"Háblame, oh Musa, y cuéntame del hábil varón que en su largo extravío, tras haber arrasado la

sagrada ciudadela de Ilión, conoció las ciudades y el ingenio de innumerables gentes".

Homero
, Odisea, Canto I



sábado, 3 de julio de 2010

Balance de blancos en paisaje astronómico

Lo que viene a continuación es una pedrada técnica, poco apta para almas sensibles, pero si se toman la molestia de leerlo creo que les puede resultar muy útil, al menos si están interesados en la fotografía de paisaje astronómico.

Todo aficionado a la fotografía con ganas de aprender se ha topado alguna vez con el concepto del balance de blancos. Es inevitable, aunque no se tengan conocimientos previos, preguntarse por qué algunas fotografías salen con los colores tan absurdamente tergiversados, tan absolutamente distintos a lo que nuestros ojos contemplaban en el momento de tomarla. ¿Es que las cámaras no son buenos testigos de la realidad? Bueno, pues lo cierto es que son mejores testigos que nuestros propios ojos.

Las cámaras digitales se calibran de tal modo que entiendan como blanco el color de una superficie u objeto que bajo la iluminación solar directa presente un equilibrio integral entre los tres colores básicos en el esquema RGB, que es el que utilizan la mayoría de fabricantes para reconstruir el color (y que en líneas generales coincide con el procedimiento que utilizan nuestros propios ojos). Pero si la luz cambia, si tiene una dominante cromática manifiesta, el balance entre los tres colores ya no será equilibrado y el sensor lo entenderá como un color diferente. Así, si iluminamos un folio con luz roja y lo fotografiamos, la cámara mostrará el folio como una superficie rojiza en lugar de blanca que es su verdadero color. Nuestra vista, que es algo mas que un simple sensor (el ojo) puesto que incorpora un sofisticado procesador autoadaptable (el cerebro), es capaz de alterar la sensación de color porque aunque el ojo percibe el desequilibrio cromático, el cerebro reconstruye la realidad al analizar la dominante común en toda la escena.

Las cámaras tratan de hacer eso mismo alterando la intensidad relativa de cada canal en función de esas dominantes. Es posible hacerlo automáticamente, imitando al cerebro, pero resulta mas preciso en muchas circunstancias introducir la información de las dominantes cromáticas, el llamado balance de blancos, de modo manual.

La cuestión es; puesto que en una escena astronómica no existe iluminación solar ni artificial (de hecho la escena no está iluminada en sentido pasivo si no compuesta de luminarias) ¿cual sería el balance de blancos a aplicar?.

De lo que se trata es de reproducir en la instantánea la misma escena que perciben nuestros ojos (o mas habitualmente cómo la percibirían si tuviesen una mayor sensibilidad). Pues bien, analizando cómo ven las escenas estelares nuestros ojos llegaremos a la respuesta.

Nuestros ojos tiene dos tipos de células detectoras que hacen las veces de los píxeles en un CCD o CMOS; los bastones (encargados de captar la luminancia o intensidad luminosa) y los conos (encargados de proporcionar la información de crominancia, o sea, los colores). Cuando la iluminación ambiente desciende por debajo de las 0.25 cd/m2 (poco mas o menos la iluminación proporcionada por la Luna llena) los conos dejan de ser activos y en consecuencia dejamos de tener sensación de color. Sin embargo, esta desconexión no es homogénea; primero perdemos la sensación del rojo, luego del verde y en último lugar del azul. Es más, los bastones, pese a no proporcionar información sobre el color, son más sensibles a la luz azul. De todo ello se deriva lo que se conoce como "Efecto Purkinje" que consiste en el desplazamiento de la sensibilidad máxima de nuestra vista desde los tonos verde-amarillentos (longitud de onda de 555 nm) a los verde-azulados (480 nm). Dado que el cerebro retiene esa información y pese a que no dispone de datos reales sobre color, tendemos a sentir las escenas nocturnas y de muy baja iluminación como si fuesen ligeramente azuladas.

