Apertura, obturación, ISO. Gestión de la luz en fotografía

La apertura del diafragma del objetivo, la velocidad de obturación y la sensibilidad (ISO) forman el llamado triángulo de exposición de la cámara. La configuración de esos tres parámetros permite gestionar la cantidad de luz que recoge el sensor desde la escena.

 

Gestión de la luz en fotografía

En una entrada anterior comentamos cómo funciona la gestión de la luz desde el punto de vista del sensor electrónico de la cámara. Ahora vamos a ver un poco la gestión de la luz desde el punto de vista del fotógrafo.

 

Exposición

La exposición es la cantidad de luz que recibe el sensor al hacer una foto.

Una forma sencilla de verlo es imaginar un montón de fotones que llegan al sensor. En cada celda fotosensible del sensor los fotones se convierten en electrones. Para cada una de esas celdas, el número de electrones acumulados indica el nivel de iluminación o claridad de ese punto.

Cada celda tiene una capacidad máxima. Cuando la celda alcanza el 100% de su capacidad se corresponde con la máxima claridad posible (imaginemos blanco puro) y a partir de ahí no se pueden acumular más electrones en esa celda aunque siga llegando luz al sensor.  El valor cero indica oscuridad total para ese punto (negro absoluto).

Cuando decimos que una foto está expuesta correctamente queremos decir que se asemeja bastante a los niveles de claridad y oscuridad de la escena que estamos fotografiando. Es decir, en conjunto, las celdas han recogido la cantidad de luz adecuada para producir una imagen fiel de la escena.

Exposición para una fotografía

Una foto sobreexpuesta es aquella que muestra una claridad exagerada que no corresponde con la realidad de la escena. Si el nivel de sobreexposición es muy alto decimos que la foto está quemada: muchas celdas del sensor han rebosado (han alcanzado el 100% de su nivel) y se ha perdido mucha información sobre esa escena, las partes claras con sus diferentes tonos aparecen en la foto como blanco puro, y no corresponde con la realidad.

Una foto subexpuesta es aquella que muestra una oscuridad que no corresponde con la escena. Si la subexposición es muy exagerada perderemos toda la información de tonos y niveles de gris de las partes más oscuras de la escena, se dice que se empastan las sombras, no se pueden apreciar formas ni texturas en esas zonas en negro.

Foto subexpuesta, expuesta correctamente y sobreexpuesta

Entre la sobreexposición y la subexposición hay un margen subjetivo más o menos amplio que dependerá de los gustos y criterios de cada fotógrafo.

 

La clave está en la luz

La luz se genera en las fuentes de luz (el Sol, un foco, una vela, la Luna..). Cuando la luz incide sobre una escena, cada material absorbe unas determinadas longitudes de onda, dando lugar al color característico de cada objeto. En conjunto, cada material absorbe un porcentaje de luz y refleja el resto. Una escena tendrá normalmente unas partes más iluminadas, otras en sombra, diferentes gradientes de color y de intensidad…

La cantidad de fotones que recibe el sensor en cada punto depende de dos factores: la intensidad de la luz que le llega desde la escena y el tiempo durante el que está abierto el obturador:

cantidad de fotones  = intensidad de la luz (fotones por segundo) / tiempo (segundos)

La intensidad de la luz que llega a la cámara es un parámetro externo que depende de la escena. En un estudio podemos controlar la intensidad de la luz mediante focos por ejemplo, o podemos usar el flash de la cámara o flashes externos.

Para regular la intensidad de la luz que llega al sensor se utiliza el diafragma del objetivo, que funciona como el iris del ojo. Cuando el diafragma está muy abierto (gran apertura) deja pasar más intensidad de luz. Cuando está muy cerrado (apertura pequeña) deja pasar menos intensidad de luz.

El tiempo de exposición se regula mediante el obturador. El obturador es una cortina opaca que está colocada justo delante del sensor. El fotógrafo o los automatismos de la cámara fijan la cantidad de tiempo que el obturador estará abierto. Cuando se pulsa el disparador de la cámara el obturador se abre, deja pasar la luz al sensor durante el tiempo indicado y vuelve a cerrarse.

Podemos conseguir la misma cantidad de fotones en el sensor (misma exposición) con diferentes combinaciones de intensidad de luz y tiempo de exposición (velocidad de obturación).

