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Fotómetros y Medición de Luz

Publicado en el número 515 de la revista Fotomundo, de Buenos Aires, en noviembre de 2011.

Cabe aclarar que en rigor la palabra fotómetro define el instrumento que mide la intensidad de la luz y devuelve un valor en lux o footcandels,  las unidades empleadas por los técnicos en iluminación. Cuando a este instrumento se agregan escalas de uso fotográfico con valores de ISO, abertura de diafragma y tiempos de exposición corresponde el uso del término exposímetro.  En la práctica en la Argentina, empleamos la palabra fotómetro para referirnos al exposímetro fotográfico. 

Antecedentes:

Aproximadamente a partir de 1890 se emplearon instrumentos cuyos principios de funcionamiento no tienen relación con el de los fotómetros actuales, de todos modos cabe mencionarlos a modo de antecedente. Actinómetros: instrumentos que permitían medir la intensidad de la radiación solar según la dilatación de una fina lámina de metal, o por el oscurecimiento de un papel sensible a la luz.  Se construyeron actinómetros para uso fotográfico hasta cerca de 1930.  Fotómetros de extinción: Se emplearon durante el mismo período que los actinómetros, su funcionamiento se basa en la reducción del flujo luminoso al pasar por diafragmas o filtros, y la sensibilidad visual para percibir esta intensidad mínima.  Es interesante observar que de este tipo de instrumentos existieron algunos de ángulo muy reducido, equivalentes a los muy posteriores fotómetros puntuales de CDS o a los actuales.

 

Fotómetros de selenio:

En la década de 1930 aparecen los primeros fotómetros de células fotoeléctricas de selenio, su funcionamiento se basa en la propiedad de éste de generar electricidad cuando es expuesto a la luz; un microamperímetro mide entonces la carga eléctrica generada, que es proporcional a la intensidad de la luz recibida. No emplean baterías ya que la electricidad es producida por el selenio al contacto con la luz. Los fotómetros de selenio significaron un avance muy importante y podemos considerarlos como la primera generación de fotómetros modernos.  

La luz reflejada por la escena penetra al fotómetro a través de una abertura grande que generalmente se encuentra cubierta por un vidrio cuya superficie tiene forma de semiesferas para concentrar la luz sobre la placa de selenio. Miden con mucha precisión pero presentan dos limitaciones importantes: Por una parte cuando la intensidad de la luz es muy baja la electricidad generada por el selenio no es suficiente para mover la aguja del instrumento, es decir que no resulta posible realizar mediciones de luz de baja intensidad.

Por otra parte, como la placa de selenio requiere cierta superficie mínima para generar electricidad suficiente, el ángulo de medición es amplio; esto los torna imprecisos para medir luz reflejada, no porque su funcionamiento sea irregular sino porque es difícil determinar con exactitud qué elementos de la escena quedan dentro del área de medición, complicando la evaluación de la luminosidad de la escena respecto al gris medio, que es el patrón con que está calibrado el fotómetro.

Esta característica poco conveniente para medir luz reflejada no causa dificultades cuando se emplean en la medición de luz incidente.  Si no se necesita medir luces de muy baja intensidad son excelentes fotómetros de luz incidente, por esta razón fueron muy empleados por directores de fotografía de cine.  El Sekonic L 398 que había sido discontinuado volvió a fabricarse pues  fue demandado por la industria cinematográfica.

Algunos datos históricos:  

Como ocurre con muchos inventos notables no hay certeza acerca de a quién corresponde considerar el inventor, aquí los primeros fotómetros presentados:

  • 1931: probablemente el primer fotómetro fotoeléctrico fue el Rhamstine Electrophot, por el tipo de celda de selenio que empleaba requería una batería, que en esa época era voluminosa y pesada, esto hacía que todo el aparato fuese incómodo en la práctica.
  • 1932: se presenta el Weston 617, más portable y con el primer dial de cálculo de exposición integrado.  Sin batería.
  • 1933: el Photolux fue el primer fotómetro construido por Paul Gossen en 1933, poco tiempo después fue renombrado como Ombrux, una versión especial para cine fue denominada Blendux.
  • 1937: presentación del AVO-Smethurst, el primer fotómetro de luz incidente.

El método de medición de luz incidente incorporado en 1937 por Philip Smethurst aporta el mejor modo de uso para los fotómetros de selenio, y sigue empleándose en los fotómetros actuales por su sencillez y precisión para muchas situaciones. Con las limitaciones descritas los fotómetros de selenio fueron la única tecnología disponible para medir luz reflejada hasta que la aparición de los fotómetros de CDS  que a partir de 1960 los fueron desplazando progresivamente.

Mi agradecimiento a Ed van der Aa por su respuesta a mi consulta y a James Ollinger por prestar imágenes empleadas en esta nota. Ambos coleccionistas presentan excelente información en sus respectivas páginas, muy recomendables si te interesa la evolución y la historia de los equipos fotográficos.  Entre otros, James tiene un excelente artículo sobre la invención del fotómetro y Ed otro muy completo sobre la historia de la compañía Gossen,

Fotómetros de CDS

Hacia 1960, aparece un nuevo tipo de fotómetro que representa una avance significativo en la medición de luz. En este caso el elemento sensible a la luz es el sulfuro de cadmio o CDS,  éste no genera electricidad al contacto con la luz como el selenio, sino que varía su resistencia eléctrica para conducirla. Según la intensidad de la luz cambia la resistencia al flujo de corriente proveniente de una batería.  La energía para mover el instrumento ya no depende de la intensidad de la luz pues es aportada por aquella.  Esto permite la medición de luz de muy baja intensidad superando la limitación que presentaban los fotómetros de selenio en este sentido.