Balance de blancos ajustado a luz diurna (izquierda) y 4400 ºK (derecha)

La ley de Wien, que relaciona la longitud de onda de la luz con la temperatura del objeto que la emite, nos dice que para imitar el efecto Purkinje la temperatura de color de la luz debería descender 816 ºK. Y puesto que la iluminación diurna, aquella en la que se calibran las cámaras para que reporten los mismos colores que percibe el ojo humano, se corresponde con una temperatura de color de unos 5200 ºK (al menos para Canon, el fabricante de mi cámara), el balance de blancos correcto en fotografía de paisaje astronómico sería de 4400 ºK (4384 ºK para ser exactos). Es posible que otros fabricantes calibren la iluminación diurna (solar o día despejado, según la terminología de cada uno), en temperaturas ligeramente distintas. En ese caso bastaría con hacer la resta para ese valor concreto.

Problema aparte son las situaciones en las que la escena SI está iluminada por una fuente exterior. Es el caso de la contaminación luminosa. Esta iluminación presenta una fuerte dominante rojo-anaranjada debida a las bombillas de sodio de la iluminación urbana. Estas resultan equiparables a la luz producida por el tungsteno y se consiguen buenos resultados partiendo de un balance de blancos cercano a éste (normalmente entre 2800 y 3500 ºK), aunque como no existen dos ciudades igualmente iluminadas, la mejor estrategia es partir de ese punto y modificar arriba o abajo hasta conseguir un fondo lo más neutro posible (lo que implica tomar las fotos en modo RAW o echarle mucha paciencia al tema. Mi recomendación es que si se dispara en modo JPEG se opte directamente por el balance de blancos del tungsteno).

Fotografía con balance de blancos ajustado a luz diurna en una zona muy afectada por la contaminación luminosa (arriba), a 2800 ºK para corregir la dominante (centro) y una vez substraída la misma (abajo). En la antena es posible comprobar el efecto de la distorsión cromática introducida por la iluminación y su posterior corrección.

Hay que hacer hincapié en que todo lo anterior es una guía para que las fotografías tengan un aspecto lo mas cercano posible a la percepción visual, pero no necesariamente mas cercano a la realidad. Por eso en fotografía científica los colores reales de los astros y de las nebulosas solo pueden representarse con un balance de blancos de luz diurna puesto que el color real no sufre efecto Purkinje ni estos objetos son iluminados realmente por ningún foco. La corrección real de la contaminación luminosa pasa por la eliminación de la luz parásita y no por una restructuración de los balances cromáticos, que es lo explicado aquí.

9 comentarios:

  1. Genial artículo, ahora entiendo el porque el otro dia haciendo pruebas, configuré el balance de blancos al mínimo 2500K y la foto aparecia sin la dominante anaranjada.

    Un saludo.

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  2. Gracias por el piropo y bienvenido a mi blog.

    La contaminación luminosa tiene muchos componentes. El principal es el causado por las lamparas de vapor de sodio de alta presión, que tienen una temperatura de color de unos 2100 ºK, pero también hay lamparas de vapor de mercurio, de vapor de sodio a baja presión, etc ... Cada combinación particular (cuántas haya de cada tipo) determinará la "temperatura" resultante que es por lo que yo opto por el tanteo: voy modificando la temperatura de color al tiempo que compruebo el histograma de colores hasta que éste queda razonablemente equilibrado.

    Un saludo.

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  3. Oddiseis, me quito el sombrero. Me parece un criterio muy válido.
    No obstante, no entiendo pq dices lo de la dependencia del fabricante, ¿No crees que el ajuste de luz de día debería ser simplemente usar la que nos dice la ley de Wien para la longitud de onda de máxima sensibilidad del ojo humano promedio? Y a partir de ese número corregir el efecto Purkinje como tan bién has explicado.

