Gestión de la exposición: equivalencia / reciprocidad
Vamos a intentar ver un concepto muy sencillo de entender si se pilla bien la idea base, y que nos va a dar mucho juego a la hora de conseguir determinados efectos artísticos en nuestras fotos y vídeos.
Es posible que hayas oído o leído sobre la ‘Ley de Reciprocidad‘ o el ‘Triángulo de exposición‘…
No me gustan mucho esos nombres tan rimbombantes, porque parece que esconden un misterio insondable de la fotografía y en realidad es algo muy sencillo, que además ya hemos ido viendo a lo largo de los capítulos anteriores.
En este capítulo vamos a ver con un poco más de detalle el tema de la exposición, que es realmente lo importante y lo que hay interesa entender bien.
Y [poniendo voz de programa de misterio] vamos a desvelar los secretos de la Reciprocidad y el Triángulo de las Bermudas de exposición.
Exposición
Ya habíamos comentado que la exposición es la cantidad de luz (número de fotones) por unidad de superficie que recibe el sensor o la película fotográfica cuando hacemos una foto.
¿Para qué sirve esto?
Al final lo que buscamos es que, a partir de una escena con unas determinadas condiciones, la foto final tenga un determinado brillo, luminosidad.
Normalmente buscaremos que la imagen final no sea muy oscura ni que sea muy clara, sobre todo si queremos mantener una cierta fidelidad con respecto a la escena.
Por cuestiones artísticas podríamos buscar unos ciertos niveles de brillo alejados de la realidad.
En cualquier caso se trata de controlar eso: el brillo medio que tendrá la imagen final.
Proporcional a la cantidad de luz
La exposición es proporcional a la ‘intensidad’ de luz que llega al sensor (fotones por segundo), que a su vez depende de la iluminación de la escena y de la apertura del objetivo.
Si tenemos una escena con mucha luz llegarán más fotones por unidad de tiempo.
Si el objetivo tiene una apertura muy grande dejará pasar una parte más grande de esa luz incidente. Si la apertura es muy pequeña rechazará gran parte de la luz incidente y dejará pasar sólo un porcentaje pequeño.
Como vimos en el capítulo sobre el número f, la apertura ya tiene en cuenta la geometría del objetivo. Si nos dicen que un objetivo tiene una apertura de f/2 nos da igual su distancia focal y su forma (en lo que respecta la exposición)
Proporcional al tiempo de exposición
La cantidad total de ‘luz’ acumulada que llega al sensor o la película es proporcional al tiempo de exposición.
Es decir, si pensamos en la luz incidente como fotones por unidad de tiempo (fotones / s), más tiempo de exposición implica que el material fotosensible va a recibir (y captar) más fotones y los acumulará de alguna forma.
La cantidad acumulada la interpretaremos luego (al revelar por ejemplo o al generar la imagen digital final) como brillo, luminosidad en la imagen.
Entonces, cuanto mayor es el tiempo de exposición, más clara, más brillante, saldrá la imagen final.
No depende del tamaño del sensor o película
La exposición nos habla de cantidad de luz por unidad de superficie.
Imagina que estamos fotografiando una pared gris que está iluminada de forma homogénea.
Y configuramos la cámara para una determinada exposición, por ejemplo con una apertura de f/2 y un tiempo de exposición de 1 segundo.
Vamos a suponer que usamos el 0% para representar un negro perfecto en la imagen y un 100% para representar un blanco perfecto.
La imagen final en su conjunto tendrá un determinado ‘brillo’ medio para esos parámetros de exposición. Imaginemos que la imagen que hemos obtenido está en un 40%.
Si dividimos la imagen en cuatro trozos, cada uno de esos trozos por separado también tendrá el mismo brillo medio, 40% en este ejemplo.
Si seguimos dividiendo y dividiendo, cada uno de esos trocitos se verá igual que la imagen completa.
Es decir, en lo que respecta a la exposición nos da igual el tamaño del sensor o de la película.
Otra forma de verlo: suponiendo que con dos sensores diferentes (de diferente tamaño) estamos encuadrando la misma escena, con los mismos parámetros de exposición…
- El sensor más grande recibirá en total más fotones, pero los tiene que repartir por una superficie mayor
- El sensor más pequeño recibirá en conjunto menos fotones pero los reparte por una superficie más pequeña
Resumen sobre la exposición
La exposición ‘real’ es independiente del elemento de captación.
