Fotometría: medir la luz

Fotómetros Weston 617 de 1932

Siempre queda muy bien empezar a explicar un tema con la definición de la Real Academia de la Lengua Española, así que ahí va: Fotometría es una parte de la óptica que trata de las leyes relativas a la intensidad de la luz y de los métodos para medirla.

Era previsible el significado de la palabra: Foto=luz y metro=medir.

Sin embargo hay que especificar que esta rama de la óptica, se encarga sólo de medir las radiaciones electromagnéticas capaces de estimular al sistema visual humano: la luz visible (ya hemos tratado en otras ocasiones sobre luces que los humanos no percibimos como los infrarrojos, los ultravioletas, rayos X..., pero la fotometría no las estudia).

Lo que sí puede tratar es la denominada "función de la luminosidad fotópica o espectral" que muestra las distintas sensibilidades que nuestro ojo presenta ante diferentes longitudes de onda (colores) de la luz visible, a la que se puede llamar "eficiencia luminosa relativa" de un ojo modelo -un patrón de ojo, un referente, no el ojo de Andrés Velencoso-.

El observador cuya visión coincida con la de esta curva establecida por la CIE,
se considera observador fotométrico fotópico estándar CIE.

Y todo esto se estudia teniendo en cuenta cúales son las magnitudes de la luz -flujo luminoso, Luminancia, Iluminancia...- que podéis repasar en la entrada de Luminotecnia.

Hay trucos para medir cuánta luz del día nos queda antes de que caiga el sol, o sea, cuanto tiempo nos queda de luz solar.

Pero para medir la luz por medios tecnológicos, en unidades que la cuantifican, el hombre ha fabricado un instrumento muy útil: el Fotómetro -medidor de luz-.
Éste puede tener "variantes" en función de a qué disciplinas se dedica, para adaptar sus "lecturas" al campo donde se aplique.

Uno de los aparatos más comunes es el Luxómetro.
Se trata de un dispositivo que mide la cantidad de luz que llega a un determinado lugar -concretamente la Iluminancia- y nos dice cuántos lux hay.

Esto tiene aplicaciones en diversos terrenos: por ejemplo, comprobar las condiciones de luz de una estancia para verificar si es la óptima para la actividad que en ella se desarrolla (sector de la industria, comercio, investigación, agricultura, prevención de riesgos laborales, etc).

Luxómetro con difusor plano

zelulazero.eltacnet.com

Luxómetro

Y por supuesto, un fotómetro es un instrumento muy útil para la actividad fotográfica y cinematográfica, ya que resulta de gran ayuda para cuantificar la luminosidad de una escena, y poder modificar la iluminación de ésta a conveniencia, según el resultado visual que busquemos (además, para calcular la exposición, como explicaré más adelante).

En este enlace podéis ver la evolución histórica de los fotómetros, y mucho más.

El considerado pionero en el mundo de la fotografía -aunque se sabe que no fue el primero- fue el conocido Weston Master, usado por el legendario fotógrafo Ansell Adams, creador del Sistema de Zonas.

Estos aparatitos funcionaban con una célula de Selenio -un polvillo rojo no metálico muy abundante en la corteza terrestre-. A pesar de su gran tamaño, eran poco sensibles (en lugares con poca luz, ni se inmutaban) pero al menos, no necesitaban pila para funcionar, ya que al recibir luz generaban una pequeña corriente eléctrica que hacía moverse a una aguja. Su ángulo de medición era muy amplio y poco preciso, pero su sensibilidad al color era bastante equilibrada -otros tipos de célula no ven los colores con la misma intensidad e inducen a error-.

Ansell Adams con su equipo fotográfico

Uno de los primeros modelos de fotómetros Weston

Pulsad aquí si queréis saber más sobre su historia y su manejo.

Silicio

Respecto a los diferentes tipos de fotómetro en función de su célula medidora, ésta puede ser fotogeneradora -modelos antiguos como el de Selenio- o fotorresistente -células de Sulfuro de Cadmio, Silicio...-. Las primeras hacían innecesario el uso de las pilas, que sí incorporan los modelos más actuales.

