir el negro como gris medio, resultando en este caso en una sobre exposición, para compensarlo deberíamos disminuir la exposición en 2 2/3 EV sobre la indicada por el fotómetro.

Al medir luz reflejada:

  • Sobre una carta gris del 18%, o una escena equivalente se emplea la exposición indicada por el fotómetro sin ninguna compensación.
  • Sobre una superficie blanca: aumentar la exposición en 2 1/3 EV
  • Sobre una superficie negra: disminuir la exposición 2 2/3 EV

Observemos que el ángulo de medición de un fotómetro de luz reflejada es crítico al momento de a interpretar la información que brinda.  De acuerdo al tipo de fotómetro puede resultar difícil determinar qué elementos de la escena quedan dentro del área sobre la que el fotómetro realiza la medición, y esto puede resultar un factor de imprecisión, no porque el instrumento mida mal, sino porque no se puede saber con exactitud qué es lo que se está midiendo.  Al recorrer  la evolución de los fotómetros a través del tiempo veremos cómo este es un factor importante en su desarrollo.

Promedio de luminancias:

Se ha observado que muchas escenas fotográficas reflejan entre las áreas oscuras, medias y blancas un promedio cercano al 18% de la iluminación que reciben. En estos casos un fotómetro de luz reflejada brindará una exposición adecuada para la reproducción de la escena, ya que el promedio de luz reflejada por esta coincide con la calibración del fotómetro para reproducir el gris medio.(foto inferior)

 Sin embargo también se presentan situaciones en las que la luminosidad de la escena no se corresponde con la del gris medio. Por ejemplo si fotografiamos a una persona sobre un fondo blanco, el conjunto de la escena refleja mucha más luz que el gris medio, pero el valor de exposición que indique el fotómetro reproducirá la escena con la luminosidad de aquél, es decir mucho más oscura de lo que es en realidad, resultará una foto subexpuesta. (foto derecha)   El fotómetro no puede distinguir si está midiendo una escena clara o una carta gris iluminada con mayor intensidad, esto debe hacerlo el fotógrafo.  Como se mencionó antes, para compensar este error debe aumentarse la exposición en 2 1/3 EV.(foto izquierda)

 

Si fotografiamos ahora sobre fondo negro, el fotómetro incluirá en la medición una gran superficie del fondo y llevará la exposición a un valor que registre el negro como gris medio, produciendo una sobre exposición.

Para corregirlo disminuimos la exposiciciòn en 2 2/3 EV

 

Estas escenas requieren la interpretación del fotógrafo para lograr una exposición adecuada.  Para interpretar la escena el ángulo de medición será un factor determinante: en este último ejemplo, cuánto entra de la superficie negra en la medición? si el fotómetro no tiene un visor no podremos saberlo, pero en cualquier caso un ángulo amplio resultará más «peligroso» en el sentido de inducir a errores más fácilmente. Acercarse a la escena para medir lo que verdaderamente nos interesa es el primer recurso para resolver la situación, si el área de medición del fotómetro incluyera la ropa gris del modelo y una pequeña área de fondo negro la exposición resultaría más adecuada ya que el promedio se aproximaría al gris medio.

Medición de luz incidente:

Hay además otro método para medir la intensidad de la luz: en vez de medir cuanta luz refleja la escena se medirá cuanta luz llega hasta ella, es decir la luz incidente. Para esto el fotómetro tiene que estar equipado con un difusor, generalmente es una semiesfera blanca que cubre la abertura por la que penetra la luz al instrumento. Esta semiesfera llamada «calota» cumple dos funciones, por una parte captará la luz proveniente de todas direcciones. y por otra solo dejará pasar al sensor el 18 % de la luz que incide sobre ella.  De modo que la medición de luz incidente es equivalente a medir luz reflejada sobre la carta gris del 18%. El fotómetro se colocará en el lugar de la escena que queremos medir y para determinar la exposición usualmente se orientará hacia la cámara, aunque esto depende de la dirección de las fuentes de luz.