Nos da idea de la cantidad total de luz (acumulada) que incide sobre cada punto de una superficie.
Depende de:
- La cantidad de luz que llega de la escena
En algunos casos la podremos regular aportando más luz (flash, focos, etc.) o rebajando la cantidad de luz (filtros de densidad neutra, etc.) - La apertura del objetivo
Podemos regular (reducir) la cantidad de luz utilizando el diafragma - El tiempo de exposición
Lo podemos regular mediante el obturador de la cámara (puede ser un obturador mecánico o controlando los tiempos directamente sobre el sensor)
El elemento de captación utilizará una parte de esa luz (nunca hay una eficiencia del 100%) para almacenar de alguna forma la información de la escena.
Pero como hemos visto, la exposición real nos habla de luz, no de cómo aparecerá esa luz ‘dibujada’ en la imagen final (¿aparecerá muy clara? ¿muy oscura?)
Ya veremos más abajo que los sensores y las películas fotográficas para cámaras comerciales se calibran de tal forma que el resultado final sea idéntico (similar al menos) independientemente del modelo y de su tecnología.
Esta calibración se basa en normas desarrolladas por organismos de estandarización, por ejemplo ISO (International Organization for Standardization)
Jugando con la exposición
Para ver un poco el funcionamiento en la práctica vamos a hacer dos series de fotos.
Por el momento nos olvidamos del ‘ISO’, sólo nos interesa la luz.
Para la primera serie vamos a mantener un tiempo de exposición fijo: 1 segundo.
Vamos a comenzar configurando la apertura del objetivo en f/4.
Y vamos a ir haciendo varias fotos cerrando un paso el diafragma cada vez.
f/4 | f/5.6 | f/8 | f/11 | f/16
Podemos ver que cada foto de la serie es más oscura en promedio que la anterior (la exposición es cada vez más pequeña).
Para le segunda serie volvemos a colocar el diafragma en f/4 y el tiempo de exposición en 1 segundo.
Pero ahora sólo vamos a cambiar el tiempo de exposición, cada vez a tiempos más cortos (mayor velocidad de obturación)
1s | 1/2s | 1/4s | 1/8s | 1/16s
Ocurre exactamente lo mismo, la primera foto es más clara y se van oscureciendo progresivamente hasta llegar a la última, la más oscura.
Además, si comparamos las dos series entre sí por orden, veremos que las fotos son indistinguibles en cuanto a exposición. La primera con la primera, la segunda con la segunda, etc.
Vale, pues eso es la reciprocidad. Misterio desvelado. A otra cosa mariposa…
Reciprocidad
La Ley de Reciprocidad nos dice que podemos conseguir la misma exposición utilizando combinaciones diferentes de apertura y tiempo de exposición.
Tiene sentido porque lo que cuenta es el número total de fotones (acumulados) que recibe el sensor o la película fotográfica en cada zona.
Desde el punto de vista de la exposición da igual si esos fotones llegan todos a la vez en un instante muy pequeño o si llegan poco a poco y se van acumulando durante mucho tiempo.
No hemos metido al parámetro ISO todavía, porque cambiar el valor de ISO no afecta a la exposición real. La exposición real nos habla de luz, de cantidad de fotones por unidad de superficie.
La reciprocidad también se la suele conocer como equivalencia (Ley de Equivalencia si quieres usar esos nombres rimbombantes).
La reciprocidad / equivalencia también aplicaría a cambios que hagamos en las condiciones de la escena, por ejemplo si usamos un flash para aumentar la cantidad de luz o si usamos por ejemplo un filtro para reducir la cantidad de luz que llega al objetivo.
Pero en general se suponen unas condiciones fijas para la escena y (por algún motivo desconocido para mí) sólo se suele aplicar este concepto de ‘reciprocidad’ a los parámetros que controlamos con la cámara (cámara + objetivo)
Jugando con la reciprocidad
Vamos a jugar un poco con la reciprocidad / equivalencia.
Por el momento suponemos que estamos usando la cámara en su ISO base (por ejemplo ISO 100) o con una determinada película fotográfica (ASA 100).
Partimos de estos parámetros en la cámara:
f/8 — 1/500s — ISO100
Disparamos y obtenemos una imagen con una exposición correcta, ni subexpuesta ni sobreexpuesta (no por haber elegido esos parámetros concretos, sino porque la iluminación que hay en ese momento en la escena nos ha llevado a fijar esos parámetros).