Por otra parte también se logra reducir el ángulo estándar de medición aproximadamente a 30º para la lectura de luz reflejada, tornando más consistentes los resultados.  Así mismo aparecen los fotómetros puntuales (o «spots») de ángulo muy reducido de 5º a 1º.

Por qué es tan importante el ángulo de medición de la luz reflejada?

Porque determina la precisión del resultado. Cuando se mide luz reflejada el valor de exposición que devuelve el fotómetro es el adecuado para que la superficie medida se reproduzca con la luminosidad del gris medio del 18%. Es mucho más fácil estimar qué elementos de la escena entran en el área medición con un ángulo más reducido.

En el caso de los fotómetros puntuales, al tener un ángulo muy restringido e integrar un visor para ver exactamente la superficie que se mide, se logra un excelente nivel de precisión permitiendo prever la respuesta del material sensible hasta en pequeñas áreas de la imagen, transformando la medición de luz en un instrumento de diseño, que supera el concepto de «exposición correcta».  Ya no se trata simplemente de poder reproducir una escena tal como es, sino de tener la información que ayudará a representarla según una intención expresiva.  Naturalmente esto requiere una grado mayor de conocimiento y de práctica: la medición de luz conlleva un proceso de prueba y error hasta tener seguridad acerca del resultado.

En estudio la medición puntual permite ajustar la iluminación con mucho control sobre la imagen final, en exteriores con luz natural generalmente no se puede controlar tanto la iluminación, en estos casos la medición puntual si permitirá tomar la decisión más adecuada privilegiando el área de imagen que resulte más importante. Los fotómetros de CDS presentan también algunas limitaciones: no pueden medir destellos de flash, tienen cierta falta de sensibilidad cromática al azul, y después de medir luz de alta intensidad hay que dejar pasar un par de minutos pues el fotoresistor queda saturado y podría indicar un valor erróneo.

Fotómetros de flash:  

Ni los fotómetros de selenio ni los de CDS pueden medir la intensidad de los destellos de flash. Entre la década del 70 y 80 se emplearon fotómetros especiales para medición de flash, que a su vez no podían medir luz continua.  Así es que era común tener un fotómetro de CDS para medición de luz continua y otro para medición de flash.

 

 

Fotómetros de fotodiodos de silicio.  Medición de luz continua y flash.

Hacia fines de la década del 70 comienzan a aparecer los fotómetros en los que el elemento sensible es un fotodiodo de silicio, esto significa un avance importante, ya que permite la medición de destellos de flash que no era posible en los fotómetros de CDS: con un solo instrumento podemos resolver tanto la medición de luz continua como de flash.  Además tienen mejor sensibilidad cromática al azul y pueden medir luces altas sin tener que esperar intervalos entre una medición y la siguiente.  El diseño exterior y funcional es semejante al de los de CDS.  

 

Pantallas de cristal líquido o TFT en lugar de un instrumento de aguja, memoria y otras funciones

Hacia comienzos de la década del 90 los instrumentos de aguja fueron reemplazados por indicadores digitales en pantallas de cristal líquido, si bien este no es un cambio sustantivo en cuanto al funcionamiento, es importante porque representa una mejora en la resistencia a los golpes, los instrumentos de aguja son mecánicamente delicados y un pequeño accidente podía causar un inconveniente grave.

Por otra parte con la incorporación de micro procesadores también se incorporan funciones como la posibilidad de que el fotómetro memorice varias lecturas, efectúe promedios, indique el valor correspondiente a la exposición para el gris medio a partir de lecturas sobre blanco o negro, etc.  En lo personal me resulta que la tecnología tiende a complicar los instrumentos por exceso de posibilidades, a veces es más complejo usar esas funciones que hacer las operaciones mentalmente.  Bueno, eso ya es cuestión de gustos…   Una función nueva que me resulta interesante es la que presentan algunos fotómetros de gama alta que al medir luz de flash y ambiente combinada, indican el porcentaje correspondiente a cada tipo de luz sobre la exposición total.  Otra novedad que agrega funcionalidad es la inclusión en algunos modelos de un disparador de flash integrado por señal de radio, esto requiere compatibilidad con el receptor de la señal del disparador.

Fotómetros actuales: 

Diseño:

El diseño que se desarrolló a partir de los fotómetros de CDS en términos generales se mantiene hasta ahora.  Podemos diferenciarlos de este modo:

  • Fotómetro de luz incidente y reflejada sin visor, suelen tener el difusor para luz incidente integrado, puede desplazarse o retirarse para medir luz reflejada con un ángulo aproximado de 30º.  Pueden considerarse como el fotómetro básico de estudio. Algunos permiten agregar un accesorio reductor de ángulo con visor.
  • Puntuales o «Spot» fotómetros de luz reflejada de ángulo entre 1º a 5º y visor.  Es importante que muestren el valor de la medición en el visor, algunos solo muestran los datos en una pantalla exterior y esto representa una limitación severa.
  • Combinados de medición incidente y reflejada puntual.  Es la tendencia en los fotómetros de alta gama de los últimos años, un solo instrumento ofrece los dos métodos de medición más útiles, la medición incidente que resuelve en forma rápida y simple muchas situaciones, y la puntual que ofrece el mayor control cuando es necesario.

®Carlos Fumagalli.

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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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