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Profundidad de campo

El único plano que sale absolutamente nítido en una fotografía es aquel sobre el que hemos enfocado. Este plano es en el único en que los puntos correspondientes a la realidad aparecen como puntos; por delante y por detrás del plano de enfoque los puntos son captados por nuestra cámara como círculos que se van haciendo mayores al separarse el plano en el que se encuentran del plano de enfoque. A mayor desenfoque más grande se hacen estos puntos. Sin embargo, nuestros ojos son incapaces de percibir detalles muy pequeños y si esos círculos desenfocados son inferiores a nuestra competencia para resolver los detalles más finos, la sensación que percibimos es que existe una zona por detrás y por delante de este plano perfectamente enfocada. Pues bien, esta zona, donde la nitidez todavía es aceptable constituye lo que se llama profundidad de campo y al menor punto que nuestro ojo percibe como tal, y no como una mancha, se le llama círculo de confusión. De esta forma podemos definir la profundidad de campo de nuestra toma como el área que percibimos como correctamente enfocada.

Cuanto mayor sea la focal del objetivo que empleemos menor será la proporción de fondo que salga en nuestra fotografía.

La profundidad de campo depende únicamente de la ratio y del diafragma seleccionado. En algunos casos también puede depender del objetivo que estemos utilizando, ya que algunos objetivos por su construcción pueden proporcionar mayor profundidad de campo que ópticas de igual longitud focal y para un mismo diafragma, por eso a la hora de adquirir una óptica conviene consultar las características técnicas que facilita el fabricante. Cuanto menor sea el diámetro del diafragma seleccionado mayor será la profundidad de campo; por eso si seleccionamos un diafragma de f/2,8 conseguiremos mucha menos profundidad de campo que si elegimos un diafragma de f/16. Cuanta mayor sea la ratio a la que trabajemos menor será la profundidad de campo. Sobre esto poco podemos influir, como no sea componer con una ratio menor y luego recortar en el procesado la zona que nos interesa y desechar los bordes. Es una gran idea si nuestra cámara cuenta con un sensor con muchos fotocaptores, ya que aun recortando una cantidad importante podemos disponer de suficientes píxeles para realizar una copia de tamaño adecuado. Otra opción para trabajar con ratios menores es elegir cámaras con sensores más pequeños. Al ser mayor la superficie captora la ratio es mayor para retratar al mismo sujeto. Cuanto más pequeño sea el sensor más profundidad de campo conseguiremos al fotografiar un mismo sujeto.

Una vez que hemos decidido colocar una óptica concreta en nuestra cámara y compuesto la escena con una ratio determinada, si queremos aumentar la profundidad de campo únicamente podemos optar por cerrar más el diafragma.

El botón de previsualización de la profundidad de campo permite optimizar el diafragma y mantener nítida sólo la zona que nos interesa.

El uso de focales de menor longitud focal no proporciona mayor profundidad de campo en macro, por mucho que se diga así en las revistas que no quieren adentrarse más en el tema. Lo que sucede es que si mantenemos la posición de un teleobjetivo y un angular, con el primero captaremos mucha menos escena. Esto se traduce en que con un teleobjetivo obtenemos ratios mayores que con un angular a igualdad de distancia. Como hemos visto, al ser menor la ratio de trabajo por usar un angular, sí que se logra una mayor profundidad de campo. Pero si acercamos la cámara hasta abarcar con nuestro angular la misma área que con un teleobjetivo situado a mayor distancia, para obtener la misma ratio, la profundidad de campo será exactamente la misma. Lo que sí variará es la perspectiva al cambiar la posición de la cámara, pero la profundidad de campo se mantendrá inmutable si usamos un determinado diafragma (a no ser que escojamos una óptica que proporcione mayor profundidad de campo debido a su construcción, porque no todas son iguales).

A medida que ampliamos la imagen la profundidad de campo disminuye de forma muy significativa, llegando a ser de unas pocas décimas o centésimas de mm.

Nikon D300 con MicroNikkor 105 mm 1:2.8 a f/18 y 1/80. La toma está ligeramente por encima del margen de difracción del conjunto sensor-objetivo, pero aún así podemos observar como la profundidad de campo es realmente limitada. Flash rebotado en difusor blanco muy bajo y cercano para lograr una luz suave y sin contraste.

Es indiferente que consigamos una ratio con lentes de aproximación, anillos, fuelles, macro… la profundidad de campo dependerá sólo del diafragma (y de las características inherentes a la fabricación de la óptica sobre las que no podemos intervenir). De todas formas si usamos lentes de baja calidad la pérdida de definición también incrementará la sensación de desenfoque.

Círculos de confusión

Si nuestra lente fuese perfecta, el punto sobre el que enfocamos debería de aparecer como un punto completamente definido sobre el sensor. Si además el objeto es completamente plano, su representación sería completamente nítida en nuestro archivo.