NOTA: Velocidad de obturación y tiempo de exposición hacen referencia al mismo parámetro en fotografía: tiempo de exposición, medido en segundos. Hablamos de velocidad de obturación cuando el tiempo de exposición es muy pequeño. Aumentar la velocidad de obturación equivale a disminuir el tiempo de exposición.
La mayoría de las veces usaremos tiempos de exposición que son fracciones de segundo. Aumentar la velocidad se corresponde con aumentar el denominador. Por ejemplo, si tenemos un tiempo de exposición de 1/500s y aumentamos 1 paso la velocidad: 1/1000s, es equivalente a decir que hemos bajado 1 paso el tiempo de exposición.
Si abrimos un paso el diafragma (a f/5.6) la intensidad de luz será el doble (+1 paso de luz).
Lo podemos compensar subiendo un paso la velocidad de obturación (el tiempo de exposición será la mitad: -1 paso de luz)
La exposición de la imagen será exactamente la misma:
f/5.6 — 1/1000s — ISO100
Ahora volvemos a abrir otro paso el diafragma (a f/4).
Duplicamos la intensidad de luz con respecto al estado anterior: +1 paso
Lo compensamos subiendo un paso la velocidad de obturación (tiempo de exposición a la mitad): -1 paso
f/4 — 1/2000s — ISO100
Todas esas imágenes será equivalentes en lo que respecta a su luminosidad media.
El triángulo de exposición
En todos los cursos y tutoriales de fotografía tiene que aparecer la expresión ‘triángulo de exposición‘.
Así que, aunque no me gusta del todo ese nombre, habrá que incluirlo aquí también.
ISO
La pata que nos falta para el triángulo es el ISO.
La exposición real sólo nos habla de los fotones que llegan al sensor o la película.
Pero no todos esos fotones van a contribuir a generar la imagen. Sólo un porcentaje de ellos reaccionarán con las sales de una película fotográfica y sólo un porcentaje de fotones generarán electrones en un sensor digital.
Es decir, aquí entraría en juego la sensibilidad del soporte.
¿Por qué ISO?
En los comienzos de la fotografía, cada placa fotográfica, película o soporte tenía su propia sensibilidad (que dependía de su composición química)
Esto quiere decir que si se hacían dos fotos con la misma cámara, la misma exposición, pero con películas diferentes, cada una de las fotos sería totalmente distinta en cuanto a su nivel de brillo medio.
Hacía falta algún tipo de estandarización para hacer la vida más fácil.
Inicialmente había varios estándares, el más conocido para película era el estándar ASA (American Standards Association)
ISO (International Organization for Standardization) es la organización internacional que se encarga de la estandarización de cosas a nivel mundial.
Esta organización tomó como partida el estándar ASA para película y definió su propia norma equivalente.
Por ejemplo, el estándar actual para sensores digitales sigue la norma ISO 12232:2019. Para película existe su propia norma, etc. Y estas normas se van revisando periódicamente para incluir nuevos avances tecnológicos o corregir si fuera necesario.
En el mundo de la fotografía digital se quedó el término ISO como sinónimo de sensibilidad (aunque no es exactamente lo mismo).
Igual que los fabricantes de película tenían que seguir un estándar de sensibilidad (ASA100, ASA400…), los fabricantes de cámaras digitales tienen que seguir un estándar de ‘sensibilidad’ para sus sensores.
Exposición aparente
La exposición aparente es la exposición final de la imagen, la que realmente nos interesa en el 99.9% de las situaciones que nos encontramos en fotografía.
La ventaja de la estandarización es que si cogemos cualquier equipo fotográfico: una cámara réflex digital, una cámara de película, la cámara de un teléfono móvil…
Y las configuramos con los mismos parámetros: apertura, tiempo de exposición, ISO / ASA …
Obtendremos en todos los casos unas imágenes finales muy similares entre sí en cuanto a brillo medio (exposición aparente).
Entonces, en principio el valor de ISO lo vamos a entender como una forma de calibrar el sensor o la película fotográfica.
ISO como ‘sensibilidad’ variable
El las cámaras de película la sensibilidad la marca la película, su ISO / ASA. Por ejemplo, si ponemos una película ASA 100, toda la serie, hasta que terminemos el carrete y/o lo sustituyamos por otro, tendrá esa sensibilidad fija.
En las cámaras digitales el parámetro ISO se puede configurar sobre la marcha, para cada foto de forma independiente.
Funciona como una especie de sensibilidad variable.