Además de las de Selenio ya citadas, hay otras:

- Sulfuro de Cadmio (CdS), polvillo naranja que deja pasar más o menos luz a través suya -de ahí que se denomine fotorresistente-. Son de reacción lenta, pero de tamaño mucho menor y 250 veces más sensibles que las de Selenio. Sin embargo, son demasiado sensibles al rojo y demasiado poco al azul, lo que puede dar lugar a errores de medición. Otro inconveniente es que retienen durante un tiempo la última lectura -se quedan como deslumbrados- lo que puede tender a interferir en la medición posterior.

Sulfuro de Cadmio

- Silicio (Sbc), elemento no metálico en forma de cristales oscuros. Esta sustancia produce un bloqueo de la corriente eléctrica que se atenúa proporcionalmente con la luz. Es pequeña, de rápida reacción y sin efecto de inercia por lecturas anteriores. Para sortear su sensibilidad extendida al rojo, suele incorporar un filtro azul. Tiene la capacidad de medir, no sólo luces continuas, sino destellos de flash, tarea imposible para el Selenio y el Sulfuro de Cadmio.

- Compuestos de Galio (arseniuros o fosfuros), cristales metálicos semiconductores de propiedades similares al silicio. Tampoco tienen inercia, son rápidas y de reducido tamaño, y su sensibilidad al color es muy similar al ojo humano. El galio es un metal muy especial, con unas propiedades muy llamativas (líquido a temperatura ambiente), y que se usa cada vez más en los inventos tecnológicos (circuitos de ordenador, leds, termómetros, placas solares, radares, satélites de comunicaciones...).

Arseniuro de Galio

Aquí y en este otro enlace podéis ver algo más, pero sabed que todos tienen una estructura común:

1. Célula fotoeléctrica (que transforma la luz en electricidad).

2. Resistencia o Micro-amperímetro, que mide la intensidad de una corriente eléctrica menor de 1 amperio.

3. Escala graduada (puede ser una pantalla con números, en el caso de los modelos digitales, que llevan un microprocesador), donde se indica numéricamente la lectura del aparato.

Pantalla de exposímetro digital

Exposímetro analógico con indicador de aguja

El funcionamiento por tanto es el siguiente: La célula capta la luz y la convierte en impulsos eléctricos, que son cuantificados por el micro-amperímetro y representados en un display o escala. Las diferencias en el esquema interno, viene dadas fundamentalmente por la necesidad o no de la intervención de una pila o batería como fuente de alimentación.

Flashímetro
(sólo sirve para medir destellos de flash)

Pero debo puntualizar: un fotómetro nos dice la cantidad de luz, no recomienda los valores que debemos poner en nuestro equipo para exponer.

Eso es lo que hace el Exposímetro: mide la luz y nos indica qué valores considera adecuados para una exposición correcta con ese nivel de luz (diafragma recomendado para una velocidad de obturación y grados ISO prefijados por nosotros). Es la adecuación de un fotómetro a la práctica fotográfica.

La mayoría de los exposímetros miden la luz continua, pero también los hay con capacidad de medir la luz de Flash, o ambas luces si escogemos la función adecuada en nuestros mandos (un sol para la continua y un rayo para la discontinua). Para medir destellos de flash, debe ser siempre un exposímetro externo, también conocido como "de mano", con una célula fotovoltaica a base de Silicio o Galio.

Exposímetro con función de flashímetro (icono del rayo) seleccionada

Sin embargo, no es un instrumento al cual se debe seguir ciegamente. Sirve para orientarnos, pero no debe decidir nuestros valores de exposición. Eso deberemos de aprender nosotros a hacerlo.

Hay que saber además que no es infalible, ya que está calibrado para creer que todas las superficies sobre las que se refleja la luz -ósea, hablamos de Luz reflejada- que cree son de un color gris medio (de ahí que vendan para fotografía cartulinas de un gris del 18% de reflectancia -aunque algunos autores defienden que la calibración es para un 12%-), y eso, claro está no es cierto.

Cuanto más se alejan los tonos de la escena a fotografiar del gris medio, más errores comete el exposímetro en su medición hacia más o menos luz de la que hay en realidad.

Ilustración extraída de centraldefotografía.com

imagen extraída de Alanrossphotography.com

Si como ocurre, cree que una superficie negra es gris, interpreta que está muy oscura la escena -tanto que el gris se vé negro- y para que salga gris medio ese objeto (su meta es esa), debe dejar entrar una gran cantidad de luz.

