Fundamentos de la Fotografía Digital: Conceptos Clave y Características Técnicas
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¿Qué es la Fotografía Digital?
En la fotografía digital, un sensor recibe los fotones de luz. La información, en código binario, es interpretada por un software que la convierte en una imagen digital formada por píxeles. En la fotografía convencional, el resultado final es un soporte físico. En la fotografía digital, el resultado final es un archivo informático en lenguaje binario. Este archivo puede tener copias exactas, mientras que en la fotografía convencional se pierde información al "copiar" una foto.
El Píxel
El píxel es la unidad mínima de la imagen digital (del inglés, *picture element*). En la fotografía convencional, la unidad mínima es un grano de bromuro de plata que mide micrones. El píxel, al ser una unidad "imaginaria", permite manejar su tamaño. Al incidir un rayo de luz en una molécula de bromuro de plata, se activa todo el grano. Sin embargo, un píxel no puede dividirse y todo el píxel está compuesto de un solo color. La imagen existe por la diferencia de densidades, tanto de los granos de bromuro de plata como de los píxeles. La imagen consiste en un "mosaico de píxeles". Mientras más se vean los píxeles, menor será la resolución. Al agrandar una misma imagen, sigue teniendo la misma cantidad de píxeles y la misma resolución, solo varía el tamaño de los píxeles.
Resolución
Se mide por la cantidad o densidad de píxeles que forman la imagen por unidad de longitud. Por lo tanto, mientras más píxeles haya por unidad de longitud, mayor será la resolución y mayor la densidad. La resolución es distinta a la nitidez, que es la ausencia de borrosidad. El número total de píxeles de una imagen depende de cuántos píxeles emplee el sensor al capturar la imagen. Se puede disminuir la cantidad de píxeles, pero no aumentar. Normalmente, el número de píxeles de una imagen se agrupa por unidad de espacio físico utilizando pulgadas, *ppp* (puntos por pulgada) o *ppi* (pixels per inch). Por ejemplo, 2000 píxeles de ancho x 3000 de largo = 6 millones de píxeles. La imagen se puede imprimir a diferentes resoluciones.
Tamaño de impresión = Número de píxeles / Resolución (ppi).
1 pulgada = 2.54 cm.
Ejemplos: 100 ppi = 51 x 76 cm; 200 ppi = 25.5 x 38 cm; 300 ppi = 17 x 25.5 cm.
Al agrandar una imagen aumentando el tamaño de los píxeles, la imagen se ve menos definida, pero sigue teniendo la misma resolución. Mientras más píxeles, mayor información se tiene, por ello es conveniente tomar una foto con más píxeles por pulgada y luego eliminar los que no nos interesan.
- LPI (Lines Per Inch): líneas por pulgada. Se usa para sistemas de lentes, películas o papel.
- DPI (Dots Per Inch): puntos por pulgada. Se usa para impresoras.
- PPI (Pixels Per Inch): píxeles por pulgada. Se usa para describir la resolución de una cámara o un escáner.
Función de Transferencia de Modulación (MTF)
Es una herramienta matemática que permite medir la resolución de una cámara. Se basa en la capacidad de resolver o diferenciar líneas a una determinada frecuencia espacial. Las frecuencias espaciales bajas equivalen a repeticiones muy separadas en el espacio (por ejemplo, líneas muy separadas), y las frecuencias altas equivalen a repeticiones muy comprimidas (líneas muy juntas). Se toma un valor del detalle en un punto intermedio entre lo que puede discernir el ojo y el límite de la resolución. Este valor corresponde aproximadamente con una caída del 50% de la MTF, y por ello se denomina usualmente MTF50.
Resolución Óptica y Contraste Fotográfico
MTF: Mide la capacidad de resolver un objeto, por ejemplo, definir que hay un gato en la foto.
