Ojo y cámara, cámara y ojo
2012/12/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
En 1872 se produjo un intenso debate en una hípica californiana. La cuestión era si los caballos llegaban a tener en el aire las cuatro patas en la galopada; algunos aficionados decían que sí y otros que no, pero a simple vista era imposible aclarar la cuestión con toda seguridad. La única manera de iluminar era mediante una cámara que tiene la capacidad de congelar las imágenes, mientras que los ojos no. Por ello, contrataron al fotógrafo Eadweard Muybridge. Sin embargo, no era fácil explotar esta capacidad en las cámaras de la época. Muybridge pasó seis años organizando un sistema de seis cámaras para fotografiar la secuencia de movimientos del caballo, pero en 1878 logró la serie fotográfica titulada The Horse in Motion, y quedó claro que sí, con los cuatro pies en el aire en un momento del ciclo. La cámara vio lo que el ojo no podía ver. El resultado tuvo gran repercusión y la serie fotográfica se hizo famosa, por ejemplo, por las revistas Scientific American y La Nature (actualmente La Reserche).
Tres colores
Básicamente, si la cámara es copia de un ojo. "El funcionamiento básico es que la luz entra por un agujero y ese rayo de luz se imprime en algún lugar", afirma el experto de la empresa Juantxo Sardon Pixel. En el ojo igual, el agujero de entrada del ojo es la pupila y el de la cámara es objetivo. La anchura del agujero es variable en ambos casos, gracias al iris y al diafragma en la cámara.
Y el lugar de impresión de la imagen es la retina en el ojo y una placa fotosensible en la cámara. "En las cámaras analógicas era un negativo fotosensible (película) y en las digitales un sensor, hasta ahora eran habituales los sensores CCD y ahora han salido nuevos sensores, llamados CMOS". El CMOS es un sensor más barato y rápido que se está multiplicando en las cámaras de hoy, pero básicamente todos los sensores digitales tratan la luz como los ojos: la distribuyen en señales de tres colores básicos -rojo, azul y verde- que la convierten en electricidad. El sensor CMOS realiza la conversión mediante un sofisticado proceso. Distribuye la luz en tres colores y es el propio sensor quien realiza la digitalización de esta información sin necesidad de un nuevo chip. El mecanismo de la retina del ojo es aún más especializado: en células fotosensibles (conos y bastoncillos) una molécula como la vitamina A, la retinal, y una proteína, la opsina, trabajan juntos para transformar la luz en electricidad.
Son dos formas de hacer lo mismo, pero la referencia es el ojo humano. Los tres colores básicos son los de los rayos de luz que reciben los conos de la retina. Por eso los llamamos básicos, de su combinación surgen todos los colores que puede tener la luz, pero en realidad no es un proceso físico. Los colores combinados son un producto del cerebro humano. Sin embargo, la cámara se adapta al funcionamiento del ojo y convierte cada color que recibe en una combinación de luz verde, azul y roja que digitaliza dicha combinación.
Un segundo, cien imágenes
Tomar una imagen requiere tiempo, no es un proceso repentino. La luz que entra en el ojo la recibe la retina, que se satura hasta completar la imagen. Para ello necesita tiempo, aproximadamente una centésima parte de un segundo. Una vez terminada esta toma de imagen, comienza a tomar la siguiente imagen. Finalmente, el ojo puede tomar 100 imágenes por segundo.
La cámara puede ser más rápida. Sardon ha trabajado con ellos. "Entre las cámaras rápidas, una de las más prestigiosas es la marca Phantom", afirma. "Puede grabar 2.000 fotogramas por segundo. Si reproducimos lo grabado en 25 fotogramas por segundo, obtenemos el efecto de cámara lenta, de muy alta calidad. Tiene un efecto plástico especial".
La cámara rápida es también una potente herramienta de investigación científica. Desde este punto de vista, la cámara es mejor que el ojo, ya que, al igual que en el caso de las fotos del caballo de Muybridge, captura imágenes que no atrapan los ojos. El vídeo a alta velocidad permite observar procesos físicos como la expulsión de las esporas por el cerebro, la mezcla de líquidos dentro de un recipiente, las explosiones y la combustión o el vuelo de las abejas.
