Pozuelo de Alarcón. 2010

Tecnología de los Medios Audiovisuales. Tema 2, Óptica. Licenciatura en Publicidad y Relaciones Públicas D. Lorenzo García García Pozuelo de Alarcón. 2010

Índice TEMA 2: LA OPTICA • La visión humana • La cámara estenopeica • Las lentes y sus propiedades • Tipos de objetivos

Capítulo 1La visión humana La visión humana • Muchos seres vivos cuentan con receptores luminosos que reaccionan ante el movimiento o las sombras pero sólo podemos hablar de visión cuando estas son convertidas en imágenes por el cerebro.

Capítulo 1La visión humana • Las células de la retina son el sistema sensorial del ojo, se encargan de capturar la luz que llega hasta ellas. Son de dos tipos: conos y bastones. • La retina sería similar a la cinta de video o la película de una cámara. • Los conos son sensibles a tres longitudes de onda diferentes las que forman los colores rojo, verde y azul. Necesitan mucha luz para ser estimulados. Hay unos 7 millones en cada ojo. • Los bastones se sitúan en la periferia de la retina poseen una mayor sensibilidad a la luz y nos permiten la visión acromática (escala de grises). Tenemos cerca de 130 millones en cada ojo.

Capítulo 1La visión humana La córnea tiene una curvatura fija que nos permite ver los objetos enfocados al infinito. El cristalinoresponde a las contracciones del músculo ciliar cambiando su tamaño, aplanándose para poder ver objetos entre los seis metros de distancia y el infinito y engrosándose para ver aquellos que estén entre los seis metros y el punto cercano, que se sitúa a aproximadamente 15 cm. Cuando éste falla hablamos de presbicia o vista cansada y cuando pierde su normal transparencia de cataratas.

Capítulo 1La visión humana La visión humana Representación gráfica de la modificación que se produce en el cristalino para enfocar un objeto. El cristalino funciona como un lente convergente que produce una imagen real e inversa que incide en la retina.

Capítulo 1La visión humana La visión humana El Iris es la membrana coloreada que todos conocemos, en su centro se encuentra la pupila. La pupila es el equivalente al diafragma de una cámara de video. La pupila es el orificio que se contrae o dilata con el fin de regular la luz que incide en la retina.

Capítulo 1La visión humana La visión humana La imagen del cristalino llega invertida a la retina y allí es convertida en impulsos nerviosos que transmiten la información visual al cerebro donde es interpretado.

Capítulo 1La visión humana Existe un nervio óptico para cada ojo. Ambos convergen detrás de los ojos, en el quiasma, y se cruzan para pasar al hemisferio opuesto del cerebro (derecho, izquierdo).

Capítulo 1La visión humana La visión humana • La dioptría es una unidad que indica el poder de refracción de una lente. Cuando la lente es convergente hablaremos de dioptrías positivas y si es divergente tendremos valores negativos. Una lente cuya longitud focal sea de un metro tendrá una potencia de una dioptría, si una lente es de 2 dioptrías tendrá una longitud focal de 0,5 metros, una de +3 dioptrías tendrá la capacidad de enfocar en 33,3 centímetros y así sucesivamente. Por tanto, en una lente de una dioptría, los rayos paralelos que la atraviesen convergerán en un único punto, situado un metro después de atravesar la lente. • El ojo, en su conjunto, es una lente muy potente, porque tiene que converger la luz reflejada por los objetos dentro de los aproximadamente 2,3 centímetros que mide el conjunto del ojo. Por tanto la potencia del ojo se sitúa en torno a 58-65 dioptrías. De ellas aproximadamente 43 dioptrías provienen del poder de refracción de la córnea y 22 dioptrías del cristalino.

Capítulo 1La visión humana Las capas transparentes (dióptricos)que necesita atravesar la luz hasta llegar a la retina son: Líquido lacrimal: agua y sal. Sirve para lubricar la córnea. Humor acuoso : líquido similar al plasma sanguíneo, mantiene la forma del globo ocular y aporta nutrientes a la córnea y el cristalino. Cristalino: lente biconvexa fibrosa. Aumenta de tamaño con la edad y que va perdiendo elasticidad y la capacidad para poder enfocar objetos cercanos. Humor vítreo: sustancia gelatinosa situada entre la membrana hialoide y la retina y ocupa todo el globo ocular • La imagen refractada por la córnea y el cristalino (si éste no se modifica) se enfoca en la retina sólo cuando el objeto esté situado entre 5 o 6 metros (punto remoto) y el infinito. • Para que los objetos situados entre elpunto próximo o cercano (15 cm)y el punto remoto estén a foco, es necesario que se modifique ladistancia focal del ojo. Estefenómeno se llama acomodación.

