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Hoy voy a tratar un tema relacionado con una de mis aficiones, la fotografía, pero desde un punto de vista físico.

Sleeping kitten by Miguel Rodríguez Lago (migui) on 500px.com

Una de las cosas que más llama la atención de las fotos que se obtienen con una cámara réflex son, además de otras muchas cosas, los espectaculares desenfoques que se pueden lograr. El desenfoque tiene un valor compositivo muy grande pues aísla al objeto de la fotografía y además puede quedar muy bien estéticamente. Sí, podría dedicar otra entrada a que las cámaras réflex tienen un rango dinámico mucho mayor que las compactas en general y demás. Pero aquí, me voy a centrar en este punto: la profundidad de campo Físicamente, solo hay un un plano que tenga foco. El resto está fuera de él. Luego veremos las causas de que en la fotografía práctica esto sea cuestionable.

En los manuales de fotografía que podéis encontrar por la red veréis que se dice que lo que determina la profundidad de campo de una toma (es decir, la porción espacial que sale en foco) son dos factores: la apertura de diafragma y la distancia focal.

El diafragma lo tienen los objetivos y se abre y se cierra para dejar pasar más o menos cantidad de luz. Esto, indirectamente tiene la consecuencia de meter más o menos cosas dentro del foco. Cuanto más cerrado está el diafragma, más cosas quedan enfocadas. Lo malo es que llega un momento en que los efectos de la difracción, que siempre están presentes, empiezan a notarse dando como resultado una desagradable pérdida de definición en la imagen. Obviamente a menos cantidad de luz pueda entrar más tiempo habrá que exponer la foto para que quede bien expuesta. Pero eso es otro tema. Los objetivos capaces de abrir más el diafragma y por tanto dejar pasar más luz son mucho más caros, pesados y voluminosos que los que son poco luminosos.

El otro protagonista de la profundidad de campo es la distancia focal. Son esos números que vienen marcados, en milímetros, en los objetivos fotográficos. En la siguiente fotografía se puede apreciar en la parte inferior del objetivo (24-70) indicando que es un zoom que tiene ese recorrido.

Copyright bolbey.com

La distancia focal es el punto, desde el centro óptico de la lente, en el que convergen los rayos luminosos que vienen desde el infinito. A efectos prácticos la distancia focal está relacionada con el ángulo de visión. Entre más pequeña es, más angular es el objetivo y entre más grande es, más teleobjetivo se vuelve. Esto depende del tamaño de la película o del tamaño del sensor.

Si el tamaño del sensor es grande entonces una misma distancia focal abarca mucho más ángulo que si el tamaño del sensor es pequeño. Porque la pupila de salida de la lente, es decir, la imagen que proyectará, va a ser de diferente tamaño.

Descontando cualquier otro efecto óptico, a una misma distancia focal sacada a través de cámaras con distintos tamaños de sensor obtendríamos recortes de porciones de la misma imagen. Esto tiene como consecuencia que para igualar el encuadre hacen falta distancias focales mucho más pequeñas en sensores pequeños y distancias focales mucho más grandes en sensores mayores.

A mayor distancia focal menor profundidad de campo. En un teleobjetivo la profundidad de campo va a ser menor, a una misma apertura de diafragma, que en un objetivo angular. Luego tenemos casos especiales, como los objetivos dedicados a macrofotografía.

Aquí viene la primera diferencia: encuadrando la misma foto, una compacta tipo “apunta y dispara” cuyo sensor es pequeño utiliza una distancia focal mucho menor que una cámara réflex. ¿Consecuencia? La distancia focal entra en juego y a menor focal, mayor profundidad de campo. Así que debido al tamaño del sensor es físicamente imposible que una compacta de sensor pequeño (un móvil por ejemplo, que tan de moda están ahora para hacer fotos) pueda desenfocar como una cámara réflex.

La siguiente foto la hice con un objetivo de 150mm (con lo cual, es un teleobjetivo) y se puede apreciar que lo que queda justo detrás del foco está totalmente desenfocado y no se reconoce.

39/366

La distancia focal empleada en este caso es mucho más relevante que cualquier otro factor. A poco que el fondo esté alejado se desenfocará completamente. El desenfoque circular que se observa lo dan las palas del diafragma. Algo que tiene un sinfín de usos creativos, como por ejemplo:

20/366

Antes dije que entre los casos especiales se encuentran los objetivos dedicados a la macrofotografía. Estos objetivos se diseñan para poder conseguir una relación de aspecto del 100% del sujeto fotografiado, sobre el sensor. Esto quiere decir que si haces una foto a un objeto que mide 1 centímetro cuadrado en la realidad, su imagen medirá exactamente 1 milímetro cuadrado proyectada sobre el sensor.

En este tipo de fotografía la profundidad de campo es extremadamente reducida. Esto obliga a utilizar diafragmas muy muy cerrados si se quiere enfocar debidamente y a menudo obliga a utilizar iluminación externa (flashes) para conseguir la foto.

Who are you and what are you doing? by Miguel Rodríguez Lago (migui) on 500px.com

Es el mismo objetivo de 150 mm de antes pero en su región macro a magnificación máxima 100%. El diafragma usado es muy pequeño y aún así el cuerpo de la avispa está desenfocado y se puede observar que en el panal apenas hay un milímetro o dos metidos en foco.