Para intentar evitar estas equivocaciones, se puede:

1. Hacer una lectura de luz incidente -la que le llega al motivo y no la que éste refleja-.

Medición de luz incidente

De esa manera, esquivamos la cuestión de que los objetos muy claros reflejan demasiada luz y los oscuros muy poca, lo que "despista" al exposímetro que cree estar viendo superficies grises sobre o sub-iluminadas, y recomienda recortar o aumentar demasiado la entrada de luz en la cámara.

Primer fotómetro de luz incidente. AVO Smethurst, 1937.

Estas mediciones no las podemos hacer con cualquier exposímetro: debemos tener uno externo a la cámara -conocido como "de mano"-, con un calota plana o difusor (sólo algunos modelos) o semiesférica opalina (la bolita blanca) delante de la célula medidora, y situarnos en la escena mirando a la cámara (o a la fuente de luz si queremos averiguar cómo afecta al motivo, y cómo se relaciona con otras fuentes que intervienen en la escena).

La calota plana se coloca para medir la luz incidente que llega al aparato de frente, los lux -por ejemplo cuando intentamos medir sólo una fuente de luz frontal al modelo, y no otras que están también encendidas-; mientras que la semiesférica mide de forma integral la luz que llega hasta el dispositivo -cualquier luz que esté llegando al modelo-.

Exposímetro minolta con calota plana

Calotas para exposímetro

Algunos difusores esféricos tienen dos posiciones: en la que se retraen hacia abajo mediante un anillo que los rodea, funcionan como el plano, midiendo la iluminancia (por eso los luxómetros tienen el difusor plano).

Exposímetro con Calota, Esfera Difusora o Semiesfera Opalina

También hay modelos de estos aparatitos, que nos dejan orientar la calota para un lado u otro, como se puede ver en el modelo de la foto de arriba.

2. Medir la luz reflejada por el motivo sobre una superficie del 18% de reflectancia (aquí te dejo una para hacer gratis).
Si en la escena no la hay, podemos introducirla para hacer la lectura, y luego quitarla en la toma.
Esta operación se hace desde la posición de la cámara apuntando con el dispositivo medidor -la célula- hacia la escena (dibujito de más abajo).

Puede ser cualquier objeto gris medio (hasta camisetas venden ya pero, ¡cuidado con los lavados!).

Medición de luz reflejada. Ilustraciones extraídas de retroimagen.com

Esto lo podemos hacer tanto con un exposímetro externo -llamado "de mano"-, como con un exposímetro incorporado en la cámara -llamado TTL, porque mide la luz que pasa a través de las lentes-. Sólo puede medir lo que sale en el encuadre, y luces que sean continuas (no flash).

Ejercicio Práctico 

Te propongo que:

1.-  fotografíes un objeto blanco sobre fondo blanco (dos tomas de igual encuadre, archivos en jpeg -no vas a necesitar calidad-).

2- Tomamos la lectura del exposímetro de la cámara y luego, sin mover la cámara ni modificar el encuadre, tomamos la medida colocando delante de los objetos la carta gris (sólo debemos ver carta gris por el visor). *

3- Hacemos dos tomas idénticas pero con los valores que nos hayan salido, que serán diferentes. Es de suponer que la que tenga los valores que hemos tomado sobre la carta gris, será correcta y el histograma puede servirnos para comprobarlo.

4- Repetimos la operación pero ahora con un Objeto negro sobre fondo negro.

Maquetamos  las 4 fotos con sus datos técnicos sobre un sólo A4.
Lo hacemos, indicando las lecturas obtenidas con cada una, si es o no con carta gris -o sin carta, pero "corregido"-, y añadimos al lado de cada foto, una captura de pantalla con el histograma de Luminosidad (el blanco) que saquemos en Photoshop (Menú Ventana/Histograma) de cada imagen.... Listo para comparar!

*Si no dispones de carta gris -es lo más seguro-, deberás de ir modificando la exposición de la segunda toma, hasta comprobar que el histograma de Luminosidad resultante en la foto (el que sale en blanco, no el RGB), refleje efectivamente unos niveles en la imagen que se sitúen en la zona de las luces, para el caso del objeto blanco, y en la zona de sombras en el del negro.

Estos ejemplos son ejercicios de primero de Ciclo de Fotografía,  realizados por Pedro Gajate (negro) y Vicki Melero (blanco).