Las opciones son inagotables; lo que parece un evento repentino es un proceso de más de un paso. El proceso de transformación de un grano de maíz en palomitas es un buen ejemplo: al principio la piel del grano se agrieta, luego se expande el material blanco de la palometa y se expulsa de la grieta, después puede que se abra otro agujero en la piel y se expanda un nuevo bulto de la materia blanca que disparará toda la palomilla hacia el aire.
Sin embargo, la captura rápida de muchas imágenes tiene una compensación, ya que para cada fotograma la cámara tiene menos tiempo. Esto significa, por un lado, que la entrada de luz en la cámara es baja en cada fotograma y que los cámara deben aclarar mucho lo que se va a rodar y, por otro, que a medida que aumenta la velocidad, el tamaño del fotograma es menor. Son fotogramas con menos píxeles. "Un phantom [por segundo] ocupa 2.000 fotogramas a tamaño HD en 1920 x 1080 píxeles. Pero en el formato 4K (4096 x 3072 píxeles), el más grande de los formatos utilizados en el cine digital, graba 500 fotogramas. Sin embargo, los fabricantes no cesan de mejorar estos números", afirma Sardon.
Ojo panorámico
El límite del ojo tiene el mismo origen. Es un órgano muy poderoso, pero no puede tomar más de 100 imágenes por segundo, ya que cada imagen que recibe contiene mucha información. Por un lado, toma imágenes de cientos de megapíxeles, y por otro, esa imagen es más amplia que la que toma un gran objetivo angular: el ojo ve un ángulo de más de 140 grados y los grandes ángulos de unos 120 grados (aunque hay objetivos que alcanzan los 180 grados). Es cierto que los ojos, y sobre todo el cerebro, no procesan por igual el centro de la imagen y las dos partes, pero recibe mucha información que "ralentiza" el trabajo del ojo.
Además, el ojo no cambia de óptica, es decir, funciona siempre con el mismo objetivo, con el cristalino. Es un elemento en forma de burbuja dentro del ojo y cada pared se comporta como una lente convexa. Está sujeto al ojo y a través de unos músculos se modifica su geometría y su distancia a la retina, movimiento que es el que enfoca la imagen. A diferencia de lo que ocurre en las lentes de una cámara, el material del cristalino está en constante renovación y, al menos en un hombre joven, es un componente flexible. En cuanto al cristalino, por tanto, la estrategia del ojo consiste en funcionar con un único "objetivo" de alta calidad, lo que hace que el cristalino sea mucho más sofisticado que cualquier objetivo artificial realizado por el hombre.
La cámara, por su parte, utiliza una estrategia contraria, a la que se añaden distintos objetivos para cada tipo de imagen que va a tomar. La ventaja de la cámara reside, según Sardon, en que el mero cambio de objetivo se adapta a la imagen que se desea tomar. "Para grabar un corto, por ejemplo, cambiamos la óptica de la cámara en cada plano. De hecho, al hacer cosas como la ikzio, cada plano es un cuadro", dice.
La cámara también puede funcionar sin óptica. De hecho, las primeras fotos de la historia se hacían sin objetivos. "Las cámaras eran unas cámaras negras con un pequeño orificio de entrada de luz y un material fotosensible en su interior. Hay una fórmula para calcular el diámetro del orificio: tiene que tener tanto agujero para proyectarlo en un soporte de cierto tamaño a cierta distancia", explica Sardon. De esta manera, abría el agujero y la luz creaba la imagen en el material fotosensible. "Todavía hay gente que saca fotos así. El más famoso es Ilan Wolff".
Las fotos así tomadas son muy limitadas. La profundidad de la zona o el ángulo que la cámara introduce en la imagen no pueden controlarse, ni efectos de zoom ni nada. Pero tiene una característica favorable: al no existir lentes, no hay obstáculos para la luz. Los objetivos de las cámaras convencionales no son totalmente transparentes, ya que un parámetro importante de la calidad de la lente es la transparencia. El parámetro que mide esta transparencia es el número f. En todos los objetivos está definido el número f de esta pieza, tanto mejor cuanto menor es f. Y la referencia del ojo vuelve a ser evidente: el valor mínimo que puede tomar es f = 1, el valor de la córnea y del cristalino del ojo. Algunas cámaras pueden ver lo que el ojo no puede, pero en los materiales no hay nada como el ojo.
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