Contraste fotográfico: Diferencia de densidades ópticas entre dos puntos de una imagen. Por ejemplo, una TV LCD tiene un contraste de 1/8000. Al aumentar las frecuencias de las líneas, disminuye la intensidad de la señal. En un escaneado, lo que importa es el número de píxeles, definido por el tamaño del original escaneado y por los *ppi* del escáner. Es lo mismo una diapositiva de 1x1.5 pulgadas a 1000 *ppi* que una foto de 10x15 pulgadas a 100 *ppi*; ambas proporcionan una imagen de 1000 píxeles de ancho por 1500 de largo.
Formatos de archivo comunes: TIFF (*Tagged Image File Format*), GIF (*Graphics Interchange Format*), JPEG (*Joint Photographic Experts Group*), JFIF (*JPEG File Interchange Format*). Comprimir la imagen es eliminar información de la imagen que no se ve.
Profundidad de Color: El Bit
¿Cómo un píxel contiene un tono determinado? Un bit tiene solo dos estados: 0 y 1, negro y blanco.
Escala de Grises
Si la imagen usa 2 bits para mostrar el color, existen ahora 4 estados del color: 00, 01, 10, 11. Estas cuatro posibilidades pueden ser negro, gris oscuro, gris claro y blanco. Se puede seguir aumentando el número de bits que usa la imagen para mostrar los tonos de color. El aumento del número de bits implica un aumento de la cantidad de tonos de un color. Lo normal es usar 8 o 16 bits. Utilizando 8 bits, existen 256 posibles tonos. Los estados o tonos son 2 elevado al número de bits. La mayoría de las imágenes digitales están formadas a partir de 3 colores básicos, el sistema RGB. Para la imagen anterior, necesitamos 8 bits para dar 256 tonos de gris. Para una imagen de 8 bits por color, necesitamos entonces 24 bits. Se forman entonces 16.7 millones de colores diferentes, producto de la combinación de los 256 tonos para cada uno de los 3 colores. Antiguamente, los computadores mostraban imágenes de 8 bits; hoy hay hasta de 36 y 48 bits. Puede no tener sentido, pero sirve para manejar esa información de mejor forma. Se pueden realizar modificaciones (ajustes de color, interpolaciones, convertir el espacio de color).
Rango Dinámico
Grado de diferencia máxima de densidades que se puede lograr en un dispositivo. Va de 0 a 4. Relación entre profundidad de color y rango dinámico: 24 bits (Rango 2.4), 36 bits (Rango 3.6), 48 bits (Rango de 4). Al alterar una imagen, el nuevo histograma tiene saltos porque se perdió información.
Espacio de Color
Conjunto de colores que es capaz de representar un dispositivo. Esta capacidad de representar colores depende de si el dispositivo usa luz o pigmentos. Los colores se describen según tono (rojo, verde o naranja), luminosidad (claro y oscuro) y saturación (pálido o intenso). La imagen digital necesita más información que "apreciaciones" del color; el computador trabaja con números. El espacio de color es un sistema RGB (teoría de colores primarios aditivos) y un sistema CMYK (cian, magenta, amarillo y clave/negro, del inglés *cyan, magenta, yellow, key*). En un diagrama de cromaticidad, predomina el verde porque la retina es más sensible a este. Mientras mayor es el rango dinámico de un dispositivo, mejores serán los resultados en la imagen, especialmente en zonas oscuras donde el detalle se pierde debido a un bajo rango dinámico. Si la densidad máxima que puede captar un escáner es 3.2 y la mínima 0.2, el rango es 3.2 - 0.2 = 3.0. Cualquier valor bajo 0.2 será representado como negro absoluto, y cualquiera sobre 3.2 será blanco.
Temperatura de Color
Un cuerpo negro es un cuerpo ideal que no existe en la naturaleza; absorbe toda la luz que recibe (no refleja nada de luz), pero emite luz dependiendo de su temperatura. Es decir, en teoría, un cuerpo negro emitirá diferentes longitudes de onda a medida que se calienta. De esta forma, en la práctica, cualquier objeto o cuerpo, al ir calentándose, emitirá luz de color rojo, luego pasando al naranja, hasta llegar al blanco con una temperatura muy alta. La intensidad de la radiación emitida por un cuerpo negro con una temperatura T viene dada por la ley de Planck. La temperatura de color de una fuente de luz se define comparando su color dentro del espectro luminoso con el de la luz que emitiría un cuerpo negro calentado a una temperatura determinada. Por este motivo, esta temperatura de color generalmente se expresa en Kelvin, a pesar de no corresponder a una medida de temperatura (16000 K luz azul, 5500 K luz blanca, 1800 K luz naranja, 1700 K fósforo, 1850 K vela, 2800 K tungsteno, 5500 K luz fluorescente o flash, 5700 K luz pura del sol, 6420 K lámpara de xenón, 9300 K pantalla de TV, 28000-30000 K relámpago).
Balance de Blancos
La mayoría de las cámaras digitales tiene incorporado al menos un sistema de balance de blancos automático. Lo que hace el sistema automático es ajustar la parte más brillante de la escena para que aparezca como color blanco y la menos brillante como negro. Por lo tanto, para lograr el mejor ajuste posible, debemos realizar un ajuste de balance de blancos en forma manual, en lugar de usar ajustes predeterminados.
Ajustes Predeterminados
- Tungsteno: Se ajusta el balance de blancos asumiendo que hay iluminación incandescente (bombillas) o halógena.
- Soleado: Se asume que se está en el exterior con clima soleado o nublado de gran luminosidad.
- Nublado: Se asume que en el exterior hay condiciones de sombra o de cielo muy abierto.
- Fluorescente: Luz fluorescente.
Ajustes Manuales
Basta con enfocar y presionar el botón de calibración de balance de blancos. De esta manera, los tres componentes del color (RGB) se ajustarán para que todos tengan la misma predominancia a nivel de señal, bajo esas condiciones de iluminación.
Cuestionario sobre Fotografía
- Falso. La unidad mínima de una imagen analógica son los haluros de plata, no el bit.
- Verdadero. El número total de píxeles de una imagen depende del número de píxeles que emplee el sensor al momento de capturar la imagen.
- Falso. La resolución de una imagen digital se expresa en términos de píxeles por pulgada (ppi), no en dpi.
- Falso. El tamaño de impresión está dado por el número de píxeles dividido por la resolución (ppi).
- Falso. Si una imagen tiene 3000 píxeles de ancho por 3000 píxeles de largo, entonces la imagen es de 9 millones de píxeles, no 6 millones.
- Verdadero. Mientras menor sea la resolución, mayor será el tamaño total de la imagen y mayor será el tamaño de impresión.
- Verdadero. La profundidad de color de una imagen digital es la cantidad de tonos contenida en un píxel, expresada en bits.
- Verdadero. Una imagen a color de 48 bits totales tendrá 16 bits por color.
- Verdadero. El rango dinámico de una imagen es el rango de densidades ópticas que es capaz de mostrar.
- Falso. Una imagen de 24 bits totales tendrá un rango dinámico de 2.4, no de 24.
- Verdadero. De las siguientes imágenes, se puede decir que ambas tienen igual tamaño de impresión y que la foto 1 tiene mayor resolución que la 2.
- Falso. La primera imagen es de blanco con grises, la segunda es blanco y negro. Por lo tanto, la primera imagen tiene MENOR contraste, menor rango dinámico y menor profundidad de color que la segunda.
- Falso. En la escala de diafragma de una cámara fotográfica, un diafragma f11 deja incidir la mitad de luz sobre el sensor o película respecto a un f8, no 3 veces más.
- Verdadero. Una lente gran angular permite fotografiar zonas extensas y otorga mayor profundidad de campo.
- Verdadero. Desde el punto de vista de la física de la luz, el color está dado por la longitud de onda y no por la amplitud de la onda.
- Falso. Sin luz no hay colores, por lo tanto, no es posible obtener imágenes en colores ni en blanco y negro en ausencia de luz.
- Verdadero. La ley inversa de los cuadrados de la distancia es un fenómeno que afecta a la luz, reduciendo la intensidad de un haz de luz.
- Verdadero. El estenopo con diafragma f1 tiene una gran profundidad de campo.