Así queda la fotografía si exponemos blanco sobre blanco según las
indicaciones de nuestro exposímetro. El histograma "centrado"
refleja grises medios que no están en la escena real 

Así queda la fotografía si exponemos algo blanco sobre negro corrigiendo
la exposición, sobrexponiendo y consiguiendo
así un histograma que refleja el blanco que teníamos en la escena.
Con esta cámara, se tuvo que sobrexponer hasta 2 STOPS

Así queda la fotografía si exponemos negro sobre negro según las
indicaciones de nuestro exposímetro, con un histograma "centrado",
que refleja tonos de luminosidad intermedia (grises)

Así queda la fotografía si exponemos negro sobre negro corrigiendo
la exposición, ósea, en este caso, "subexponiendo" y consiguiendo
así un histograma que refleja las sombras más oscuras (negros).
Con esta cámara, se tuvo que subexponer hasta 3 pasos y un tercio.

Os dejo un vídeo que trata sobre estas cuestiones:

Otro asunto a tener en cuenta es el ángulo de medición que los exposímetros usan para leer la escena. Éste puede ser más o menos abierto (abarracando una poción mayor o menor de la escena).

Un exposímetro externo, viene a tener un ángulo de medición de entre 20º y 30º (menor que la visión de un objetivo standard). Aunque no son muy comunes, también hay exposímetros zoom con ángulo de medición variable, incluso accesorios que pueden estrechar el ángulo de medición.

Exposímetro puntual

Aunque en todos los modelos y marcas no es igual, un exposímetro que pueda medir en un ángulo de entre 1 a 5 grados, se considerará "puntual" o "spot".

Exposímetro con función Spot (objetivo lateral)

Ahora bien, hay exposímetros externos puntuales -sólo spot, o bien con la posibilidad de función puntual-, y también exposímetros TTL (internos, que miden la luz que llega al sensor a través de las lentes) con modo de medición puntual.

Esta medición se usa cuando necesitamos una lectura precisa de las diferentes luminosidades que puede haber en la escena, ya que analiza una pequeñísima porción de la misma (entre un 1 y 5%, depende del fabricante). Algunos estudiosos como Guillermo Luijk, han hecho pruebas para ver cual es el ángulo efectivo de medición puntual.

Incluso hay exposímetros especiales, para medir la exposición en las cámaras de banco óptico:

- Uno al que se le acopla una "sonda", que mide la luz que llega al montante trasero (plano de la imagen) después de atravesar las lentes y de recorrer la distancia del fuelle. Analiza el punto exacto donde se coloca el medidor de la sonda (medición spot).

Cámara Técnica con exposímetro con sonda acoplada

Accesorio del Minolta Flash Meter IV

- Otros modelos para cámaras técnicas, pueden hacer una lectura global -promedio- con una estructura de una especie de casete que se inserta en el montante trasero, en el lugar del chasis; o bien el sistema  Expolux Booster, que analiza las mediciones múltiples puntuales obtenidas por la sonda, y un ordenador conectado decide cual será la exposición más adecuada para la sensibilidad y lentes escogidas (parecido a una medición inteligente). 

exposímetro Hoserman, con medición promediada. 

Booster Expolux, con ordenador portátil dedicado

Modalidades del exposímetro TTL

Relacionado con el ángulo de medición, tenemos los diferentes Modos o Modalidades de medición más comunes en las cámaras réflex: Parcial (similar a puntual pero con una zona mayor: entre un 10 y un 15% de la escena), Spot (ya explicada), Ponderada al Centro, y Matricial -también conocida como Evaluativa, Multisegmento, Panal o Inteligente-.

En función del modo escogido, el exposímetro mide unas zonas u otras de la escena, valorando más unas sobre otras (incluso ignorando partes) para el cálculo de la exposición.

La elección de un modo u otro puede dar lugar a diferentes resultados en la exposición de la toma:

Los modos disponibles  y sus iconos pueden variar con las marcas de las cámaras:

La modalidad Ponderada al Centro es la "clásica" de las cámaras réflex analógicas con exposímetro incorporado. Mide toda la escena, pero da mayor importancia a la zona central para calcular los valores de exposición.

Da buenos resultados para composiciones donde el sujeto u objeto principal esté centrado, y peores cuando no lo está y el fondo tiene mucha diferencia de luz. 

Hay una modalidad de exposición llamada Parcial, que sólo mide en un círculo central, sin tener en cuenta nada del resto de la escena. Se aconseja por ejemplo para contraluces donde el sujeto está mucho más oscuro que el fondo, para evitar siluetas.

