Imagenes Estenopeicas

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Cuaderno inicial de la coleccion IB Imaging Booklets de Carles Mitja

Text of Imagenes Estenopeicas

  • Imgenes Estenopeicas

    IBImaging Booklets

    carles[mitj]

    N 0

  • IB Imaging Booklets, N0, Imgenes Estenopeicas

    Copyright 2011 by Carles Mitj

    This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License. To view a copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ or send a letter to Creative Commons, 444 Castro Street, Suite 900, Mountain View, California, 94041, USA.

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  • Tabla de contenidos

    Agradecimiento 7 La Cmara Estenopeica 9 Aplicaciones de la Cmara Estenopeica 9 Propiedades de las Imgenes Estenopeicas 10 Geometra de la Imagen Estenopeica 11 Estadios de Formacin de la Imagen Estenopeica 13 Poder de Resolucin de la Cmara Estenopeica 15 Calidad de la Imagen Estenopeica 20 Campo de Visin de la Cmara Estenopeica 21 Formacin de Imgenes sin Cmara 22 Observacin Final de las Imgenes Estenopeicas 28 Bibliografa 37

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  • AGRADECIMIENTO

    Al profesor Jaume Escofet, del Departament d'ptica i Optometria de la Universitat Politcnica de Catalunya (UPC), por su apoyo a lo largo de los ltimos aos y sus aportaciones a este texto.

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  • LA CMARA ESTENOPEICA

    La cmara sin objetivo fue uno de los primeros sistemas utilizados para la obtencin de imgenes fotogrficas. Aunque en algunos textos se la denomina como cmara oscura, su nomenclatura correcta es cmara estenopeica, de estenopo, o cmara pinhole, adjetivacin tomada del ingls "agujero (hole) de aguja (pin)".

    En el mbito de la fotografa, el trmino cmara oscura define al receptculo hermtico a la luz que todo instrumento de captacin de imgenes necesita para alojar el material sensible con independencia de si sta es modulada por una lente o por un simple orificio; esta denominacin tampoco excluye los diferentes tipos de soporte de registro comnmente utilizados, ya se trate de pelcula negativa, positiva , en blanco y negro o en color, papel fotogrfico en blanco y negro o en color, adems de los actuales sensores electrnicos, CCD y CMOS.

    Una cmara estenopeica puede fabricarse de forma especfica atendiendo a las siguientes necesidades:

    Recinto estanco a la luz.

    Soporte interior para el material sensible.

    Dispositivo frontal de soporte del estenopo.

    Dispositivo frontal de control de la exposicin (obturador).

    De la lista de requisitos se deduce que cualquier cmara fotogrfica cumple con la mayora de ellos salvo por el hecho de estar equipada con un objetivo. Las cmaras con obturador central (entre lentes) pierden el mecanismo de control de la exposicin si se les desmonta el objetivo. Las cmaras de banco ptico, por su condicin de modularidad, permiten con cierta facilidad montar en el alojamiento previsto para los objetivos un soporte para el estenopo; la mayora de objetivos para cmara de banco ptico permiten el desmontaje de los elementos pticos delantero y trasero, quedando el mecanismo de obturacin disponible para su uso como parte de la cmara estenopeica.

    Los cuerpos de cmara SLR son quiz el tipo de cmara que mejor se adapta para su uso como estenopeica. Una vez desmontado el objetivo intercambiable, la tapa protectora del cuerpo de la cmara, generalmente de plstico negro y con cierre de bayoneta, es un elemento al que se le puede practicar un orificio de dimensiones generosas (5mm por ejemplo); por la parte interior, no resulta nada complicado fijar un estenopo perforado en una pieza de material opaco y delgado como el papel de aluminio de uso domstico. Una alternativa la constituyen los estenopos ya perforados y calibrados que se encuentran disponibles en el mercado o las tapas de cuerpo de cmara ya preparadas para su uso con cuerpos de cmara SLR.

    APLICACIONES DE LA CMARA ESTENOPEICA

    Aunque las aplicaciones ms conocidas de las cmaras estenopeicas se enmarcan en el mbito de la curiosidad tecnolgica o el arte, la cmara desprovista de objetivo se ha utilizado tambin a lo largo del tiempo para aplicaciones relacionadas con la ciencia y la tecnologa. Este tipo de aplicaciones pueden dividirse en cuatro grandes grupos:

    Las que aprovechan la poca cantidad de luz que entra por el orificio si ste se calcula de forma ptima en relacin a la longitud del instrumento. Ello permite, sin accesorios frente a la cmara ni tiempos de exposicin anormalmente cortos, fotografiar objetos en presencia de grandes cantidades de luz o los propios emisores de luz, como el Sol, arcos voltaicos, arcos de soldadura, filamentos incandescentes, etc.