Pero hay que tener en cuenta algo muy importante: el valor de ISO no afecta a la exposición real (número de fotones), sólo afecta a la exposición aparente.
Aunque es un poco más complicado, podríamos decir que el sensor tiene una sensibilidad concreta: capta siempre el mismo número de fotones dadas una condiciones de luz y un tiempo de exposición. Su sensibilidad real no depende del valor de ISO.
Dicho de otra forma: subir ISO implica construir una imagen final a partir de menos fotones.
Como la información de la escena viene en los fotones de luz: a medida que subimos ISO perdemos información y ganamos ruido.
Para imaginarlo piensa en la televisión antigua analógica: cuando la señal era muy buena la imagen se veía perfecta (mucha información, poco ruido). Cuando había tormenta, interferencias o el emisor estaba muy lejos, la imagen se veía regular (la relación señal a ruido ha bajado). Y cuando no funcionaba la antena o se desintonizaba el canal sólo se veía el ruido, el granulado, la ‘nieve’ que aparecía en la pantalla.
En la imagen final que genera la cámara ocurre lo mismo.
Subir mucho el ISO implica que hacemos más visible el ruido, y en la imagen se percibe ese ruido como una especie de granulado y de puntos de color distribuidos por toda la escena (sobre todo en las zonas más oscuras)
Subir ISO también implica reducir el rango dinámico que puede capturar la cámara (esto ya lo veremos con más detalle cuando hablemos del rango dinámico).
En las cámaras digitales modernas hay un rango bastante amplio de valores ISO que ofrecen una calidad aceptable.
De hecho, dentro de un determinado rango, que depende de cada modelo, subir ISO reduce una parte del ruido electrónico y mejora la relación señal a ruido de la imagen (a costa de reducir rango dinámico).
El valor de ISO es por tanto un parámetro más con el que vamos a jugar para ajustar la exposición aparente de la imagen final.
Esto es muy importante porque nos va a dar muchísima más flexibilidad.
El triángulo: apertura – tiempo de exposición – ISO
Vale, pues ese sería el famoso triángulo de exposición (aparente) en las cámaras digitales.
Cuando hablábamos de exposición real podíamos jugar con 2 parámetros en cámara: apertura y tiempo de exposición (velocidad de obturación)
En una cámara con ISO variable, en lugar de tener una reciprocidad que funciona con combinaciones de dos parámetros, ahora tenemos combinaciones de tres parámetros.
En el ejemplo anterior conseguíamos una determinada exposición con estas combinaciones:
f/8 — 1/500s — ISO100
f/5.6 — 1/1000s — ISO100
f/4 — 1/2000s — ISO100
Podemos jugar igualmente con el ISO para mantener la equivalencia al modificar cualquiera de los otros parámetros:
f/8 — 1/1000s — ISO200
f/8 — 1/2000s — ISO400
f/11 — 1/2000s — ISO800
…
¿Por qué no me gusta lo de ‘triángulo’?
No es que no me guste, es más bien que lo veo como un poco forzado.
No siempre tenemos un ‘triángulo’ de parámetros:
- En una cámara de película, el ISO es el que tiene la película. Sólo podemos jugar con la apertura y con la velocidad de obturación (hasta que cambiemos el carrete).
- Hay objetivos que no incluyen diafragma.
Por ejemplo la mayoría de las cámaras de móviles no incluyen diafragma, la apertura es fija, y sólo podemos jugar con la velocidad de obturación y el ISO. - Y en el triángulo de exposición no se tiene en cuenta que en muchos casos podemos modificar la luz de la escena.
- Por ejemplo si hacemos fotografía con flash, podemos jugar con la potencia del flash (subiendo o bajando pasos de luz). Y si usamos luz continua también podemos jugar igualmente con la potencia, número de puntos de luz, distancias, etc.
Todos esos son parámetros que afectan a la exposición. - En otras situaciones es necesario reducir la luz de la escena usando filtros (filtros de densidad neutra por ejemplo)
La densidad del filtro es un parámetro más. - En algunas situaciones se utiliza a la vez flash, filtro de densidad neutra, apertura, tiempo de obturación e ISO… ¿sería entonces un ‘pentágono de exposición‘?
- …
Es una tontería mía. No me hagas mucho caso.
Lo que quiero decir es que me parece más útil entender el concepto de exposición y exposición aparente.
Y que hay una serie de parámetros que podemos combinar (si están disponibles dependiendo del equipo y la situación concreta) para conseguir la exposición deseada.
