Páxina de recursos

SOBRE O RANGO DINÁMICO

Prescindindo do tono e saturación, e centrándonos na luminosidade, calquera escea consiste en áreas con diferente LUMINOSIDADE.

Esta luminosidade pode ser medida, anotada e reproducida, pero o proceso de percepción depende doutros factores como a fonte e tipo de luz que non se mantén constante e non será igual cando vemos o suxeito directamente que cuando vemos a súa imaxe reproducida, ou o noso sistema visual que afortunadamente se adapta á calidade e cantidade de luz ambiental de cada momento.

Isto fai que a nosa percepción sexa subxetiva: Baixo unhas condicións de iluminación determinadas percibimos a variación de luminosidade entre dúas zonas contiguas do modelo, pero se se mantén en termos de medida liñais esta variación baixo outras condicións de iluminación non será percibida.

Distinguimos logo a LUMINANCIA, que podemos medir de forma absoluta como cantidade de estímulo que chega ao ollo, e SENSACIÓN de brillo, que se crea no cerebro de forma relativa ao resto de luminancias presentes, e porén en progresión exponencial, non liñal.

O problema remataría aquí se non fose porque a escala exponencial ou logarítmica na que nos basearemos tampouco é uniforme segundo o nivel de luminancia absoluta. A niveis moi altos, e sobre todo moi baixos, a diferencia mínima perceptible aumenta drásticamente. De todos os xeitos a Lei de Weber-Fechner establece que nunha marxe moi ampla de situacións o valor desta diferencia mínima mantense nunha escala logarítmica.

Para no asustar a ninguén con isto diréi que hai un xeito sinxelo de entender qué é unha escala logarítmica. Nós estamos afeitos a unha escala liñal ou aritmética como esta:

¿Cál é a súa característica? que nela representamos ao mesmo tamaño diferencias aritméticas iguais: a diferencia entre 3 e 4 é un intervalo igual que a diferencia entre 6 e 7, e a que hai entre 3 e 6 mide o mesmo que a que hai entre 4 e 7.
A escala logarítmica tamén ten as súas unidades espaciadas liñalmente, pero éstas representan unha progresión exponencial ou xeométrica dos valores absolutos:

Por tanto representamos a iguais intervalos razóns proporcionais iguais. Véxase por exemplo que a proporción que hai entre 2 e 4 é a mesma que a que hai entre 4 e 8, entre 10 e 20, ou entre 50 e 100:

Probamos con outra diferente: a razón 3/2 que existe entre 2 e 3, entre 4 e 6, entre 6 e 9, entre 30 e 45

Podemos facer unha secuencia contínua, triplicando cada valor: 1, 3, 9, 27, 81, etc. Os intervalos son todos iguais

Se tomamos unha calculadora, introducimos un valor e pedimos o logaritmo decimal, teremos o seu correspondente na escala inferior.
Nunha linguaxe máis mundana, se a un nivel de luminancia de 8 unidades o cambio mínimo percibido é unha unidade, a un nivel de 40 o mínimo será de 5 unidades.
Podemos por tanto resumir a lei de Weber-Fechner en que a sensación de brillo é directamente proporcional ao logaritmo da luminancia.

Agora imos falar do RANGO DINÁMICO: A luminosidade absoluta ten un rango teóricamente infindo, supoñendo que existe a luminosidade cero e a infinda. Un fotómetro pode medir a luminancia absoluta en unidades como o Lambert, a Candela ou o Nit (1 cd/m2) pero unha situación real sempre está entre un nivel mínimo e un nivel máximo concretos. O rango dinámico ou alcance de luminancia é a razón proporcional entre ambos os dous, e exprésase na escala logarítmica, así que se a proporción entre o máximo e o mínimo é de 100 a 1, o rango dinámico é 2, se é de 1000 a 1 o rango é 3, etc.

Estes valores refírense ao logaritmo decimal, como nos tratados científicos e especificacións técnicas. Para traducir todo isto a pasos de diafragma usamos o logaritmo de 2, que é outro xeito diferente de velo.

Imos do global ao particular: O noso ollo ten un rango absoluto e un rango efectivo ao que se adapta. É capaz de responder correctamente a cambios luminosos nun rango absoluto de 1000.000.000.000 a 1 (12, na escala logarítmica), PERO non ao mesmo tempo, senón adaptándose á luminosidade media, xa que o seu rango operativo é de 5, é dicer, entre dúas luminancias simultáneas en proporción 100.000 a 1, que se perciben como negro e branco subxectivos. De feito, é moi difícil que no lugar onde nos atopemos coexistan luminancias en rangos maiores a 5, moitos factores como a dispersión e interferencia das radiacións luminosas impedeno. Así pois, nas máis das situacións os nosos ollos non supoñen unha limitación.