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  • Las que aprovechan la ausencia de materia en el orificio de entrada que impida el paso de determinadas radiaciones electromagnticas. Pueden as fotografiarse emisores de luz de franjas del espectro electromagntico que seran absorbidas por el cristal de las lentes de un objetivo, estando la mayora de aplicaciones relacionadas con la obtencin de imgenes de fenmenos astronmicos.

    Las que aprovechan la ausencia de distorsin en las imgenes obtenidas. A diferencia de las imgenes formadas por lentes, con la excepcin de configuraciones y modos de empleo muy restrictivos, las imgenes de cmara estenopeica estn libres de distorsin ptica sea cual sea su longitud focal y posicin relativa al objeto. Esta propiedad se ha venido utilizando en el anlisis del diseo de espacios de trabajo reducidos como cabinas de pilotaje de aviones o automviles de competicin, aunque en la actualidad, este tipo de aplicaciones se han sustituido por el empleo de imgenes virtuales generadas por computador, tambin libres de distorsin ptica y con una nitidez y resolucin ajustables a las necesidades de aplicacin.

    Las que aprovechan la mayor profundidad de campo de la cmara estenopeica. Para unas condiciones dadas, la cmara estenopeica goza de una profundidad de campo mucho mayor que la que puede mostrar la imagen registrada por un objetivo. Este extremo ha sido aprovechado para la obtencin de imgenes que incluyen primeros trminos muy cercanos al instrumento a la vez que partes de la escena alejadas del mismo. En este tipo de situaciones, la imagen estenopeica adolece de la falta de nitidez que le es propia, aunque esta prdida es prcticamente uniforme en todo el campo registrado.

    PROPIEDADES DE LAS IMGENES ESTENOPEICASEntre las propiedades de las imgenes estenopeicas, si se comparan con las imgenes correspondientes tomadas con cmaras equipadas con objetivo en las mismas condiciones, pueden enumerarse las siguientes:

    Falta de nitidez general. Mientras que un objetivo fotogrfico libre de aberraciones y limitado exclusivamente por la difraccin puede resolver con facilidad ms de 300lp/mm (pares de lneas por milmetro) para aperturas de por ejemplo, diafragma f/4, una cmara estenopeica con el orificio circular y optimizado para su longitud no superar una resolucin de 11lp/mm. Esta nitidez reducida es una de las mayores desventajas frente a las imgenes obtenidas mediante objetivos, aunque en el mbito de la imagen aplicada, comercial o la creacin artstica, ello puede constituir una ventaja.

    Mayor profundidad de campo. Como ya se coment anteriormente y para unas condiciones dadas, la falta de nitidez se aprecia por igual para los trminos cercanos que para los ms alejados de la cmara. No es posible, por lo tanto, detectar el gradiente de nitidez propio de las imgenes proporcionadas por los objetivos que est relacionado con el aumento lateral y el dimetro de la apertura.

    Mayor sensibilidad al movimiento. Para unas condiciones dadas de posicin relativa al objeto, la cmara estenopeica con orificio optimizado presenta un valor de apertura mucho mayor que la cmara provista de objetivo; para una cmara estenopeica de por ejemplo, 85mm de longitud, el orificio ptimo es de 0.34mm con el que resulta una apertura o diafragma de f/250. Por la tanto, la cantidad de luz que entra en el instrumento es mucho menor y el tiempo de exposicin necesario para estas condiciones, bastante ms largo. Este extremo, que puede considerarse un inconveniente, es susceptible de ser utilizado como una ventaja en determinados casos en los que la presencia de la huella del movimiento se valore como un elemento estticamente relevante.

    Respuesta cromtica propia. Dado que, entre otros factores, la respuesta cromtica de la mayora de soportes sensibles, tanto fotoqumicos como electrnicos, est relacionada con el tiempo de exposicin, la gran diferencia de tiempo necesaria entre estas cmaras y sus

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  • homlogas provistas de objetivo, suele traducirse en desviaciones cromticas caractersticas del soporte de registro. En este sentido, la utilizacin de soportes de registro electrnicos constituye una clara ventaja frente al trabajo con pelcula gracias a la posibilidad de procesamiento posterior de la imagen obtenida.

    Mayor desarrollo de ruido. Aunque este aspecto no sea propio de la cmara estenopeica en s misma, debe tenerse presente en el caso del uso de sensores electrnicos, CCD y CMOS. Los necesarios tiempos de exposicin relativamente largos para condiciones de iluminacin bajas, implican el desarrollo de ruido en el sensor en funcin de su propio rendimiento.

    Dificultades en la determinacin de la exposicin correcta. Tanto en el caso de los soportes de registro fotoqumicos como con los electrnicos, los tiempos de exposicin largos producen el llamado fallo de la ley de la reciprocidad, o falta de linealidad en la respuesta del sistema a progresivos aumentos del tiempo de exposicin. Aunque este aspecto es ms propio de los soportes fotoqumicos, tambin los sensores electrnicos pueden mostrarlo en los extremos de su rango dinmico; con este tipo de soporte, no obstante,