Al medir de este modo, evitamos el tener que ocuparnos de comparar la luminosidad de la superficie medida respecto al gris medio, ya que no estamos midiendo la luz reflejada por la superficie a fotografiar, esto representa a la vez la mayor ventaja de la medición incidente y también su mayor limitación.  Si medimos con luz incidente una escena más clara o más oscura que el gris medio, como la reflexión de las superficies del sujeto no se tienen en cuenta no influirán en la medición y no habrá que compensar el valor indicado sino emplearlo directamente.  Evidentemente es más simple que medir la luz reflejada y compensar las diferencias de luminosidad entre el gris medio y la superficie medida.  La medición incidente puede considerarse un método muy simple, rápido y preciso para muchas situaciones.  Sin embargo tal simplicidad se obtiene prescindiendo de la información sobre la luz que refleja el sujeto, ni más ni menos que lo que va a ser fotografiado,  y en algunas situaciones esa información es necesaria. Por ejemplo:  cuando el sujeto tiene un alto contraste – supongamos una modelo con pantalón negro y blusa blanca -con luz incidente solo mediremos las diferencias de la intensidad de luz que llega a cada parte de la escena,  pero sin tener en cuenta si la superficie es blanca o negra, mientras que la medición de luz reflejada combinaría ambos factores.

Mi agradecimiento a la modelo Natee Romera y a Federico Guevara por su participación en las fotos.

Un resumen:

  • Los fotómetros de mano no están pensados para tomar decisiones en lugar del fotógrafo, sino para brindar la información que este necesita para exponer según su criterio lo que más convenga para una situación determinada.
  • Con la medición de luz reflejada se obtiene más información, esto permite un control más exhaustivo de la iluminación de la escena pero su empleo es más complejo.
  • La medición de luz incidente es más simple pero en algunos casos la  información que brinda no resultará suficiente para tomar la decisión adecuada.

®Carlos Fumagalli. – www.taller.carlosfumagalli.com.ar

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Rango Dinámico

En fotografía digital, el rango dinámico es la capacidad que tiene un material sensible de registrar la imagen  de una gama de luminosidades con detalle,  desde la sombra más profunda hasta la luz más alta en la misma fotografía.

El sensor de la cámara transforma la luz que recibe en una carga eléctrica y esta es luego convertida en información digital:  una descripción en lenguaje binario del nivel de luminosidad que llegó hasta cada fotosensor.   Cuando la intensidad de la luz es insuficiente no se genera genera voltaje, y consecuentemente no se obtiene información (detalle) de esa zona.

Existe entonces una cantidad mínima de luz a partir de la cual el sensor comienza a trabajar.

En las sombras más profundas, cuando la luz reflejada es muy débil el sensor creará una carga muy baja y por lo tanto poca información.  A medida que la intensidad de la luz es mayor, el voltaje producido por cada fotosensor es más alto y esto se traduce en más información sobre esa parte de la imagen.  A su vez, cuando la luz es demasiada, el sensor va a saturarse y ya no registrará detalle de la imagen.   Es decir que existe un mínimo de luminosidad a partir del cual el sensor comienza a registrar imagen y un máximo a partir del cual pierde la capacidad de hacerlo.

Este rango de captación de detalle es lo que llamamos rango dinámico.

Hay que considerar dos aspectos en este tema:

  • Por una parte la capacidad del material para registrar los extremos, podemos expresar cuantos valores EV hay de separación entre la sombra más profunda que se registra con detalle y la luz más alta con detalle.
  • Otro aspecto será el escalonamiento, cuantos más valores de luminosidad intermedios puedan diferenciarse entre los extremos mejor será la calidad de la imagen.

Para ver un registro en imagenes de estos conceptos realicé una serie de fotografías comenzando por una subexposición extrema en la que no llega a registrarse información, incrementando la exposición se puede ver cuando comienza a registrarse información útil y también el punto en que el sensor se satura y pierde la capacidad de registrar  imagen.  Me pareció interesante que en cada fotograma pudiera distinguirse una textura suave, que sirva de referencia aun mayor en cuanto a la diferenciación de  detalle.  Después de hacer algunas pruebas con distintos materiales,  encontré que una hoja blanca común para impresora brindaría una adecuada textura de  «blanco sobre blanco» .  Fotografiando con bastante aproximación la textura de la hoja resultaría visible.  La luz suave del cielo proveniente de un ventanal lateral,  crea una pequeña diferencia entre áreas de luz y sombra que permiten distinguir la textura del papel.  Esta es la serie de fotografías que se encuentra debajo.  La cámara utilizada es una Nikon D-70

