Tema 3: La Cámara de Vídeo. Unidad Óptica (PDF)

Tema 3 La cámara de video. Unidad óptica Tecnología de los medios audiovisuales 2024/25 Profesor: Enrique Sánchez Oliveira 3.1 Componentes principales de una cámara de vídeo Desde el punto de vista funcional en una cámara de vídeo distinguimos: La unidad óp...

Tema 3 La cámara de video. Unidad óptica Tecnología de los medios audiovisuales 2024/25 Profesor: Enrique Sánchez Oliveira 3.1 Componentes principales de una cámara de vídeo Desde el punto de vista funcional en una cámara de vídeo distinguimos: La unidad óptica se encarga de captar una imagen La unidad electrónica se encarga de convertir esa imagen en señal eléctrica (señal video) Estas dos partes son necesarias en cualquier cámara de video o de TV La tercera unidad es optativa: la unidad de grabación se encarga de almacenar (de grabar) la señal vídeo Desde el punto de vista morfológico es frecuente hablar de: Cuerpo de cámara Objetivo (intercambiable o no intercambiable) Una cámara (de vídeo, foto o cine) es una cámara estenopéica 3.2 La imagen óptica 3.2.1. Naturaleza y percepción de la luz Las ondas electromagnéticas  Presentan propiedades tanto ondulatorias como corpusculares (dualidad onda- partícula)  Son irradiadas desde una fuente energética y se expanden en forma de ondas desde el centro hacia la periferia  Tienen un componente eléctrico y otro magnético  Los campos eléctrico y magnético son perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación de la onda  No necesitan un medio físico para propagarse, se pueden propagar también por el vacío  Viajan a 300.000 Km /segundo en el vacío (disminuye la velocidad en medios de mayor densidad) Parámetros de una onda electromagnética: Longitud de onda (λ) - Distancia entre el principio y el fin de la onda, o distancia entre dos crestas contiguas. Las ondas electromagnéticas tienen longitudes de ondas que varían desde millonésimas de milímetro hasta varios kilómetros Frecuencia ( f ) - número de oscilaciones o ciclos que se producen en un segundo. Se mide en Hertzios. 1 hertzio (Hz) = 1ciclo / segundo. La frecuencia y la longitud de onda son inversamente proporcionales, esto es , a la frecuencia más alta le corresponde la longitud de onda más corta y a la inversa. Amplitud (A)- Es el desplazamiento lateral de la onda. Es la cantidad de energía que contiene la onda Periodo (T) – Es el tiempo necesario para el paso de dos máximos o mínimos sucesivos por un punto fijo en el espacio Espectro electromagnético La serie completa de ondas electromagnéticas ordenadas según su frecuencia ( y por añadidura, al ser inversamente proporcionales, por su longitud de onda) se denomina espectro electromagnético. Las bandas del espectro electromagnético desde la más baja a la más alta tiene el siguiente orden: radio, microondas, infrarrojos, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma Las ondas tienen características físicas y comportamientos distintos según su frecuencia y afectan al organismo humano de forma diferente El espectro electromagnético (NASA 1) https://www.youtube.com/watch?v=K-up0o96Vhw Espectro visible La luz es, dentro del espectro electromagnético, aquella parte que puede ser captada e interpretada por el sentido de la vista; aquellas ondas a las que el ojo humano muestra sensibilidad La luz, como todas las ondas electromagnéticas, está formada por partículas elementales denominadas fotones y presenta dualidad onda-partícula Se comporta como una onda en fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente; sin embargo, se comporta como una partícula cuando interactúa con el sensor de imagen para transferirle una cantidad de energía (que libera electrones) El espectro visible comprende las ondas electromagnéticas cuyas longitudes de onda se sitúan entre 400 y 750 nanómetros El nanómetro (nm) equivale a la mil millonésima parte del metro De la misma manera que ordenábamos las ondas electromagnéticas según su frecuencia y obteníamos el espectro electromagnético, podemos ordenar todas estas radiaciones luminosas en el espectro visible atendiendo a su frecuencia (o a la longitud de onda) Los cambios de longitud de onda (de frecuencia) de estas radiaciones son interpretados por el ojo humano como cambios de color 3.2.2. Formación de la imagen óptica La cámara oscura Una cámara oscura o cámara estenopeica es un recinto donde no entra la luz excepto por un único orificio Etimología: steno, estrecho y ope, orificio En condiciones de luz adecuadas, en el interior de una cámara estenopeica se forma en la pared opuesta al orificio una imagen invertida de los elementos situados en el