Capítulo 1La visión humana La visión humana -proceso visual fotoquímico- • La transformación de la energía que transporta la radiación luminosa en impulsos nerviosos, se realiza en los conos y bastones teniendo una base fotoquímica. • El pigmento presente en los bastones se conoce como rodopsina o púrpura visual y está compuesta principalmente por vitamina A y una proteína (opsina), que tiene la propiedad de descomponerse con la luz. • Al contrario, en condiciones de escasa iluminación la reacción se invierte y se regenera. • El tiempo de adaptación a la oscuridad es lento tras un período largo de exposición a la luz. A partir de la vitamina A existente en la sangre la rodopsina se regenera, pero muy lentamente.

Capítulo 1La visión humana La visión humana -proceso visual fotoquímico- • Los conos son los responsables de la visión en color. Existes tres tipos de conos y cada uno de los tres tipos es sensible a una longitud de onda, diferente que corresponde a la de los colores rojo, verde y azul. • Cada tipo de cono contiene un pigmento diferente que le aporta la características de ser sensible a una determinada longitud de onda: • Eritropsinatiene una mayor sensibilidad para las longitudes de onda largas (luz roja). • Cloropsinacon mayor sensibilidad para longitudes de onda medias (luz verde). • Cianopsinacon mayor sensibilidad para las longitudes de onda pequeñas (luz azul).

Capítulo 1La visión humana • Las peculiaridades de la visión humana son aprovechadas por los medios audiovisuales para generar en el espectador la ilusión del movimiento. Tradicionalmente se atribuía este hecho a dos fenómenos conocidos como persistencia retiniana y fenómeno Phi, que se justificaban en la supuesta incapacidad de la retina para detectar las rápidas sucesiones de imágenes. • Hoy los avances científicos han permitido determinar que es el núcleo geniculado lateral del cerebro y no la retina, el causante de esa ilusión óptica. Sensación de movimiento Creada con 8 imágenes fijas

Capítulo 1La visión humana La visión humana, la percepción del movimiento • El fenómeno de la persistencia retinariafue descrito por Peter Mark Roget en 1824. • El descubrió que cuando una imagen se forma sobre la retina existe un tiempo de retardo entre la sensación y el estímuloy que estimó en un lapso de tiempo de entre 50 y 200 microsegundos, a ese espacio de tiempo se le conoce como período latente. • La hipótesis que justificaba este retraso era que los pigmentos presentes en los bastones, la rodopsina, tardaban en regenerase una vez que eran descompuestos por la luz.

Capítulo 1La visión humana • El fenómeno Phi , estudiado por Max Wertheimeren 1912, se refiere a que cuando dos imágenes idénticas aparecen, sucesivamente, muy próximas sobre la retina y además lo hacen en un intervalo de tiempo inferior al de la persistencia retiniana, tenemos la sensación de estar ante un objeto que se mueve y que se desplaza de una posición a otra. • Cuando la frecuencia de parpadeo disminuye la sensación que percibimos es la de que los objetos aparecen y desaparecen. Este fenómeno determinó la cadencia de filmación mínima para reproducir el movimiento lineal en un mínimo de 16 imágenes por segundo.

Capítulo 1La visión humana La visión humana, la percepción del movimiento Frecuencia crítica de fluctuación. Se llama de este modo a la frecuencia mínima necesaria para que el cerebro interprete como continua una luz fluctuante. Se considera que la frecuencia mínima de refresco es de 50 veces por segundo. Cine, televisión y monitores de ordenador utilizan frecuencias superiores. En cine realmente se graba a 24 fotogramas por segundo pero se reproduce doblando la exposición de cada fotograma, de modo que proyectamos 48 imágenes por segundo. En televisión vemos 50 campos en PAL y 60 en NTSC, evitando de este modo el parpadeo.

Capítulo 2La cámara estenopeica

Capítulo 2La cámara estenopeica La cámara estenopeica • Una cámara estenopeica es aquella que no tiene sistemas ópticos basados en la refracción de la luz. La cámara solo cuenta con un pequeños orificio, llamado estenope o estenopo, (pinhole en inglés) que es el encargado de formar la imagen. • La fotografía estenopeica por tanto está basada en el paso de la luz a través de un orificio practicado en una pantalla opaca . • Se podría decir que se trata de una cámara de fotos sin objetivo, en la que no podemos modificar el foco. • Textos chinos del siglo V AC sientan ya las bases de la fotografía estenopeica.