Encuadré un área muy pequeña de la hoja empleando un Micro Nikkor de 60 mm. hasta alcanzar una aproximación de 1:1, esto es que la imagen proyectada sobre el sensor tenga el mismo tamaño que  la supeficie de papel encuadrado.  La ampliación que vemos en el monitor aumenta aproximadamente 10 veces el tamaño de esa porción de papel.  Con esta ampliación diferenciamos las pequeñas zonas de luz y sombra que percibimos como textura cuando vemos la hoja a nuestra escala visual.

En cada foto  está escrito el valor de exposición, seguido por la diferencia en EV respecto a la exposición para el gris medio, y el nivel de RGB de cada imagen, este es el dato más importante.
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Medición puntual: porqué no tiene sentido hacer promedios.

 

Muchas veces me preguntan  si el modo de emplear la medición puntual es  hacer un promedio entre la luz más alta y la sombra más baja.  La respuesta es enfáticamente que NO.  Esa es una solución de compromiso cuando el concepto de medición de luz reflejada no está claro, al realizar un promedio se desaprovecha la mejor característica de la medición puntual: la precisión de la información obtenida, y muchas veces se llegará a una exposición que causará perjuicios. La utilidad de la medición puntual de luz reflejada, es prever con exactitud el nivel de registro de la imagen en áreas determinadas.  En estudio esto permite ajustar la iluminación al rango dinámico del material sensible que se esté empleando.  En exterior, en el caso de que no se pueda modificar la iluminación, si se puede  decidir qué área privilegiar en función del diseño de la imagen, su expresividad y calidad.  Veamos un ejemplo: La pared casi blanca iluminada por el sol directo rasante, muestra manchas de pintura descascarada  muy claras, amarillentas y azuladas  y una suave textura.  Para registrar estos detalles  no debe sobreexponerse. Los valores de medición son los siguientes: (recordar que estos valores indican la exposición para reproducir el área medida con la luminosidad del la carta gris del 18%)

  • área más clara (pared): f:16.8 v.250
  • área más oscura (umbral de la puerta) f:2.8 1/3 v. 250

Al hacer un promedio para determinar el valor de exposición en la cámara, se llega a  f: 5.6 2/3  v. 250.  Obteniendo la imagen 1.Ahora pensemos la misma situación desde otro punto inicial:  sabemos que la diferencia en valores EV entre la luminosidad de la carta gris del 18% y el blanco pleno sin detalle, es de 2 1/3  EV. Si la medición sobre la luz más alta, en este caso la pared, es de 16.8 v 250 y empleo ese valor para la exposición la pared se registraría con la luminosidad que corresponde al gris del 18%, resultando en una sub exposición general.  Para compensar esta diferencia debo aumentar la exposición.  Si sobre el valor 16.8 abro 2 1/3 EV llegaría a f: 8.5 v. 250, pero la pared no es un blanco pleno sino un plano muy grande e importante en la imagen con muchos detalles muy claros, para preservar esa información, en vez de aumentar 2 1/3 EV. aumentaré 2 EV. exponiendo la toma en f: 8. 2/3 v. 250.  Con este valor obtengo la imagen 2. Este archivo que se muestra con los valores por defecto de revelado RAW, contiene toda la información para lograr una imagen final de alta calidad. En definitiva, más allá de este ejemplo, el concepto a retener es que la exposición debe adecuarse al rango de luminosidad de la escena y a la respuesta del material sensible que esté empleando.  Lo conveniente es evaluar ese rango de luminosidades y el fotómetro de luz puntual es el instrumento adecuado para esa función.  Obtenida la información el fotógrafo decidirá qué es lo más conveniente en cada caso, según la escena y el material sensible que se esté empleando. cámara Nikon D-70 | objetivo: Micro Nikkor 55 mm. F: 2.8 | fotómetro: Minolta Spot Meter IV ®carlos fumagalli

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