exterior de la cámara que están delante del orificio Cámara oscura II  Aristóteles  primeras descripciones  observación eclipses solares  Al-Hazan (siglo X)  principios generales de la óptica  observación eclipses solares  Renacimiento italiano  utilización para dibujar alzados de edificios  colocación lente convergente en el orificio de la cámara (Girólamo Cardano, 1550)  diafragmas de varios tamaños (Daniello Barbaro, 1568)  Cámara oscura III En el siglo XVII se construyen cámaras oscuras En el siglo XIX se consigue fijar - de forma transportables tipo “tiendas de campaña”, en forma de permanente y sin la intervención de la mano del silla de mano… hombre- la imagen que se forma en el interior de la cámara oscura, utilizando procedimientos fotoquímicos. Había nacido la fotografía. En el siglo XVIII las cámaras oscuras estaban muy difundidas entre la gente culta. La imagen que proporcionaba era utilizada para dibujos y pinturas  La fotografía estenopeica - Cap 0 Por qué se forma la imagen (ANIMACIÓN) https://www.youtube.com/watch?v=tK9EzV5E_ks ¿Qué es una cámara estenopeica? (PIXAR) https://www.youtube.com/watch?v=7at6JeeXSZw Nicéphore Niépce: “Point de vue pris d’une fenêtre de Gras” (Vista de Gras), 1827 Niepce, en 1822, consiguió fijar la imagen formada en el interior de una cámara oscura Utiliza el betún de Judea como material fotosensible. Tiempo de exposición muy largo, solo se podían fotografiar objetos inmóviles La exposición para esta foto fue de 8 horas  Daguerrotipo Se debe a Louis Jacques Mandé Daguerre, que aprovechó los trabajos de Niépce El gobierno francés compró la patente a cambio de una renta vitalicia para Daguerre y el hijo de Niépce (19 de agosto de 1939) Como los derechos y la fórmula química eran de dominio universal, aparecieron muchos fabricantes y la difusión del invento fue extraordinaria La imagen se obtenía en una placa de cobre sensibilizada con sales de plata que se revelaba en el interior de la misma Cámara fotográfica con daguerrotipo Retrato con daguerrotipo Características del Daguerrotipo Obra única, no podían realizarse copias Gran nitidez de la imagen Mucho tiempo de exposición Procedimiento complejo. Cámaras muy pesadas y procedimiento químico engorroso Imagen en blanco y negro, aunque pronto se introducen los daguerrotipos iluminados Calotipo Procedimiento fotográfico desarrollado por William Henry Fox Talbot (1800–1877) Características del calotipo: Procedimiento negativo/positivo. Copias múltiples Menor permanencia de la imagen que en el daguerrotipo Menor nitidez de imagen que en el daguerrotipo Menor tiempo de exposición. Imagen latente Procedimiento sujeto a derechos de patente  La cámara de vídeo Visor Una cámara de vídeo es una cámara oscura Una cámara de vídeo es un transductor óptico-eléctrico: transforma la energía óptica (la luz) en energía eléctrica (la señal vídeo) Óptica u objetivo Cuerpo de cámara 3.3 objetivos Unidad óptica Es la encargada de proporcionar la imagen nítida e invertida que será convertida en señal video Se compone de un objetivo y una serie de mecanismos que nos ayudan a controlar : la cantidad de luz que entra al objetivo : diafragma el tiempo durante el que entra luz: obturador que la imagen sea nítida: anillo de enfoque Desde el punto de vista funcional, en la unidad óptica podemos incluir también el visor, que nos ayuda a seleccionar el encuadre, a enfocar y, en muchas cámaras a controlar ajustes, cambiar parámetros, leer mensajes de advertencia o peligro… Objetivo Un objetivo es una agrupación de lentes convergentes y divergentes que nos proporciona en un lugar que denominamos plano focal una imagen más pequeña, nítida e invertida de los elementos situados en su ángulo de visión  Su complejidad en el diseño se debe a la necesidad de mejorar la imagen para compensar las aberraciones ópticas (defectos ópticos): la imagen no llegaría a ser nítida en los bordes y en el centro al mismo tiempo las líneas rectas se curvan (aberración esférica) los objetos blancos aparecen como franjas de color (aberración cromática) Características fundamentales de un objetivo Las características fundamentales de un objetivo desde el punto de vista óptico son: la distancia focal (o focal) es la distancia que hay entre el centro óptico del objetivo y el plano focal (el plano donde se forman imágenes nítidas) La distancia focal de un objetivo se expresa en milímetros Determina las posibilidades de encuadre la luminosidad la mayor cantidad de luz que deja pasar un objetivo, la máxima apertura posible de su diafragma La luminosidad de un objetivo se expresa por el número f menor de ese objetivo Otra