Capítulo 2La cámara estenopeica La cámara estenopeica • La cámara oscura es el antecedente de la cámara estenopeica. Consiste en una estancia estanca a la luz en la que los rayos luminosos procedentes del exterior llegan por un pequeño orificio practicado en una de sus paredes. Este orificio actúa como si fuera una lente convergente y proyecta en el lado opuesto una imagen invertida, horizontal y verticalmente, de lo que realmente vemos en el exterior. • Leonardo Da Vinci en el siglo XV fue uno de los primeros pintores que se sirvió de esta técnica para ayudarse en sus dibujos.

Capítulo 2La cámara estenopeica La cámara estenopeica • La fotografía estenopeica es posible cuando situamos, en la cara opuesta al orificio, un material fotosensible. • El principal problema de la cámara estenopeica es que la cantidad de luz que llega por el orificio es muy pequeña, menor que la que percibimos una noche de luna llena, por lo que necesita largos tiempos de exposición y por tanto corremos el riesgo de captar imágenes borrosas, si estas están en movimiento. • En las cámaras estenopeicastampoco contamos con un visor que nos permita ver el encuadre seleccionado . • Tutorial, como convertir una cámara réflex digital en una estenopeica

Capítulo 2La cámara estenopeica La cámara estenopeica Dmitry Rubinshteyn Abelardo Morell. The Empire State Building in Bedroom, 1994

Capítulo 2La cámara estenopeica Abelardo Morell, View of Central Park Looking North-Summer, 2008 Abelardo Morell , Light Bulb, 1991

Capítulo 2La cámara estenopeica Abelardo Morell, View of the Grand Canal Looking Northeast From Room in Ca’ Foscari. Venice, Italy, 2008 Abelardo Morell, Upright Image of the Coliseum inside Room # 23 at the Hotel Gladiatori, Rome., 2007 Más trabajos de este artista cubano, residente en EEUU, en su página web

Todo objeto es visible cuando tiene la capacidad de emitir luz, bien directamente, como fuente luminosa, bien por reflexión. Capítulo 2La cámara estenopeica Ejemplo sin cámara estenopeica. Se considera el objeto (O) y la pantalla (P). • De cada punto del objeto parten infinidad de haces luminosos hacia la pantalla (el punto A del objeto genera los puntos a, a', a"… en la pantalla; el punto B del objeto genera b, b', b"), chocando contra ésta de manera indiscriminada y superponiéndose unos a otros. • Se trata de una representación no unívoca y por lo tanto es imposible obtener una imagen del objeto en la pantalla.

Capítulo 2La cámara estenopeica • Para lograr representar una imagen definida, bien en una cámara oscura o en una cámara estenopeica, lo que necesitamos es eliminar todos los rayos luminosos que son emitidos por el objeto excepto uno. • De este modo conseguimos que en la pared opuesta al estenope (orificio) se forme una imagen invertida del objeto que emite la luz. Obtenemos lo que se denomina una imagen unívoca.

Capítulo 2La cámara estenopeica • A cada punto del objeto le corresponderá entonces un punto en la imagen (Al punto A del objeto, el punto "a" de la pantalla; al punto B, el punto "b", etc.). • En la práctica no es un único rayo de luz el que atravesará el orificio, sino un pequeño haz de rayos por cada punto (una serie de ondas de diferentes longitudes), formándose entonces pequeñas manchas de luz por cada punto del objeto. • De cualquier manera, podemos aproximarnos a la idea de punto cuando la mancha sea lo suficientemente pequeña como para que supere el poder de resolución del ojo humano, a la distancia adecuada para la visión de la imagen. • Como hemos mencionado anteriormente la imagen que se forma en la pantalla estará invertida de izquierda a derecha y de arriba a abajo.