Como funciona la exposición en una cámara

 

La apertura (diafragma) y la velocidad de obturación (tiempo) son parámetros ‘naturales’ que trabajan directamente con la luz. El tercer parámetro, la sensibilidad (ISO), actúa sobre la parte electrónica del sensor y funciona como un amplificador de señal. Todos los veremos con más detalle más adelante, pero este es un resumen rápido del efecto que tiene cada parámetro con respecto a la luz (exposición) y otros efectos secundarios que determinarán la elección de unos u otros valores:

 

Cámara réflex parámetros exposición

 

Cantidad de luz. Pasos

La cantidad relativa de luz que llega al sensor se suele medir en pasos (pasos de luz). Subir un paso se corresponde con doblar la cantidad de luz (se reciben el doble de fotones). Bajar un paso se corresponde con recibir la mitad de fotones.

La apertura del diafragma, la velocidad de obturación y la sensibilidad (ISO) se ajustan en pasos, de tal forma que cada paso completo de alguno de esos elementos implica un cambio del doble o mitad de la cantidad de luz (o el efecto equivalente en el caso del ISO). Las cámaras permiten un ajuste más fino en mitades o tercios de paso.

Para una misma cantidad de luz en el sensor (exposición) se pueden dar muchas combinaciones posibles de apertura, tiempo e ISO. Por ejemplo, todas las siguientes combinaciones serían equivalentes en cuanto a la exposición de la imagen (cantidad de luz).

Cámara réflex parámetros exposición. Equivalencia

En la secuencia del ejemplo anterior, primero cerramos el diafragma 1 paso pero compensamos con un tiempo de exposición doble (+1 paso), luego volvemos a cerrar el diafragma 1 paso y volvemos a compensar con +1 paso en tiempo… Lo mismo podemos hacer con los valores de ISO para compensar y obtener una determinada exposición.

Fíjate que la escala de tiempo con la que trabajan las cámaras no es del todo exacta, por ejemplo el paso de 1/60 a 1/125, o el paso de 1/8 a 1/15… no corresponden con el doble o mitad. Está hecho a propósito para trabajar con números sencillos y que sea fácil para el fotógrafo calcular mentalmente los pasos. A efectos prácticos no tiene ninguna influencia.

La relación entre apertura y tiempo de obturación se puede agrupar en un único número llamado valor de exposición, EV (exposure value). Para una determinada combinación de apertura + tiempo (y por extensión también ISO) tendremos un determinado valor de exposición. Pero lo interesante es que la escala de EV se corresponde con los pasos de apertura, obturación y sensibilidad. Por lo tanto cualquier cambio relativo entre dos valores de exposición lo podemos medir en EV y tendrá equivalencia en pasos.

En fotografía, todas las escalas que tengan alguna relación con la cantidad de luz se suelen medir en EV (-2..-1..0..+1..+2)

 

Para una determinada exposición, las combinaciones posibles de apertura, tiempo e ISO están condicionadas por las limitaciones físicas de la cámara y objetivo: apertura máxima, apertura mínima, velocidad máxima de obturación, ISO mínimo e ISO máximo. El tiempo de exposición en teoría puede ser todo lo grande que se quiera.

En la práctica, además de los límites físicos hay que tener en cuenta los criterios de calidad de la imagen (por ejemplo subir ISO tiene como efecto la aparición de ruido, grano) y los criterios estéticos y artísticos.

 

Qué efecto tiene en la foto cada parámetro

Velocidad de obturación:

Fotografía: efecto de la velocidad de obturación

  • Exposición. Tiempo de exposición alto: más luz llega al sensor. Tiempo de exposición bajo: menos luz llega al sensor.
  • Una velocidad de obturación alta (tiempo de exposición muy pequeño) permite congelar las escenas en movimiento.
  • Si la velocidad es baja y hay movimiento en la escena, los objetos en movimientos saldrán movidos, dejarán una estela en la imagen.
  • Si la velocidad es baja también afectan los movimientos y vibraciones de la propia cámara y el fotógrafo. Por ejemplo disparando a mano alzada se sigue la regla de que el tiempo mínimo es 1 partido por la distancia focal. Por ejemplo, con un objetivo de 200mm  la referencia sería  1/200 de tiempo de exposición. Pero depende mucho del pulso del fotógrafo, postura, si se está usando estabilizador de imagen, etc. Es preferible asegurar con tiempos de exposición más bajos o utilizar trípode para evitar trepidación.
  • Muchas cámaras (réflex, compactas avanzadas) tienen la opción de dejar abierto el obturador todo el tiempo que queramos (modo bulb). La limitación en este caso vendría por el hecho de que cuando el sensor está operativo durante mucho tiempo genera más ruido térmico.