característica importante es la distancia mínima de enfoque Distancia focal Los objetivos se diseñan y fabrican con distintas distancias focales Al variar la distancia focal de un objetivo (y el tipo de lentes que emplea) varía su ángulo de visión (el campo visual que abarca) Ángulos de visión de un objetivo El ángulo de visión y la distancia focal de un objetivo son inversamente proporcionales: a mayor distancia focal menor ángulo de visión a menor distancia focal, mayor ángulo de visión Podemos dividir los objetivos según su distancia focal 3.3.1. Clasificación de los objetivos (según su distancia focal) Los objetivos pueden ser de focal fija o de focal variable. Dentro de los objetivos de focal fija distinguimos: Objetivo normal Objetivo angular (W: Wide) Teleobjetivo (T: Tele) Como objetivo de focal variable: Zoom Distancia focal, ángulo de visión y tamaño de la imagen Fotografías tomadas desde el mismo emplazamiento Al variar la distancia focal de un objetivo también lo hace su capacidad de aumento y, por tanto, el tamaño de la imagen Tipos de objetivos según su distancia focal El objetivo normal ángulo de visión horizontal similar al del ojo humano (entre 45 y 60º) reproduce la perspectiva de forma similar a como lo hace el ojo humano produce sensación de naturalidad en la imagen, ya que no hay deformaciones en las líneas para un formato estándar (35 mm o full frame) se considera objetivo normal al que tiene una distancia focal de 50 mm Tipos de objetivos según su distancia focal  El objetivo gran angular tiene una distancia focal más corta que el objetivo normal la distancia focal de estos objetivos (para un formato estándar) está por debajo de 50 mm (inferior a 35 mm) abarca un ángulo de visión horizontal mayor que el objetivo normal, de 60º en adelante los objetos se ven más pequeños pero abarca más campo de la escena. exageran la perspectiva proporcionan una gran profundidad de campo El objetivo denominado ojo de pez ofrece un ángulo de visión de 180º y superior (df entre 4,5 y 17 mm) Tipos de objetivos según su distancia focal  El teleobjetivo Tiene una focal más larga que el objetivo normal y abarca un ángulo de visión horizontal más reducido Su distancia focal (para un formato estándar) está por encima de 50 mm (80 mm y superior) Posibilita la toma de primeros planos sin necesidad de acercarse al sujeto Los objetos se ven mayores pero a costa de abarcar menos campo de la escena Las imágenes captadas con teleobjetivo presentan un aplanamiento de la perspectiva, no dan sensación de profundidad Proporcionan poca profundidad de campo Tipos de objetivos según su distancia focal  El zoom, es un objetivo de distancia focal variable. Su construcción permite disponer de las prestaciones de un elevado número de objetivos en uno solo. El objetivo zoom es capaz de actuar como gran angular, normal y teleobjetivo El zoom permite, desplazando parte del grupo de lentes que lleva en su interior, variar el ángulo de visión que abarca (para encuadrar o para grabar un movimiento de zoom) Las características de un objetivo zoom vienen especificadas por las distancias focales extremas en que es operativo, su focal mínima y máxima (Ej: 3,7 - 37 mm) Otra forma de indicar las características de un zoom es especificar el factor de multiplicación entre sus distancias focales extremas (Ej: x10) Muchos zoom incluyen una posición macro que nos permite utilizarlo para macrofotografía El zoom óptico implica un desplazamiento de lentes para variar la distancia focal. No confundir con el zoom digital, que es una ampliación digital de la imagen captada (tal como ampliamos una imagen en el ordenador) e implica una pérdida de calidad de la imagen a medida que aumenta el factor de ampliación Objetivo macro Diseñados para enfocar correctamente a distancias muy pequeñas, o sea, su distancias mínimas de enfoque es muy reducida Distorsiona mínimamente la imagen Permite primeros planos de lo diminuto  Vídeo: “Tipos de objetivos fotográficos” https://www.youtube.com/watch?v=oJafUgWEPXI  Relación entre distancia focal y tamaño del sensor Formato 35 mm o Full Frame (FF) Diagonal del sensor: 43,3 mm Distancia focal objetivo normal: 50 mm Para cualquier otro formato ese dato numérico varía Algunos fabricantes proporcionan la distancia focal equivalente Si esta medida no la proporciona el fabricante podemos calcular la distancia focal equivalente multiplicando la distancia focal por el factor de recorte o factor de multiplicación. El factor de multiplicación lo proporciona el fabricante, se obtiene dividiendo la diagonal del sensor estándar (43,3 mm) entre la diagonal del sensor cuyo