Capítulo 2La cámara estenopeica Características de la cámara estenopeica: • La definición de la imagen se ve atenuada debido a las manchas de luz. • No sufre ninguna aberración óptica. • Tiene aberración cromática, que se soluciona poniendo un filtro de selección de onda. • Tiene astigmatismo: las imágenes de los objetos circulares situados fuera del eje de la cámara tienen forma elíptica. • La distribución de la luz es irregular, siendo más intensa en el centro. • Los objetos alejados del eje de la cámara, quedan algo desenfocados y su imagen es menos luminosa, debido al mayor recorrido de los rayos de luz. • Tiene la máxima profundidad de campo: el tamaño del orificio implica un diafragma muy cerrado. • Todo el sistema adolece de escasa luminosidad

Capítulo 2La cámara estenopeica • La relación de tamaño (diámetro o radio) del estenope depende de la distancia de éste al plano de la imagen por los siguientes motivos: • Debe ser lo suficientemente pequeño como para que las manchas de luz no se solapen, porque si lo hicieran, se produciría una pérdida importante de definición. • Cuanto mayor sea la distancia focal, mayor será el diámetro del estenope. Si el diámetro es inadecuado, excesivo o insuficiente, la imagen resultante será de escasa definición.

Capítulo 2La cámara estenopeica • La fotografía estenopeica ha pasado de ser una técnica anticuada a convertirse en una tendencia fotográfica.

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades • Lente, en sistemas ópticos: disco de vidrio, u otra sustancia transparente, cuya forma hace que refracte la luz procedente de un objeto y forme una imagen real o virtual de éste. • La mayoría de las lentes están hechas de variedades especiales de vidrio de alta calidad, conocidas como vidrios ópticos, que están libres de tensiones internas, burbujas u otras imperfecciones. • Si variamos la forma de una superficie transparente, podemos lograr que los rayos incidentes, pese a llegar a ella paralelos, emerjan y se corten en un punto. Eso es precisamente lo que hacen las lentes. • Las superficies curvas regulares esféricas son las más fáciles de enfocar y construir, por ello casi todas las lentes tienen superficies esféricas.

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades Las lentes y sus propiedades PRISMAS Y ENFOQUE. • Si tenemos dos prismas unidos por la base y dos rayos paralelos atraviesan el prisma superior, al emerger, lo hacen paralelamente, nunca se cortan. Por tanto la curvatura del frente de ondas no se altera. • Si el otro prisma es atravesado al mismo tiempo por otros dos rayos, estos se desvían hacia la base común y cortarán a los primeros, sin embargo, los cuatro rayos no se cortarán en un punto común.

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades Las lentes y sus propiedades Tipos de lentes A Convergentes B Divergentes

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades En las lentes cóncavas, curvadas hacia dentro, la luz que atraviesa se desvía hacia fuera (diverge), por lo que, aparentemente, el objeto parecerá más pequeño de lo que es en realidad.

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades Las lentes convexas son más gruesas en el centro que en los extremos. La luz que atraviesa esta lente se desvía hacia dentro (converge) lo que hace que a una distancia determinada, veamos una imagen real e invertida del objeto.

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades • Una lente produce una alteración de la curvatura del frente de ondas que atraviesaprovocando que se propaguen a diferente velocidad. Cuando se trata de una lente de bordes delgados retrasa más la luz que pasa por su centro (más gruesa ) que la que lo hace por los bordes. • Al salir los haces de luz convergerán en un único punto conocido como punto F. • El punto F, donde convergen los rayos al salir de la lente, recibe el nombre de foco principal. • Las lentes convergentes se utilizan, por ejemplo, para corregir la hipermetropía. Características de las lentes convergentes

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades La hipermetropía se produce por una falta de potencia de la lente del ojo. El punto focal no cae en la retina, lo hace en un hipotético punto que estaría detrás de ella. Para corregirla ayudamos a que el ojo converja antes la luz con una lente convergente. Aumentamos por tanto la potencia del ojo. La figura superior representa la visión de un ojo hipermétrope

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades Características de las lentes divergentes • En un lente DIVERGENTE, de bordes gruesos, los rayos que inciden paralelamente al eje principal se desvían hacia la parte más gruesa de la lente y salen hacia fuera. Aquí el punto F (foco principal) se obtiene como prolongación hacia atrásde los rayos que divergen al salir de la lente. • Como la luz no pasa en realidad por este foco, se dice que es un FOCO VIRTUAL. Esta imagen virtual no puede ser proyectada en una pantalla, la vemos porque el cristalino del ojo la hace real en la retina. • La imagen formada por una lente divergente es siempre virtual y nos muestra un tamaño menor del que realmente tiene el objeto. Este tipo de lentes se utiliza para corregir la miopía.