Si el sujeto es tridimensional, a medida que nos separamos de ese plano donde hemos enfocado, los puntos se hacen cada vez mayores y se convierten en discos a los que damos el nombre de círculos de confusión o de desenfoque. Estos círculos deforman las líneas de borde, haciéndolas menos contrastadas y son los responsables de que no percibamos la imagen como nítida. La visión humana no es perfecta y tenemos una cierta tolerancia que provoca que si el tamaño de estos círculos de confusión no supera una cierta dimensión los sigamos considerando como puntos individuales. Este tamaño no es universal y dependerá de varios factores como la calidad de visión del observador, la distancia a la que se sitúa, la luz ambiental, el detalle y contraste del sujeto y el tamaño de la copia. Como norma general, fruto de estudios realizados a mediados del siglo pasado, se considera que si los círculos de confusión en la copia no alcanzan los 0,03 mm sobre una copia de 15x20 cm observada a unos 25 cm con buena luz y obtenida a partir de un sensor full frame, no los veremos como círculos sino como puntos y por tanto la percepción que tendremos es que el borde aparece nítido y enfocado.

El número citado tiene su origen en un cálculo realizado por Canon que estima el tamaño del círculo de confusión aceptable como la relación entre la diagonal del sensor dividido entre 1.500 para una copia de 30 cm de diagonal vista a medio metro. Es decir, que el círculo de confusión para full frame sería 43,26/1.500 =0,029, o redondeando 0,03. Si usamos un sensor tamaño APS necesitaremos ampliar más el original para alcanzar ese mismo tamaño de copia y por tanto el círculo de confusión aceptable es de 0,02 mm, resultante de realizar el mismo cálculo usando la diagonal del sensor APS. Muchas cámaras compactas tienen círculos de confusión mucho más pequeños, como 0,005, debido a que su sensor es bastante más reducido.

En cualquier caso la elección de la óptica con que vayamos a trabajar es muy importante porque, cuanto menor sea su focal, mayor será la proporción de fondo que abarque la composición. Los teleobjetivos tienen la ventaja (añadida a su mayor distancia de trabajo) de permitir aislar el sujeto contra el fondo que más nos interese, evitando que los elementos del mismo atraigan demasiado la atención. Si optamos por un objetivo con menor focal, aún trabajando más cerca para lograr la misma ratio, la cantidad de fondo que tendremos en la escena será mucho más grande. Si es muy confuso por contener demasiada información, será más difícil aislar al sujeto contra un fondo uniforme que con un teleobjetivo.

Como sabemos, la profundidad de campo se reparte de forma desigual por delante y por detrás del sujeto. De forma genérica se suele decir que se prolonga dos tercios por detrás del plano de enfoque, hacia el infinito, y otro tercio por delante, hacia la cámara. Esto no deja de ser una simple generalización adecuada para ópticas de focal inferior a los 35 mm. A medida que se aumenta la focal el reparto de la profundidad de campo es mucho más simétrico. Es otro de los motivos por los que la gente percibe que los teleobjetivos proporcionan menor profundidad de campo. En efecto, al margen de que con un angular la ratio suele ser siempre más baja que con el teleobjetivo, con éste la profundidad de campo se prolonga mucho más hacia atrás, dos tercios del total en vez de la mitad. Con angulares solemos fotografiar paisajes que continúan hacia la cámara y, por tanto, podemos apreciar que la imagen está también a foco en este tercio. Sin embargo con el teleobjetivo solemos aislar al sujeto, sin que exista nada entre el mismo y la cámara. Así suprimimos la mitad de la profundidad de campo total (la que se encuentra entre la cámara y el plano de enfoque), manteniendo sólo la otra mitad hacia el fondo, que suele estar muy lejos del sujeto y sale desenfocado. No obstante, en macro la profundidad de campo es tan exigua que la diferencia sería ínfima aún sin esta consideración sobre el reparto de la nitidez en función del objetivo que empleemos.