Na adaptación do ollo axudan distintos factores:
- A nivel físico-mecánico, a contracción-dilatación do iris, que regula a cantidade de luz que estimula a retina
- Reaccións químicas que fan variar a sensibilidade e resposta das súas células
- A nivel nervoso, a "atención" con que o cerebro interpreta a información enviada é relativizada en relación coa información precedente

O primeiro factor non é na nosa visión demasiado importante, pouco máis fai que acelerar a adaptación, pero nunha cámara, onde a sensibilidade da emulsión ou dos diodos fotosensibles é fixa e non hai interpretación subxetiva, o control da EXPOSICIÓN é crucial. De feito a abertura do iris pode variar nunha proporción cercana a 16 por 1, equivalente a catro pasos de diafragma nunha cámara.

As películas e sistemas CCD teñen rangos de sensibilidade fixos, polo que é importante controlar a exposición para adaptar a escea a esta marxe. Nas cámaras faise mecánicamente co diafragma e o obturador. Nos escáneres non é tan preciso porque a fonte de luz está no propio sistema e a súa potencia está optimizada á capacidade do CCD. A película química non ten un rango maior que un CCD corrente, a vantaxe é que podemos utilizar películas de sensibilidades diferentes que se adaptan á escea, mentras que nas dixitais isto aínda non está contemplado. As células duplas dos últimos CCDs de Fuji van nesta dirección.

Nos sistemas CCD hai ademáis diferencias notables. Algúns escáneres baratos non pasan de 1,8 de rango dinámico, mentras outros chegan a 3,3. Os profesionais, en especial os de tambor, poden pasar de 4. E isto non é o mesmo que a profundidade de bits, que aparece logo da digitalización.

Neste esquema vemos un exemplo do que supón en exposición durante un lapso de tempo determinado unha escea A, pouco contrastada e non moi luminosa, que non apresenta problemas de exposición, mesmo ten un rango pequeno que se pode expandir na ampliación química ou no axuste dixital, aínda que nunca será de igual latitude e continuidade que se o seu rango houbese coincidido co da película ou CCD. A escea B, sen embargo, é excesivamente contrastada e teremos problemas porque haberá que sacrificar detalle ben nas altas luces ou nas sombras. O que podemos facer é centrar a zona de interés no rango da película controlando a exposición. Un paso de diafragma ou de velocidade de obturación duplícaa ou divídea por 2 na escala aritmética, así que despraza o rango da escea un paso dos que indicamos en potencias de 2 no gráfico PERO non divide nin multiplica por 2 o tamaño deste rango na escala logarítmica.


Segunda aproximación: Vimos qué significa luminancia, e rango dinámico como sensibilidade a esta luminancia, pero nos medios físicos en que imos plasmar a imaxe, o rango dinámico refírese á variación da Densidade.

A OPACIDADE é unha cualidade dos obxectos pola que absorven parte da luz que incide neles. Podemos distinguir os medios OPACOS e medir a proporción de luz que reflicten, e os TRASLÚCIDOS e medir a que transmiten. O curioso é que a proporción reflectida ou transmitida (reflectancia e transmitancia) nun punto determinado non varía coa intensidade luminosa, sempre se libera a mesma proporción.

A opacidade calcúlase como razón entre luz incidente e luz resultante: Li/Lr, e é por tanto inversa da transmitancia ou reflectancia. Un corpo ideal que reflectise toda a luz incidente ou que fose totalmente transparente, tería opacidade = 1, xa que os dous valores son iguais. Se reflicte a metade, a súa reflectancia é 0,5 e a súa opacidade 2, xa que a luz incidente era o duplo. Se reflicte só a décima parte, a súa opacidade é 10.

A DENSIDADE é o logaritmo da opacidade. Cando se xuntan dous filtros iguais, o que se suma é a súa densidade. Só nos filtros de opacidade 2, que son os que utilizamos para compensar un diafragma porque deixan pasar a metade da luz, saen as contas tamén coa opacidade. A súa densidade é o logaritmo de 2 = 0,3. Sen embargo dous filtros xuntos de opacidade 10 non equivalen a outro de opacidade 20, senón 100. É a densidade o que se suma sempre.

Todo negativo, diapositiva ou positivo fotográfico ten un punto máis denso e outro menos denso que todo o resto. Pois ben, o seu RANGO DINÁMICO é a razón proporcional entre estas densidades.

Para comparar as características de diferentes películas utilízanse as curvas de resposta que miden cómo aumenta a densidade (D) en relación coa exposición (E).

Como un dos termos é logarítmico e outro aritmético, a curva é pouco útil aínda que variemos a medida das unidades de exposición:

Sen embargo sustituindo a exposición polo seu logaritmo, a curva resultante aparece como unha recta, e é moito máis útil porque a súa inclinación é un dos datos que máis interesan.

Isto é un modelo teórico, na realidade as curvas de resposta teñen forma de S. Na parte baixa, vemos que aínda que non comece a exposición a película non é totalmente transparente, e ademáis é preciso que a exposición chegue a certo umbral (U) para que a densidade avance regularmente.

Nun rango específico de exposicións (AB) a curva é aproximadamente recta, isto é, a densidade aumenta en proporción directa coa exposición. A un nivel maior acádase a máxima densidade (H), e a exposicións bastante máis prolongadas pode minguar de novo (solarización). A zona entre U e A chámase pé da curva, e entre B e H hombreiro. O gradiente na zona recta indica a rapidez ou contraste da película, indícase coa letra grega GAMMA e o seu valor é a tanxente do ángulo alfa, ou o que é o mesmo, a pendente do tramo AB.

O RANGO DINÁMICO é a razón entre a densidade mínima e a máxima. O RANGO DE EXPOSICIÓNS útil abarca dende o nivel de exposición en que a tanxente da curva é suficiente como para que o aumento de exposición xenere un cambio de densidade perceptible, algo antes do punto A, até prácticamente o punto de inflexión H.

A SENSIBILIDADE da película é inversamente proporcional á exposición necesaria para abarcar o rango de densidades do suxeito (isto é algo etéreo, hai autores que se refiren concretamente á exposición precisa para que a curva entre no rango útil)

A película ideal sería a que tivese un rango dinámico amplo, o tramo recto o máis longo posible, e cunha inclinación de 45º (gamma = 1) coa que teóricamente a escala de luminancia da imaxe corresponderá liñalmente coa escea.

A toma ideal sería aquela na que controlando a exposición lográsemos que as áreas da escea con maior e menor luminancia coincidisen cos extremos do rango de exposicións util da película. Se este rango fose maior que o da escea, habería marxe para facer corresponder un dentro do outro. A esta marxe nos referimos frecuentemente cando falamos de LATITUDE da película.

A curva característica dun papel é semellante á dunha película. Típicamente o papel é máis lento e máis duro: o pé é máis extenso e a zona recta máis inclinada aínda que bastante máis curta, o hombreiro máis definido porque a densidade máxima acádase máis de golpe, e non hai solarización. O rango dinámico é menor. Mentras que un negativo supera normalmente un rango de 2,5 e en diapositivas profesionais se pasa de 3, unha copia en papel raramente chega a 2.


A curva característica só é un esquema gráfico. ¿Para qué serve? pois sobre todo para comparar diferentes emulsións e reveladores. Nela relaciónanse o logaritmo da exposición (Log E) e a Densidade (D) que é o logaritmo da opacidade que se crea na película unha vez revelada.

A EXPOSICIÓN é o producto da luz incidente polo tempo. Moitas veces esquecemo, ao ver as curvas características, de que a exposición non é uniforme en todo o fotograma, senón que nun mesmo intervalo de tempo incide certa cantidade de luz en cada punto, así que en cada disparo existe non unha exposición, senón un rango de exposicións concreto.

Na medida en que acertemos co diafragma e obturador a que o rango real coincida co rango útil da película e non o sobrepase -isto apréndese coa práctica e non mirando o gráfico- conseguiremos aproveitar as posibilidades da película.

Os pasos de diafragma reflíctense ben no gráfico porque modifican proporcionalmente a luz incidente duplicándoa ou reducíndoa á metade. Os pasos de diafragma desprazan en bloque o rango da toma 0,3 valores (Log de 2) á dereita ou á esquerda no eixo x. Recalco: no eixo X

É por isto que se di que o rango útil dunha película ten un número de pasos de diafragma: divídese o rango útil en tramos de 0,3. Na realidade non os "ten", é que con tantos pasos más de diafragma un punto pode pasar de estar no extremo esquerdo do rango útil a estar no extremo dereito. Pero é unha maneira de falar que dá unha idea da súa marxe.

Moito máis incorrecto é falar de densidade en termos de pasos de diafragma, aínda que moita xente o faga para dar unha idea do rango dinámico posible. Isto induce a erros e a confundir a exposición coa densidade. Como temos visto, unha e outra non se corresponden liñalmente (non gardan unha proporción directa) máis que en certo tramo da curva e case sempre de forma aproximada, pero ademáis, salvo no caso ideal de que a pendente (gamma) da recta sexa 1 (45 grados), os valores de densidade non igualan aos de exposición.

Como se ve na figura, unha pendente usual de 0,7 (35 grados) significa que un tramo de exposicións de 0,3 que corresponde a un paso de diafragma, da como resultado un rango de densidades de 0,21 no que o punto máis escuro NON É o duplo de denso que o máis claro. O colmo do absurdo é definir un rango dinámico de 2,1 como un rango de 7 pasos. Como se acaba de ver, iso só é certo con gamma=1, no noso exemplo tería 10 pasos. Ademáis non os "ten". Os pasos só se relacionan directamente coa exposición.

Nótese a utilidade que ten realmente o valor gamma: resulta ser o factor de multiplicación que nos leva de certo rango de Logaritmo de exposicións ao de Densidade: LogE x g = D.

Máis claro aínda: con gamma = 2, cada décima no logaritmo de Exposición correspondería a 2 décimas na Densidade, mentras que con un gamma = 0,5 cada 2 décimas no logaritmo de Exposición corresponderían a unha na Densidade.