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades La miopía se produce por una potencia excesiva de la lente del ojo. Podríamos decir que la lente del ojo es demasiado positiva, entonces el punto focal no cae en la retina, sino que está más próximo a la lente, es decir, por delante de la retina. Este defecto visual se conoce como miopía

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades • Cuando miramos a través de una lente convergente, dependiendo del tipo de lente, tendremos que acercarla o alejarla del objeto para conseguir formar una imagen y obtener lo que se denomina una imagen “a foco”. La distancia a la que debemos situar la lente para ver correctamente la imagen es la denominada distancia focal. • Hablamos de distancia focal positiva en el caso de las lentes convergentes y negativa en el caso de las lentes divergentes.

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades • Por tanto la distancia focal de una lente es la distancia del centro de la lente a la imagen que forma un objeto situado a distancia infinita. Cuanto más corta es la distancia focal de una lente mayor es su potencia. La distancia focal se mide de dos formas: • En unidades de longitud normales, como por ejemplo 20 cm o 50 mm. • En unidades llamadas dioptrías (potencia de una lente cuya distancia focal vale un metro ), que corresponden al inverso de la distancia focal medida en metros.

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades • La relación entre la distancia focal de la lente que usamos y el diámetro de apertura de la lente determina su capacidad para recoger luz, o "luminosidad". Esta relación se conoce como número f. • La apertura de diafragma es el tamaño del orificio que permite a la luz pasar a través del objetivo para exponer el sensor de la cámara o la película. Para controlar la luz que llega al sensor a la película podemos regular el tamaño del orificio a voluntad • Si nuestra intención es reducir la cantidad de luz a la mitad debemos reducir el área en la misma proporción. Por ello para reducir a la mitad el área de un círculo, debemos dividir el diámetro de la circunferencia por la raíz cuadrada de 2 = 1.41421356.

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades • En una lente de 100 mm de distancia focal con una apertura de diámetro 25 m, tendremos una luminosidad f 4 (100/4). • Un número f mayor significa por tanto una apertura menor y por tanto que la lente es atravesada por una menor cantidad de luz. • La cantidad de luz que puede admitir una lente aumenta con su diámetro.

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades • Aberración es toda deficiencia de un objetivo que da lugar a una imagen con falta de nitidez o deformada. • La aberración de la lente se refiere principalmente a dos aspectos, la aberración esférica (afecta al foco) o cromática (afecta a los colores) y viene dada por las diferentes refracciones que sufren los los rayos luminosos al atravesar las lentes. • Cuando la apertura de diafragma es pequeña se minimizan las aberraciones ya que todos los rayos luminosos pasan por el centro de la lente donde la curvatura y las diferencias de refracción son mínimas. • Hablamos de distorsión de barril cuando la imagen que obtenemos presenta los líneas rectas ligeramente curvadas hacia fuera. Es muy fácil detectar este tipo de distorsión en las ópticas angulares y aún más en las de ojo de pez.

Capítulo 3Las lentes y sus propiedades • Las aberraciones de las lentes suelen corregirse con el uso de otras lentes simples, existe sin embargo un tipo de lente denominada aesférica. Estas lentes son modeladas con diferentes radios para corregir las aberraciones una lente tradicional. Ejemplo de distorsión de barril provocada por el empleo de una óptica gran angular

Capítulo 4Tipos de objetivos • Objetivo macro. Es toda lente que permite enfocar a un objeto a una distancia muy corta. Se utiliza para poder captar detalles de pequeños objetos e incluso, en combinación con una óptica zoom, para enfocar objetos que quedan a una distancia focal menor a la mínima de la óptica variable. • La mayoría de los objetivos de video profesional están equipados con macro. • El objetivo macro reduce la profundidad de campo por lo que el foco es extremadamente crítico. La iluminación del objeto es muy importante ya que, en ocasiones, la propia cámara, o nuestro cuerpo, pueden crear sombras en la figura que estamos grabando o fotografiando.

Capítulo 4Tipos de objetivos • Objetivo ojo de pez. Ofrece un ángulo de visión de entre 120º y 180º. Es utilizado principalmeten para grabar o fotografiar pequeños espacios. En ocasiones sirve para otorgar a la imagen alguna intención artística. • Son lentes con una gran profundidad de campo y provocan una enorme distorsión, llegando a convertir líneas rectas en curvas.

Capítulo 4Tipos de objetivos Ejemplo de óptica ojo de pez y fotografía tomada con ese objetivo

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