A veces serán 3 parámetros (triángulo), pero otras veces serán 2 y en otras ocasiones pueden ser 5 o 7…
Reciprocidad en la práctica
Podemos hacer muchas combinaciones diferentes de apertura, velocidad de obturación, iluminación de la escena, ISO, etc. que dan como resultado la misma exposición aparente.
Pero esto normalmente no lo hacemos por capricho o al tuntún.
Cada parámetro tiene un efecto diferente que aprovecharemos para la parte artística, como veremos en el siguiente capítulo de esta serie sobre la exposición.
Habitualmente elegiremos uno de los parámetros como referencia, porque queremos un determinado propósito o por las características de la escena o por una cuestión técnica o artística.
Y los demás parámetros los ajustamos para conseguir la exposición (exposición aparente) que queremos.
Además, esas combinaciones no se pueden extender de forma indefinida porque en algún momento alcanzaremos los límites físicos de la cámara y del objetivo o límites prácticos.
Límites de la reciprocidad
En la práctica, esta equivalencia entre aperturas y tiempos de exposición no se puede mantener para todas las infinitas combinaciones.
Por una parte tenemos el límite del negro puro.
Si con una determinada configuración obtenemos una foto totalmente oscura, por mucho que bajemos la exposición no vamos a conseguir que sea más oscura.
Por la otra parte tendríamos el blanco puro (saturación)
Si llegamos a una exposición en la que toda la imagen es blanca, por mucho que subamos la exposición la imagen no puede ser más blanca.
En la película fotográfica también se puede producir pérdida de linealidad en determinadas situaciones y se deja de cumplir la reciprocidad de forma exacta.
Y además tenemos los límites físicos de la cámara y el objetivo:
- No podemos ir más allá del rango de aperturas de un objetivo.
Si el objetivo tiene una apertura máxima de f/2.8 no podemos configurar una apertura de f/2 con ese equipo. - Cada cámara tiene una velocidad de obturación máxima que no podemos superar.
- Cada cámara tiene un rango limitado de valores ISO.
¿Cuál es la exposición correcta?
Ya tenemos claro qué es exposición real (luz) y qué es exposición aparente (apariencia de la imagen final)
A partir de aquí normalmente hablaremos sólo de exposición, como sinónimo de exposición aparente, el aspecto de la imagen final.
Se entiende por exposición correcta la que queríamos conseguir en la imagen para una determinada escena.
No hay un valor de exposición ‘correcto’ o exacto.
En muchas escenas vamos a buscar cierta fidelidad entre la luminosidad de la escena real y la de la foto final.
Para la mayoría de las escenas vamos a querer evitar una subexposición exagerada y una sobreexposición exagerada.
Pero entre esos extremos hay bastante margen y en última instancia es una cuestión de criterios artísticos, gustos y preferencias personales.
En escenas en las que haya un alto contraste entre las zonas más iluminadas (luces) y las zonas más oscuras (sombras) es posible que la cámara no pueda cubrir todo ese rango (rango dinámico).
En esos casos tendremos que decidir si preferimos conservar el detalle en las zonas iluminadas o si preferimos conservar el detalle de las zonas oscuras.
Sobreexposición / subexposición
Una imagen sobreexpuesta es aquella que aparece más clara, con más luminosidad, de la que veíamos en la escena a simple vista o de la que queríamos conseguir.
Cada celda del sensor tiene una capacidad máxima. Lo podemos imaginar pensando en porcentaje: 100%.
Ese 100% correspondería en la imagen con un blanco puro.
Si dejamos que el sensor reciba luz durante el tiempo suficiente, al final todas sus celdas estarían al 100%, la imagen sería completamente blanca.
En una foto normal puede ocurrir que las zonas más claras (luces altas) lleguen a ese 100%.
Se dice que esas zonas están quemadas.
Como no hay nada más allá del 100%, esas zonas no tienen ningún tipo de detalle o textura. En esas zonas quemadas se ha perdido la información de la escena.
Algo similar ocurre si la exposición es muy baja.
Las imágenes subexpuestas son aquellas que aparecen muy oscuras con respecto a la escena o con respecto a la exposición que queríamos conseguir.
En este caso estaríamos hablando de que el color negro puro correspondería al 0% (a esa zona del sensor no ha llegado nada de luz)
Las zonas de la imagen que corresponden a un negro puro se llaman zonas empastadas. También se ha perdido ahí la información de la escena, no hay texturas ni detalles.