Medición parcial. Imagen extraída de distanciafocal.org.ar

Las cámaras más avanzadas en la última década del siglo XX, ya incorporaban como novedad, algo que ahora todas traen: Medición Matricial. 

Iconos de Modo Matricial en las distintas marcas

Con ésta se miden muchos puntos repartidos por toda la escena -cuantos más, mejor-, y el resultado final tiene en cuenta todos ellos. 

En algunos sitios dicen que la cámara hace un "promedio" o una "media" entre todas las lecturas (esta idea está incluida en el vídeo que os dejo aquí, pero aunque en eso difiero del contenido, creo que en general, os ayudará a entender la medición de la exposición).

Autores que creo más autorizados, explican que nuestra máquina consulta y compara resultados similares en una base de datos interna, que decide los valores más acertados para cada caso, valiéndose de complejos cálculos matemáticos.

El resultado puede variar mucho entre ambas explicaciones. Si quieres saber más detalles sobre esas fórmulas complejas que hace el software de la cámara en esta modalidad, este artículo es el tuyo.

Es interesante que la "rejilla" que divide la escena en partes a considerar para establecer una exposición recomendada, tenga cuantas más zonas, mejor.
La tendencia, de hecho, es que las nuevas cámaras incorporen más divisiones, que viene a significar más sensores que detectan la luminosidad reflejada por la escena a fotografiar.

He podido comprobar empíricamente -lo había leído en algunos pocos sitios- que los resultados de las mediciones pueden verse influidos por la elección del punto de enfoque, de tal forma que la lectura que se nos ofrece como correcta, está considerando más importante esa zona que supuestamente queremos destacar de toda la escena.

Aquí os dejo el resultado del experimento, con las lecturas en Medición Evaluativa variable en función del punto de enfoque elegido. He disparado con Prioridad a la Velocidad (1/60), y con el mismo ISO. Los "retazos" que se ven en la imagen los he puesto para que se aprecie la diferencia de exponer con un diafragma u otro. Como se puede apreciar, en zonas de luminosidad similar, se obtiene la misma lectura (f:3,5), y en la opción de punto de enfoque automático -opción escogida muy a menudo por los usuarios- la lectura es de f:5 y la exposición propuesta da un resultado algo oscuro.

Imagen tomada con Canon 550D

Si quisiéramos, en escenas de mucho contraste podríamos elegir la zona que queremos priorizar en la exposición, de forma similar a si midiéramos "en puntual" pero ojo, la nitidez como es lógico, también se cambiaría.
No obstante esto no se puede afirmar de forma rotunda con cualquier modelo de cámara.

En cuanto a la medición Spot, también algunas cámaras -no la mayoría- pueden vincular la lectura al punto que está sirviendo para calcular el enfoque (en modos de exposición no manual). Sin embargo, otras máquinas siempre miden en el punto central con independencia del enfoque.

Cada uno tendrá que comprobar -los fabricantes no siempre facilitan información clara en los manuales- cuál es su caso.

Algunas cámaras más sofisticadas (por ejemplo la Canon 1DMkIII o la EOS3) ofrecen la opción de función "Multipuntual", que consiste en que realicemos varias lecturas puntuales -vinculadas al punto central o al punto de enfoque activo-, y se nos ofrezca una media de las mismas. Esto puede servirnos para situaciones muy especiales y complejas.

El uso general de nuestro exposímetro TTL está explicado en este vídeo:

Accesorios

Como ya se ha visto en los exposímetros con sonda para Cámaras Técnicas, algunos exposímetros admiten accesorios.

Accesorio del Minolta Flash Meter IV para varios usos:
medir en el plano focal, en el ocular de la cámara, en un microscopio,
incluso en montante trasero de cámara técnica.

Accesorios del exposímetro  de Minolta Flash Meter IV

Es el caso de los Mastersix y los Profisix, que pueden complementarse con dispositivos para adecuar el aparato a distintos usos: Repro, Lab, Profi-flex, Tele... etc. incluso hay un accesorio para poder medir la temperatura de color de la luz, convirtiéndolo en un Termocolorímetro.

Adaptador de sonda para Profisix
para Cámara Técnica

Exposímetro Profisix con adaptador
Profiflex para medir en puntual

Exposímetro Mastersix con accesorio spot

Por cierto, el que no se quiera o pueda gastar mucho dinerito, puede probar a usar su smartphone como exposímetro externo: