Ull i cambra, cambra i ull

2012/12/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Teknologia
• Irudiak/Soinuak
• Elektronika
• Anatomia/Fisiologia

En 1872 es va produir un intens debat en una hípica californiana. La qüestió era si els cavalls arribaven a tenir en l'aire les quatre potes en la galopada; alguns afeccionats deien que sí i uns altres que no, però a simple vista era impossible aclarir la qüestió amb tota seguretat. L'única manera d'il·luminar era mitjançant una cambra que té la capacitat de congelar les imatges, mentre que els ulls no. Per això, van contractar al fotògraf Eadweard Muybridge. No obstant això, no era fàcil explotar aquesta capacitat en les cambres de l'època. Muybridge va passar sis anys organitzant un sistema de sis càmeres per a fotografiar la seqüència de moviments del cavall, però en 1878 va aconseguir la sèrie fotogràfica titulada The Horse in Motion, i va quedar clar que sí, amb els quatre peus en l'aire en un moment del cicle. La cambra va veure el que l'ull no podia veure. El resultat va tenir gran repercussió i la sèrie fotogràfica es va fer famosa, per exemple, per les revistes Scientific American i La Nature (actualment La Reserche).

Tres colors

Bàsicament, si la cambra és còpia d'un ull. "El funcionament bàsic és que la llum entra per un forat i aquest raig de llum s'imprimeix en algun lloc", afirma l'expert de l'empresa Juantxo Sardon Píxel. En l'ull igual, el forat d'entrada de l'ull és la pupil·la i el de la cambra és objectiu. L'amplària del forat és variable en tots dos casos, gràcies a l'iris i al diafragma en la cambra.

I el lloc d'impressió de la imatge és la retina en l'ull i una placa fotosensible en la cambra. "En les càmeres analògiques era un negatiu fotosensible (pel·lícula) i en les digitals un sensor, fins ara eren habituals els sensors CCD i ara han sortit nous sensors, anomenats CMOS". El CMOS és un sensor més barat i ràpid que s'està multiplicant en les càmeres d'avui, però bàsicament tots els sensors digitals tracten la llum com els ulls: la distribueixen en senyals de tres colors bàsics -vermell, blau i verd- que la converteixen en electricitat. El sensor CMOS realitza la conversió mitjançant un sofisticat procés. Distribueix la llum en tres colors i és el propi sensor qui realitza la digitalització d'aquesta informació sense necessitat d'un nou xip. El mecanisme de la retina de l'ull és encara més especialitzat: en cèl·lules fotosensibles (cons i bastoncillos) una molècula com la vitamina A, la retinal, i una proteïna, l'opsina, treballen junts per a transformar la llum en electricitat.

El cavall arriba a tenir les quatre potes en la galopi? En 1872 aquesta pregunta va generar un debat i aquesta sèrie de fotografies realitzades a aquest efecte pel fotògraf Eadweard Muybridge va demostrar que sí. Ed. Eadweard Muybridge

Són dues maneres de fer el mateix, però la referència és l'ull humà. Els tres colors bàsics són els dels raigs de llum que reben els cons de la retina. Per això els diem bàsics, de la seva combinació sorgeixen tots els colors que pot tenir la llum, però en realitat no és un procés físic. Els colors combinats són un producte del cervell humà. No obstant això, la cambra s'adapta al funcionament de l'ull i converteix cada color que rep en una combinació de llum verda, blava i vermella que digitalitza aquesta combinació.

Un segon, cent imatges

Prendre una imatge requereix temps, no és un procés sobtat. La llum que entra en l'ull la rep la retina, que se satura fins a completar la imatge. Per a això necessita temps, aproximadament una centèsima part d'un segon. Una vegada acabada aquesta presa d'imatge, comença a prendre la següent imatge. Finalment, l'ull pot prendre 100 imatges per segon.

La cambra pot ser més ràpida. Sardon ha treballat amb ells. "Entre les càmeres ràpides, una de les més prestigioses és la marca Phantom", afirma. "Pot gravar 2.000 fotogrames per segon. Si reproduïm el gravat en 25 fotogrames per segon, obtenim l'efecte de càmera lenta, de molt alta qualitat. Té un efecte plàstic especial".

La càmera ràpida és també una potent eina de recerca científica. Des d'aquest punt de vista, la cambra és millor que l'ull, ja que, igual que en el cas de les fotos del cavall de Muybridge, captura imatges que no atrapen els ulls. El vídeo a alta velocitat permet observar processos físics com l'expulsió de les espores pel cervell, la mescla de líquids dins d'un recipient, les explosions i la combustió o el vol de les abelles.

Les opcions són inesgotables; el que sembla un esdeveniment sobtat és un procés de més d'un pas. El procés de transformació d'un gra de blat de moro en crispetes és un bon exemple: al principi la pell del gra s'esquerda, després s'expandeix el material blanc de la palometa i s'expulsa de l'esquerda, després pot ser que s'obri un altre forat en la pell i s'expandeixi un nou embalum de la matèria blanca que dispararà tota la palomilla cap a l'aire.

No obstant això, la captura ràpida de moltes imatges té una compensació, ja que per a cada fotograma la cambra té menys temps. Això significa, d'una banda, que l'entrada de llum en la cambra és baixa en cada fotograma i que els càmera han d'aclarir molt el que es rodarà i, per un altre, que a mesura que augmenta la velocitat, la grandària del fotograma és menor. Són fotogrames amb menys píxels. "Un phantom [per segon] ocupa 2.000 fotogrames a grandària HD en 1920 x 1080 píxels. Però en el format 4K (4096 x 3072 píxels), el més gran dels formats utilitzats al cinema digital, grava 500 fotogrames. No obstant això, els fabricants no cessen de millorar aquests números", afirma Sardon.

Juantxo Sardon, tècnic de Píxel i director de fotografia en nombroses pel·lícules. Ed. Píxel ©

Ull panoràmic

El límit de l'ull té el mateix origen. És un òrgan molt poderós, però no pot prendre més de 100 imatges per segon, ja que cada imatge que rep conté molta informació. D'una banda, pren imatges de centenars de megapíxels, i per un altre, aquesta imatge és més àmplia que la que pren un gran objectiu angular: l'ull veu un angle de més de 140 graus i els grans angles d'uns 120 graus (encara que hi ha objectius que aconsegueixen els 180 graus). És cert que els ulls, i sobretot el cervell, no processen per igual el centre de la imatge i les dues parts, però rep molta informació que "alenteix" el treball de l'ull.

A més, l'ull no canvia d'òptica, és a dir, funciona sempre amb el mateix objectiu, amb el cristal·lí. És un element en forma de bombolla dins de l'ull i cada paret es comporta com una lent convexa. Està subjecte a l'ull i a través d'uns músculs es modifica la seva geometria i la seva distància a la retina, moviment que és el que enfoca la imatge. A diferència del que ocorre en les lents d'una càmera, el material del cristal·lí està en constant renovació i, almenys en un home jove, és un component flexible. Quant al cristal·lí, per tant, l'estratègia de l'ull consisteix a funcionar amb un únic "objectiu" d'alta qualitat, la qual cosa fa que el cristal·lí sigui molt més sofisticat que qualsevol objectiu artificial realitzat per l'home.

Iris de l'ull (a l'esquerra, ed. : Robert Bruce/CC BY-ND) i l'objectiu d'una càmera de fotos sense lents Ed. Squirrels/CC BY-NC-SA). El treball de tots dos consisteix bàsicament a fer passar una determinada quantitat de llum. El cristal·lí en l'ull i les lents en la càmera manipulen aquesta llum per a obtenir una imatge adequada

La cambra, per part seva, utilitza una estratègia contrària, a la que s'afegeixen diferents objectius per a cada tipus d'imatge que prendrà. L'avantatge de la cambra resideix, segons Sardon, en què el mer canvi d'objectiu s'adapta a la imatge que es desitja prendre. "Per a gravar un curt, per exemple, canviem l'òptica de la càmera en cada pla. De fet, en fer coses com la ikzio, cada pla és un quadre", diu.

La càmera també pot funcionar sense òptica. De fet, les primeres fotos de la història es feien sense objectius. "Les cambres eren unes cambres negres amb un petit orifici d'entrada de llum i un material fotosensible en el seu interior. Hi ha una fórmula per a calcular el diàmetre de l'orifici: ha de tenir tant de forat per a projectar-ho en un suport de certa grandària a certa distància", explica Sardon. D'aquesta manera, obria el forat i la llum creava la imatge en el material fotosensible. "Encara hi ha gent que treu fotos així. El més famós és Ilan Wolff".

Les fotos així preses són molt limitades. La profunditat de la zona o l'angle que la càmera introdueix en la imatge no poden controlar-se, ni efectes de zoom ni res. Però té una característica favorable: al no existir lents, no hi ha obstacles per a la llum. Els objectius de les cambres convencionals no són totalment transparents, ja que un paràmetre important de la qualitat de la lent és la transparència. El paràmetre que mesura aquesta transparència és el número f. En tots els objectius està definit el número f d'aquesta peça, tant millor quant menor és f. I la referència de l'ull torna a ser evident: el valor mínim que pot prendre és f = 1, el valor de la còrnia i del cristal·lí de l'ull. Algunes cambres poden veure el que l'ull no pot, però en els materials no hi ha res com l'ull.