factor de multiplicación queramos obtener El factor de multiplicación nos indica cuantas veces es menor un sensor respecto al sensor Full Frame 3.3.2. Visor y sistema de enfoque El visor es el dispositivo que nos permite ver la imagen encuadrada por el objetivo de la cámara; nos permite un control continuo del encuadre. El visor puede ser óptico o electrónico El visor óptico permite encuadrar la imagen que se va a grabar mediante lentes El visor electrónico, de empleo generalizado en las cámaras de video, es un pequeño monitor que recibe la información de la imagen del cuerpo de la cámara, en paralelo a la señal de salida Las cámaras JVC tienen dos visores electrónicos: pantalla LCD (Liquid Cristal Display) abatible y ocular. Cuando hay mucha luz parásita es más difícil enfocar y evaluar la calidad de la imagen en el monitor LCD Visor y sistema de enfoque Además de para encuadrar, el visor nos sirve también de ayuda para enfocar la imagen, o sea, que la imagen que vamos a grabar sea nítida Enfocar es hacer que la imagen que capta el objetivo se forme exactamente sobre el sensor de imagen (hay un pequeño margen de variación o tolerancia) Usando teleobjetivos el enfoque debe hacerse con mucha precisión porque la profundidad de campo es corta Las cámaras de vídeo tienen la función de autofocus (foco automático) que podéis utilizar en las primeras prácticas Visor El visor es también el interfaz con el que controlamos numerosas funciones de la cámara, dado que en el visor nos aparece gran parte de la información sobre parámetros que determinan la calidad de la imagen. Los indicadores más frecuentes son: Formato y resolución Control automático o manual de parámetros Indicador de carga de batería Indicador de grabación/pausa (rec) Tiempo de grabación en TC Diafragma, velocidad de obturación, balance de blancos, temperatura de color, ganancia Escala LED para nivel de audio … 3.3.3. Diafragma y números f Los objetivos van provistos de un sistema que permite que pase más o menos cantidad de luz a través de las lentes: el diafragma El diafragma regula la cantidad de luz que entra a través del objetivo en dirección a la película fotográfica, película cinematográfica, CCD o CMOS El más utilizado es el diafragma de iris, donde unas láminas permitan aumentar o reducir el círculo interior que forman, posibilitando de esa manera una apertura variable  Escala números f (o f-stop) En un objetivo puede existir un aro calibrado que contiene la escala de números f: 1, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32 Obtención de los números f: multiplicando por 1,4 un número de la escala, obtenemos el número posterior 1 x 1,4 = 1,4 1,4 x 1,4 = 1,96 (≈ 2) 2 x 1,4 = 2,8 2,8 x 1,4 = 3,92 (≈4) 4 x 1,4 = 5,6 Cada nº f significa el paso de una cantidad de luz hacia el CCD igual a la mitad del número anterior y al doble del número siguiente Esto se produce así porque el área de la circunferencia por la que entra el haz de luz se reduce a la mitad o se duplica. Esto ocurre cuando los pasos son pasos completos. Hay cámaras que permiten saltos de 1/3 o de 1/2. Diafragma y números f Una exposición correcta implica un ajuste del Cuando la apertura del diafragma según las diafragma es adecuada a las condiciones de condiciones de iluminación, el luminosidad: resultado es una toma correctamente expuesta. Para escenas luminosas Si el sensor recibe excesiva luz, la imagen y objetos claros hay que está sobreexpuesta (imagen “quemada” o saturada) reducir el diámetro de Si el sensor recibe una cantidad de luz apertura del diafragma insuficiente, la imagen estará subexpuesta (imagen oscura) (cerrar el diafragma) Para escenas oscuras y ambientes de poca luz, hay que abrir el diafragma 3.3.4. Obturador (Shutter) El obturador, en cine y fotografía, es un sistema de laminillas o de cortinillas situadas entre el objetivo y la película que se abren y cierran rápidamente y controlan el tiempo durante el cual la película se expone a la luz Cuando el obturador está abierto, deja pasar la luz en dirección al material fotosensible; cuando se cierra, no deja pasar la luz (la imagen que capta el objetivo). El tiempo que está abierto el obturador se controla mediante la velocidad de obturación Obturador y velocidad de obturación La velocidad de obturación nos viene dada por una escala (medida en fracciones de segundo) en que cada valor representa un tiempo de exposición igual a la mitad del anterior y el doble del siguiente Escala de velocidades de obturación: B, 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 125, 250, 500, 1000, 2000… ( 1, ½, ¼, 1/8, 1/15, 1/30, 1/60, 1/125, 1/250…) Obturador