Aquí es donde quitamos la careta al culpable y principal responsable de la mayor o menor profundidad de campo: la magnificación. Espera ¿no dijimos que eran el diafragma y la focal? El diafragma sí. La focal, solo indirectamente. Y se dice porque es lo que el fotógrafo puede cambiar girando un par de ruedas. Veamos por qué.

En Óptica y de forma ideal, una lente perfecta sobre la que inciden rayos procedentes del infinito inciden todos en el punto focal, en un punto. Al desplazarnos de ese punto, deja de ser un punto y se convierte en un circulito. Pues bien, a medida que nos alejamos del plano focal nuestro ojo es capaz de percibir que está fuera de foco. Entonces una persona con la visión normal ya sabe que se ha alejado porque deja de percibirlo como un punto y ahora ve una bolita. Esto permite definir lo que se conoce como círculo de confusión, que es un tamaño establecido por el fabricante de acuerdo a un convenio. En las Nikon DX mide 0.02mm mientras que en las Nikon FX (sensor de 35mm) mide 0.03mm.

Además, contamos con otro protagonista indeseado: la difracción. Este es un fenómeno producido por la naturaleza ondulatoria de la luz. Básicamente, al obligarla a pasar por un orificio pequeño (cosa que pasa si cierras mucho el diafragma por ejemplo) entonces la luz se difracta y lo que es un punto se convierte en algo parecido a lo que pasa en un estanque cuando tiras una piedra: un punto gordo central y círculos alrededor sucesión de máximos y mínimos. Esto obviamente va en detrimento de la calidad de la imagen y echa a perder la nitidez.

Una buena forma de visualizar la relación entre nitidez, profundidad de campo, difracción y círculo de confusión es haciendo una cámara estenopeica. Es decir, un cartón con un agujero y una película. Cuanto menor es el agujero en diámetro, la imagen tiene mayor resolución porque el círculo de confusión es mayor. Pero cuanto más pequeño es el agujero más difracción hay y por tanto menos nitidez. Eso sin contar con efectos de borde debidos al grosor de la caja y efectos indeseados.

La profundidad de campo se calcula según la siguiente fórmula aproximada:

f = apertura
c = círculo de confusión
m = magnificación

La magnificación es el tamaño que tiene la imagen sobre el sensor respecto al tamaño del objeto real. Acabamos de comentar que un objetivo macro tiene una relación de aspecto 1:1 ¿verdad? Pues aquí entra en juego.

Lo que viene ahora es de cajón: si el sensor de una cámara réflex de consumo es la mitad de tamaño que el de 35mm entonces hace falta variar algún parámetro de la toma para que la imagen proyectada sea equivalente. Esto ya lo sabemos porque de aquí viene el tema de necesitar una longitud focal distinta: el mismo objeto, al tener menor “pantalla” sobre la que proyectarse, va a tener que variar algún parámetro para conseguir lo mismo. Y esto a menor sensor más acusado va a ser.

Si la magnificación es pequeña, la magnificación al cuadrado es todavía más pequeña y por tanto la inversa de la magnificación al cuadrado va a ser grande. Como arriba en el numerador tenemos (1+m) y en el denominador (m^2) al final nos queda que la profundidad de campo depende inversamente de la magnificación.

Si la imagen es grande, la magnificación es grande. Si la imagen es pequeña, la magnificación es pequeña. Aquí vuelve a entrar el tamaño del sensor y nos permite concluir que, por tanto, un sensor de menor tamaño va a tener una mayor profundidad de campo, porque la magnificación es más pequeña que en un sensor mayor.

La conclusión es que si queremos bonitos desenfoques hacen falta objetivos más luminosos y estos desenfoques serán tanto o más grandes conforme mayor sea el sensor. Pero el motivo es que nos empeñamos en igualar el encuadre y esto nos obliga a usar distancias focales diferentes. Si no, el tamaño del círculo de confusión actúa en dirección opuesta y nos dice que a mayor sensor mayor profundidad de campo variando el resto de parámetros. Pero esto en fotografía real tiene poco sentido, ya que normalmente, lo que nos interesa es el encuadre y luego variar los distintos parámetros de la toma para la fotografía final.

Hoy en día existen cámaras compactas, cámaras puente y otras cuyo tamaño del sensor iguala a las de las cámaras réflex de consumo. Evidentemente he abusado del lenguaje llamando compactas a las compactas no profesionales y olvidándome de las otras. Pero hay cámaras (y no diré marcas) que lo permiten y por tanto a esas cámaras se les aplica lo mismo que a las otras. Pero en general las compactas son compactas porque todo es más pequeño :) .

Quiero destacar también, que las diferencias a nivel fotográfico son mucho mayores que el simple hecho de los desenfoques. Eso que a algunos nos vuelve locos y nos hace gastarnos miles de euros en material fotográfico y cargar con kilos y kilos en la espalda. Sutilezas que se ven, o no. Ya saben: el corazón tiene razones que la razón no entiende. Así que estas diferencias no son objetivo de esta entrada. Tal vez en el futuro.

Enlaces de interés:
- The Mathematics of Depth of Field, por Paul Skoczylas.

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