 

 

Apertura del diafragma:

Fotografía: efecto de la apertura del diafragma

 

  • Exposición. Diafragma más abierto: más luz llega al sensor. Diafragma más cerrado: menos luz llega al sensor
  • Profundidad de campo. La apertura afecta a la profundidad de campo de la imagen. La profundidad de campo es el tramo en el que la escena aparece enfocada y nítida, en función de lo cerca o lejos que se encuentren los objetos con respecto a la cámara.
    Más apertura (número f más bajo): menos profundidad de campo / desenfoque selectivo / bokeh
    Menos apertura (número f más alto): más profundidad de campo / más escena enfocada
  • Difracción.  La difracción de la luz es un fenómeno físico que tiene lugar en el borde interno del diafragma (en el borde del agujero por el que entra la luz). La difracción se nota sobre todo a medida que se cierra el diafragma, normalmente en valores altos de f (f/16, f/22..). El efecto es una pérdida de nitidez de la imagen.
  • Punto dulce. Todos los objetivos tienen un punto dulce en el recorrido del diafragma, desde la apertura máxima a la apertura mínima. El punto dulce es la apertura con la que se consigue mayor nitidez y calidad de imagen. Con aperturas grandes se notan más las aberraciones de las lentes, con aperturas pequeñas se notan más los efectos de la difracción. El punto dulce suele estar en las aperturas intermedias (f/8, f/11..)

 

Ejemplo del efecto de la apertura sobre la profundidad de campo. Para la misma exposición, la foto de la izquierda (gran apertura) tiene una profundidad de campo pequeña, sólo está enfocada una parte de la escena alrededor del punto de enfoque, entre la cámara y el fondo. La foto de la derecha (pequeña apertura) tiene una gran profundidad de campo y toda la escena está enfocada, desde el objeto más cercano a la cámara hasta el fondo.

 

Ejemplos profundidad de campo / apertura diafragma

La apertura máxima de un objetivo suele ser una de las características más importantes y determina en buena parte el coste del mismo. Una gran apertura máxima da más flexibilidad al fotógrafo a la hora de trabajar en condiciones de luz poco favorables. Y desde el punto de vista artístico facilita la creación de desenfoques selectivos jugando con la profundidad de campo.

 

Sensibilidad / ISO:

Fotografía: efecto de la sensibilidad / ISO

 

  • Exposición. Aumentar el ISO equivale a amplificar más la señal obtenida con una cierta cantidad de luz. El efecto es como aumentar artificialmente la cantidad de luz que llega al sensor.
  • El principal efecto negativo de subir la sensibilidad es que al multiplicar o amplificar la señal (electrónica) también se amplifica el ruido electrónico. El ruido electrónico es una pequeña cantidad de electrones que se generan por diferentes fenómenos físicos independientemente de la cantidad de fotones que lleguen al sensor. En la imagen el ruido se ve como puntos cuya intensidad o color no corresponde con los de la escena. Se dice que la imagen tiene grano o está granulada.

 

Sensibilidad del sensor ISO y ruido

Interesa trabajar siempre con el ISO más bajo que nos permitan las circunstancias, aprovechar las combinaciones de apertura y velocidad de obturación, y usar la sensibilidad sólo cuando no nos quede más opción.  Por ejemplo si queremos fotografiar objetos en movimiento cuando hay muy poca luz seguramente tendremos que aumentar ISO para conseguir una velocidad de obturación suficientemente alta para evitar la imagen movida o trepidada.

A medida que evoluciona la tecnología de sensores y procesadores de imagen de las cámaras se consiguen equipos con mejor respuesta a ISO alto. Cada cámara tiene su propio límite en cuanto al ruido que genera a cierto ISO, y también depende del criterio de cada fotógrafo.

 

Medición de la luz. Exposímetro de la cámara

Todas las cámaras digitales incluyen un sistema de medición de la luz que recibe la cámara desde la escena (normalmente luz reflejada desde los objetos de la escena, a menos que estemos fotografiando fuentes de luz: una vela por ejemplo).

A partir de la luz que recibe, el exposímetro calcula un valor de exposición que considera correcto para la escena. El cálculo se basa habitualmente en un criterio fijo de cantidad de luz media de la imagen, que corresponde a un gris medio o gris neutro (entre el 12% y el 18%). Es decir, la cámara supone que todas las escenas, en media, reflejarán una intensidad de luz equivalente a la que reflejaría una superficie gris.

Si el exposímetro está calibrado para un criterio tan rígido, ¿no serán sus medidas erróneas la mayor parte de las veces?.  En general, el exposímetro interno funciona bastante bien porque ese criterio es aplicable a un porcentaje muy grande de las escenas que fotografiamos habitualmente.

Pero por supuesto hay escenas donde no se puede aplicar el criterio del gris neutro que decide la cámara. Por ejemplo cuando estamos fotografiando escenas con mucho blanco (escenas en la nieve, un folio blanco, fondos muy claros o luminosos, una fuente de luz…) o escenas con mucho negro (un objeto sobre un fondo negro, fotografía nocturna…). Piensa que el exposímetro ve todo en blanco y negro, sólo mide niveles de luz.

Por eso la mayoría de las cámaras permiten compensar la exposición. Si se trata de una cámara muy sencilla sin modo manual, probablemente tendrá una opción de compensación de exposición, que permite ajustar un par de pasos de luz según nos interese. Las cámaras más avanzadas permiten control manual total (apertura, velocidad de obturación, ISO) y modos semiautomáticos con compensación de exposición.

La cámara nos mostrará su criterio de exposición correcta mediante una escala dividida en mitades o cuartos de paso:

Exposímetro de la cámara

El cero corresponde con el valor de exposición que la cámara considera correcto. A partir de ahí podemos compensar hacia la derecha (sobreexponer con respecto a la medición de la cámara) o hacia la izquierda (subexponer con respecto a lo que nos aconseja la cámara)

Para conseguir la exposición que nos interesa podemos usar la combinación que consideremos más adecuada de apertura, tiempo de exposición e ISO.

En cámaras automáticas, sin control manual, su sistema tiene predefinidas unas combinaciones de apertura, velocidad e ISO para cada valor de exposición. Es decir, aunque permita compensar la exposición, internamente ajustará la apertura, la velocidad o el ISO según su criterio predefinido. Algunas cámaras incluyen modos de escena (deportes, fotografía nocturna, interiores…) que pueden ayudar en estos casos, aunque no tengamos control sobre los parámetros de forma independiente.

Muchas cámaras incluyen además la opción de elegir qué parte de la escena va a utilizar el exposímetro para medir la cantidad de luz. Las opciones típicas son:

  • Medición evaluativa / matricial. Se utiliza toda la escena para calcular el valor medio de luminosidad
  • Medición ponderada al centro. Se utiliza toda la escena pero el sistema le da más importancia al centro
  • Medición puntual o central. Se utiliza como referencia una zona muy pequeña de la escena (alrededor del punto central de la escena)

Casos típicos en los que falla el exposímetro de la cámara:

Fotografiar escenas con mucha nieve (mucho blanco). Si nos fiamos del criterio de la cámara la nieve saldrá gris en las fotos, tenemos que compensar sobreexponiendo (hacia la derecha), por ejemplo abriendo un poco más el diafragma o con un tiempo de exposición mayor.

Fotografiar escenas con fondos muy oscuros o primeros planos de objetos oscuros. En este caso los negros aparecerían como grises en nuestras fotos. Tendremos que subexponer para que los negros queden realmente con su tono real.

 

Medición de la luz. El histograma

El histograma de una imagen es una representación estadística que muestra la distribución de puntos (píxels) en función de su valor.  El valor de cada punto representa cómo de claro o de oscuro es.

Un valor cero corresponde con la zona más oscura posible, negro empastado / negro puro. El valor 100% corresponde con el blanco puro.

Para una determinada imagen de una escena:

¿cuántos puntos hay en total con valor cero?
¿cuantos puntos con valor 1%?
¿cuántos puntos con valor 2%?

Las respuestas a esas preguntas es lo que nos ofrece el histograma de una forma visual:

Histograma de una imagen en fotografía

A partir del histograma nos podemos hacer una idea rápida de la distribución de luces (zonas claras o más iluminadas de la escena) y sombras (zonas oscuras de la escena).

Cada escena tendrá su propio histograma. El histograma típico tiene forma de campana, con muchos puntos correspondientes al rango de tonos medios, y menos puntos a medida que llegamos a los extremos (blanco puro / negro puro)

Si en una escena predominan los tonos oscuros, el histograma tendrá más información en la parte de sombras. Si por el contrario predominan las zonas muy claras, el histograma tendrá más información en la parte de altas luces.

Fíjate que no puede haber nada más allá del blanco puro (a la derecha) ni más allá del negro puro (a la izquierda).

Por ejemplo, en una fotografía sobreexpuesta el histograma aparecería desplazado hacia la derecha, con un corte abrupto en la zona de blanco puro, lo que indicaría que hay muchos puntos quemados y posiblemente pérdida de información en las altas luces. También habría probablemente pérdida de información en la zona de sombras, los tonos negros de la escena aparecerían grises en la imagen.

Histograma en fotografía

Lo ideal sería ajustar la exposición de la cámara de tal forma que se recoja toda la información posible de la escena, justo hasta el límite en que se comienza a perder información.