y velocidad de obturación Cuanta más luminosidad en la escena, menos tiempo de exposición del sensor se requiere y por tanto habrá que seleccionar una mayor velocidad de obturación Cuanto menos luminosa sea la escena, más tiempo de exposición se requiere, es decir, menor velocidad de obturación La velocidad de obturación también determina la forma en que se registran objetos o sujetos móviles  Pares equivalentes: relación abertura de diafragma y velocidad de obturación La velocidad de obturación se combina con la abertura del diafragma para controlar la cantidad de luz que llega al sensor y obtener una correcta exposición Para obtener una buena toma, podemos dejar pasar poca luz en mucho tiempo o mucha luz en poco tiempo. Se establecen así los pares equivalentes: 8 15 30 60 125 250 500 1.000 _____ escala de velocidades de obturación 22 16 11 8 5.6 4 2.8 2 ____ escala nº f (aberturas de diafragma) Así: 1/60 a f/8, 1/250 a f/4, 1/8 a f/22 1/500 a f/2.8 son pares equivalentes y pueden proporcionar una exposición correcta en relación a la cantidad de luz que llega al sensor, aunque los efectos sobre la imagen serán diferentes (profundidad de campo, “congelación” o estela del movimiento, imagen movida) Filtros Los filtros ópticos se utilizan para mejorar la imagen que se proyecta en el sensor. La facilidad de uso y la amplísima gama de efectos digitales que posibilita la postproducción digital han quitado protagonismo a los filtros. Uno de los filtros más utilizados es el ND (Densidad Neutra) que ayuda a absorber el exceso de luz de una escena muy luminosa Muchas objetivos montan también - en su parte posterior en este caso- un filtro infrarrojo (IR) 3.4. Profundidad de campo Se llama profundidad de campo a la distancia comprendida entre el primer y el último objeto que aparecen enfocados en la imagen La profundidad de campo no se extiende por igual delante y detrás del objeto, generalmente, un tercio del total corresponde a la parte delantera y los dos tercios restantes a la parte trasera Profundidad de campo La profundidad de campo varía en función de: la abertura del diafragma A mayor número f (cuanto más cerrado esté el diafragma), mayor profundidad de campo y viceversa la distancia focal del objetivo A mayor distancia focal del objetivo, menor profundidad de campo. Así tenemos que un teleobjetivo tendrá menor profundidad de campo que un gran angular la distancia a la que se encuentre el objeto enfocado. Cuanto más cerca del objetivo se encuentre el objeto enfocado, menor profundidad de campo y viceversa Profundidad de campo y diafragma La profundidad de campo es mayor cuanto mayor es el nº f del diafragma: A mayor número f, mayor profundidad de campo A menor número f, menor profundidad de campo Profundidad de campo y distancia focal La profundidad de campo es mayor cuanto menor es la distancia focal del objetivo. A la inversa, cuanto mayor es la distancia focal del objetivo, menor es la profundidad de campo. Así tenemos que un teleobjetivo tendrá menor profundidad de campo que un gran angular Profundidad de campo y distancia de toma La profundidad de campo es mayor cuanto mayor sea la distancia a la que se encuentre el objeto enfocado Cuanto más cerca del objetivo se encuentre el objeto enfocado, menor será la profundidad de campo  Profundidad de campo El ojo humano se dirige inconscientemente hacia aquellas zonas de la imagen que se encuentran enfocadas frente a aquellas otras que no lo están Esto hace de la profundidad de campo un recurso importante de composición, ya que puede guiar la atención del espectador Actuando sobre la profundidad de campo podremos conseguir determinados efectos: aislar al objeto principal efecto de “foco profundo” transfoque aislar al objeto principal enfocar al sujeto y desenfocar el fondo con teleobjetivo y abriendo diafragma (nº f bajo) Para conseguirlo se requieren profundidades de campo pequeñas y por tanto deberéis utilizar: teleobjetivo, diafragma abierto (números f pequeño) y distancia de toma corta efecto de “foco profundo” Aparecen enfocados elementos de la imagen situados a poca distancia del objetivo y elementos situados en el infinito (focal corta y nº f alto) transfoque Nos permite pasar el foco de un punto a otro de la escena y por tanto “guiar” la atención del espectador Profundidad de campo por Emmanuel Lubezki https://www.youtube.com/watch?v=1-iTW5i4InI 3.5 El triángulo de la exposición El triángulo de la exposición: apertura de diafragma velocidad de obturación ajuste de ganancia/sensibilidad https://www.youtube.com/watch?v=o- dj6qprNoM (hasta minuto 4) https://www.youtube.com/watch?v=W mHEF--DU7k