Cuanto más cerremos el diafragma mayor profundidad de campo obtendremos y así es posible conseguir que una mayor parte de nuestra composición salga a foco. Para ver que zonas aparecerán enfocadas en la fotografía podemos presionar el botón de previsualización de la profundidad de campo, si está disponible en nuestra cámara. Esto cerrará momentáneamente el diafragma a la apertura seleccionada para el disparo y veremos en qué zona nos interesa situar el plano de enfoque para conseguir la mayor nitidez posible en la zona que queremos resaltar. En posición normal el diafragma está en su posición más abierta, para facilitar el enfoque y la composición, ya que de esta forma entra más luz. Al activar el disparador se eleva el espejo, al tiempo que una leva hace cerrar el diafragma hasta la posición seleccionada. Instantes después se abre el obturador, el espejo vuelve a bajar y el diafragma a abrirse, quedando lista la cámara para un nuevo ciclo. Dado que el oscurecimiento para diafragmas muy cerrados o grandes extensiones puede ser muy grande, conviene esperar unos segundos hasta que nuestras pupilas reaccionen al cambio de luminosidad y podamos valorar adecuadamente la cantidad de profundidad de campo disponible. La profundidad de campo disminuye a medida que aumenta la ratio. Por encima de una ratio de dos es tan limitada, incluso con diafragmas muy cerrados, que es casi inútil medirla y, en la práctica, consideraremos que sólo el plano de enfoque será el que quedará nítido, y este debe ser, evidentemente, el más significativo. Por ejemplo, a una ampliación de 1x la profundidad de campo será de 0,4 mm a f/2.8 y de 2,24 mm a f/16. Con los mismos diafragmas a una ampliación de 5x tendríamos una profundidad de campo de 0.048 mm y 0.27 mm respectivamente. Como nos demuestran los números la ratio es un gran enemigo de la profundidad de campo.

Este rosa se fotografió con una óptica descentrable para conseguir que todos los pétalos quedasen a foco, manteniendo el fondo difuso .

Nikon D800 con MicroNikkor 85 PC 1:2.8 a f/11 y 1/90. Dos unidades de flash de estudio con cajas de 60 cm, una a 45^º y otra con 1,5 EV más de potencia en ligero contraluz.

En algún momento solemos darnos cuenta de que es factible conseguir tomas interesantes a pesar de que sólo esté enfocada una mínima superficie de la fotografía. Lo importante es que la composición sea adecuada para que esa zona sea un poderoso centro de interés y el cerebro se concentre en ella, obviando todo lo demás.

Nikon D800 con MicroNikkor 105 mm 1:2.8 a f/5,6 y 1/60. Flash a través de difusor.

El ruido disminuye la información de los bordes enfocados y el resultado es una pérdida de definición que puede ser muy acusada con sensibilidades muy altas. No es un problema relacionado con la profundidad de campo, claro está, pero sus efectos se suman como ya vimos que lo hacía la pérdida de calidad de una lente mediocre.

MicroNikkor 85 mm 1:2.8 PC en posición de máxima inclinación.

Con una cámara profesional de estudio y con ajustes delicados, es posible obtener imágenes completamente nítidas en un plano oblicuo inclinando el plano de la película y aplicando el principio de Scheimpflug, pero estas cámaras de respaldo inclinable y basculable no son el objeto de este libro. Como opción a estas cámaras de estudio tenemos objetivos descentrables y basculantes como el PC MicroNikkor 85 mm 1:2.8 D, que ofrece una ampliación directa de 1:2. Al permitir que sus lentes se inclinen hacia el sujeto, podemos lograr que el plano de enfoque no sea paralelo al plano de la cámara sino oblicuo. La profundidad de campo será la misma si no variamos el diafragma ni la ratio, pero en ocasiones podemos situar los elementos de la composición de manera que coincida con el plano de enfoque y que salga enfocada la práctica totalidad de la misma.

El principio de Scheimpflug relaciona el plano de enfoque con el del sensor y de la lente.

Algo que influye mucho en la nitidez es la forma en que apretamos el disparador. Lo ideal es activar el obturador por medio de un cable disparador y con previo levantamiento del espejo, para evitar al máximo las trepidaciones. Pero si tenemos que disparar con el dedo podemos intentar imprimirle un movimiento de rotación sobre el disparador y moverlo muy lentamente, de modo que no sepamos exactamente en qué momento se va a disparar, como hacen los francotiradores. Un movimiento brusco sobre el disparador es sinónimo de foto sin la nitidez que se pretende, bien sea por trepidación o porque el movimiento ha ocasionado la pérdida del plano de enfoque.

La profundidad de campo y el tamaño del sensor

Para un mismo tamaño del sujeto fotografiado y diafragma un sensor APS tendrá una profundidad de campo 1,5 veces mayor que otro full frame, el mismo valor que su factor de recorte. Es decir, que en APS obtendremos la misma profundidad de campo a f/5,6 que en full frame a f/8. La razón superficial es que para mantener el tamaño del sujeto necesitaremos una focal más corta o separarnos más del sujeto. La razón más profunda es que la ratio será menor en la APS que en la full frame y por tanto la APS ofrecerá mayor profundidad de campo.

Pero ¿qué sucede si trabajamos con la misma ratio en los dos formatos? En este caso, recordemos, el sujeto no saldrá del mismo tamaño en la foto. La cámara full frame tendrá mayor profundidad de campo ya que necesitará ampliarse menos veces al ser su sensor de mayor tamaño y por tanto los círculos de confusión serán menos evidentes en la copia final y la percepción de nitidez será mayor que con la APS.