A veces encontraremos escenas que incluyen zonas muy oscuras y zonas muy iluminadas, y habrá que decidir si se da preferencia a las altas luces o a las sombras. Un ejemplo típico en fotografía de bodas es la foto de pareja: con la novia vestida de blanco y el novio vestido de negro.

La mayoría de las cámaras actuales incluyen la opción de visualizar el histograma en el momento de hacer la foto, o después sobre la imagen ya tomada. El histograma nos da más información (o una información más fiable y completa) que el exposímetro de la cámara. El exposímetro nos indica el punto de partida y el histograma nos ofrece la información necesaria para compensar la exposición hasta el valor más adecuado a la escena.

Además del histograma de luminosidad, muchas cámaras permiten visualizar los histogramas individualizados de los tres canales de color: rojo, verde y azul.

 

Más sobre la apertura (diafragma)

El diafragma funciona como el iris del ojo, se abre o se cierra para dejar pasar más o menos luz.

 

Apertura de objetivo cámara fotográfica
Foto: Nayuki (CC BY 2.0)

 

El diafragma normalmente está formado por un mecanismo con palas o aletas que al girar forman un hueco en el centro.

Diafragma de objetivo fotográfico

Cuanto mayor sea el número de aletas más perfecto será el círculo interior, y un indicador de la calidad del objetivo.

Puedes imaginar al objetivo de una cámara como un embudo que recoge luz y la envía hacia el sensor de la cámara. Cuanto más grande sea la boca del embudo, más intensidad de luz captará.

La apertura del diafragma se expresa con el número f, que no es más que la relación entre la distancia focal y el diámetro del hueco interno del diafragma. Cuanto menor es el número, mayor es la apertura del diafragma con respecto a la distancia focal del objetivo.

Por ejemplo, un valor de f/1 en un objetivo de distancia focal 50mm correspondería con un diámetro de apertura de 50mm.

La escala de aperturas se divide en pasos. Cada paso corresponde con una apertura del diafragma que tiene la mitad de superficie con respecto al valor anterior (y por lo tanto deja pasar la mitad de intensidad de luz)

f/1 – f/1.4 – f/2 – f/2.8 – f/4 – f/5.6 – f/8 – f/11 – f/16 – f/22 – f/32

La mayoría de las cámaras permiten ajustar la apertura con intervalos de medio paso o un tercio de paso, para tener más precisión.

 

 

Más sobre el tiempo de exposición / obturador

El tiempo de exposición en las cámaras se mide en segundos y partes de segundo. Por ejemplo 1/500 correspondería con dividir 1 segundo en 500 partes y coger uno de esos instantes.

1/500 = 0.002 s = 2 milisegundos

Por debajo del segundo las cámaras suelen indicar el número entero, no la fracción. Esta suele ser la escala habitual en pasos:

… 2″ | 1″ | 2 | 4 | 8 | 15 | 30 | 60 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 …

La mayoría de las cámaras permiten ajustar en mitades de paso o tercios de paso para tener más precisión.

Hay dos tipos de obturadores: mecánicos y electrónicos. Los obturadores convencionales son elementos mecánicos que utilizan dos cortinillas para abrir y cerrar rápidamente el paso de luz al sensor. La mayoría de las cámaras réflex utilizan un obturador mecánico (ojo, obturador mecánico controlado electrónicamente por la cámara). Las cámaras de gama media suelen llegar a 1/4000. Las cámaras de gama profesional a 1/8000

Los obturadores mecánicos funcionan normalmente con dos cortinillas sincronizadas que se mueven como guillotinas. Con dos cortinillas se pueden conseguir esos tiempos de exposición tan pequeños. Con una única cortina sería imposible alcanzar esas velocidades.

Los obturadores electrónicos en realidad no son un dispositivo como tal, sino un sistema para activar y desactivar el sensor, que está siempre expuesto a la luz. Como no hay elementos mecánicos pueden alcanzar tiempos de exposición muy bajos (1/16000…). Sin embargo este sistema tiene algunos efectos secundarios no deseados en la imagen. Algunas cámaras incluyen los dos sistemas, el obturador convencional para tiempos de exposición ‘normales’ y obturador electrónico para alta velocidad.

 

Más sobre la sensibilidad / ISO

Echa un vistazo a este artículo sobre el funcionamiento básico del sensor de una cámara digital.

 

 

 

Más sobre los objetivos de las cámaras

Sobre la profundidad de campo

Objetivos recomendados para cámaras réflex Canon

Objetivos recomendados para cámaras réflex Nikon