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  4. El problema es qué es lo que cada fabricante considere que es luz solar. El Sol emite luz como un cuerpo negro a 5780 ºK. A partir de ese dato podemos calcular el máximo de emisión y la distribución por canales de su luz pero entonces estaríamos cometiendo un error; la luz solar ha de pasar por el tamiz de la atmósfera.

    Ésta absorbe y dispersa partes de esa luz de modo que la cambia en su distribución espectral. Por ejemplo retira en buena medida las longitudes de onda del azul (que nos llega como radiación dispersa desde todos los ángulos, razón por la que el cielo es de ese color), dejando de ese modo un disco solar "amarillento", que es como percibimos nuestra estrella.

    Ese grado de "amarillez" dependerá del grado de dispersión atmosférica que a su vez está relacionado con la presencia de partículas en suspensión y aerosoles en las capas medias y altas (como te comenté en la respuesta a un comentario tuyo anterior en otra de las entradas de mi blog).

    Decidir cuales son las condiciones promedio de la iluminación solar es una arbitrariedad obligada. Que Canon decida que la luz solar tiene una temperatura de color de 5200 ºK y Nikon de 5300 ºK (es un suponer, puedes comprobarlo tú mismo y me lo comentas) no tendría nada de particular. Porque al final lo que tenemos es que bajo esas condiciones (la luz solar natural), lo blanco debe ser blanco y lo negro, negro, sea una cámara Canon o Nikon. Es decir, que cada fabricante parte de una luz solar sintética en el laboratorio y calibra sus sensores para que la respuesta que den coincida con la del ojo humano en condiciones de iluminación solar natural.

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  5. Una de las cosas que he estudiado en mi vida es un curso de un año de reportero electrónico (cámara de televisión), y recuerdo que el profesor nos decia insistentemente que teníamos SIEMPRE que balancear blancos, porque si no todo nuestro trabajo, por bueno que fuese no se podría emitir, o que si se emitia seria objeto de mofa de todos, utilizabamos las primeras cámaras de tarjeta, de 3CCD, entonces tecnología punta.

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  6. Joako, eres una auténtica caja de sorpresas. ¿Reportero electrónico?. Menudo periplo vital que te has plantado ...

    Lo bueno de la fotografía frente al vídeo es que si te equivocas de balance de blancos cuando tomaste la foto (y siempre que tires en RAW y no en JPEG) lo puedes corregir en casa al darte cuenta o incluso experimentar para ver el resultado. Digamos que es menos estresante ;-)

    Un abrazo.

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  7. Oddiseis, pero te estas refiriendo al ajuste de la cámara "Daylight"? En la arbitrariedad de ajustar determinadas condiciones de la atmosfera como daylight estoy de acuerdo.
    Peroq yo me refiero a que si ajustamos dos cámaras a x Kelvin debería dar resultades iguales, no?

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  8. No Jordi, porque no existen dos sensores iguales, que den exactamente la misma respuesta ante una misma luz. Algunos dan un matiz azulado, otros rojizo. Y eso posiblemente surja del hecho que te comentaba de que se calibran no con una luz de una temperatura de color dada si no con un foco solar sintético (lo que ellos denominan "daylight"). Y como los fabricantes no coinciden en la definición exacta de ese foco, el ajuste a cualquier otra temperatura tampoco lo hará.

    Pero lo mejor sería hacer una prueba. Uno de mis compañeros de trabajo tiene una Nikon D300 (creo). Probaré a hacer dos fotos iguales, con el ajuste de blancos en la misma temperatura de color, una con su Nikon y la otra con mi Canon 450D, a ver qué sale. Y si tú puedes hacer también una prueba paralela e independiente mejor.

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  9. Será interesante ver el resultado. Si estás tan convencido debes tener razón. Nunca me había planeado el tema. Suponía que lo hacian con una luz con una distribución de frecuencias con un pico bien marcado a una T (usando filtros bien definidos por ejemplo), o bien que existian estándares más o menos universales. Si lo hacen como cuentas entonces no es de extrañar que dependa del sensor. Me parece muy poco profesional o científico por parte de los fabricantes.

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