La difracción

Sin duda alguna uno de los grandes problemas que tenemos en macro es el de conseguir suficiente profundidad de campo para que lo que nos interesa aparezca razonablemente nítido. Lo más obvio sería buscar más nitidez cerrando al máximo el diafragma, hasta f/22 o f/32. Pero para complicar todavía más la cosa, cuando usamos diafragmas muy cerrados, especialmente si además trabajamos con ratios mayores a uno, sufriremos el efecto físico de la difracción. Este fenómeno provoca una gran pérdida de definición al rodearse los detalles más finos de un ligero halo lo que conlleva una disminución del contraste y una sensación de falta de nitidez. Estos problemas relacionados con las manifestaciones físicas de la difracción son los que limitan la resolución máxima posible, tanto en objetivos, telescopios o microscopios. Por desgracia el límite que tienen nuestras tomas, en cuanto a nitidez, es un límite físico infranqueable.

La difracción es un fenómeno físico mediante el cual la luz al atravesar un borde opaco bien definido deja de transmitirse como partícula, y por tanto en línea recta, y se comporta como una onda. El efecto que se produce tiene cierto parecido con el que observamos al tirar una piedra en un estanque, las ondas se propagan en círculos concéntricos, pero si encuentran un obstáculo, son capaces de rodearlo. Sólo que en este caso el estanque es nuestro sensor y es la luz la que produce un patrón de anillos al otro lado del diafragma, el frente de ondas circulares interactúan entre ellas y se generan interferencias que restan definición a la toma. Si el diafragma está abierto apenas habrá bordes donde la luz se refracte, pero al ir cerrándose, la proporción entre la luz que se refracta en los bordes y la que lo atraviesa sin ser afectada es muy bajo y el efecto mucho más manifiesto. La difracción es un límite absoluto de la física y no puede ser evitado.

Cuando intentamos ampliar la profundidad de campo cerrando el diafragma hace aparición la difracción y destruye la nitidez que estamos intentando ganar. Y lo peor es que lo que realmente importa no es el diafragma seleccionado, sino la abertura efectiva, que podemos calcular con la siguiente formula:

Abertura efectiva =numero f x (ampliación +1)

Es decir, que aunque tengamos un diafragma de f/8 en nuestra cámara, si estamos trabajando a 3 aumentos la abertura efectiva será: 8x(3+1) =32 y la difracción será la que corresponde a esa abertura efectiva de f/32 y no a la que hemos puesto en nuestro objetivo.

Es muy importante probar nuestro equipo con diferentes aperturas para determinar hasta donde podemos cerrar el diafragma manteniendo el equilibrio adecuado entre profundidad de campo y pérdida de nitidez debida a la difracción.

Nikon D300 con MicroNikkor 105 mm 1:2.8 a f/19 y 1/8. Flash rebotado en reflector ligeramente desde atrás para incrementar la transparencia de las gotas.

La superficie de un CD actúa como una de red de difracción debido a que está perforado por 625 surcos por mm. Al incidir la luz sobre ellos cada surco emite luz en todas direcciones. También contribuye la interferencia pelicular.

Nikon D300 con MicroNikkor 105 mm 1:2.8 a f/5,6 y 1/4. Anillos de extensión Kenko. Luz aportada con una linterna led.

Es fácil deducir, entonces, que los problemas que genera la difracción aumentan mucho al cerrar el diafragma y muchísimo al ampliar la imagen en ratios elevadas.

Los teleconvertidores también reducen el número f efectivo, con lo cual empeoran la imagen generada por el objetivo al intensificarse el efecto de la difracción y multiplicarse también las aberraciones ópticas. Pero el problema no se circunscribe al diafragma. Los fotocaptores están algo más bajos que el borde del sensor, en una especie de micro pozo. Por encima de ellos se sitúa el borde del sensor como si fuera una caja (alguna gente denomina al espacio físico que ocupa el fotocaptor como fotositio). En este borde, como no puede ser de otra manera, la luz también sufre el fenómeno de difracción. Cuanto más pequeño sea el fotocaptor más luz refractada recibirá de los bordes en proporción a la que llega al centro sin refractarse. A igualdad de tamaño del sensor, cuanto más fotocaptores tenga más le afectará la difracción y menos podremos cerrar el diafragma sin perder nitidez, porque el tamaño de cada fotocaptor será más pequeño. Este es el motivo por el que nunca veremos diafragmas de f/8 o f/11 en cámaras compactas: son completamente inservibles ya que el tamaño del fotocaptor es muy pequeño y casi toda la superficie de captura estaría bajo los efectos de la luz difractada.

Teniendo en cuenta estos dos parámetros, diafragma y tamaño del sensor, no es conveniente cerrar el diafragma más allá de f/16 en formato APS y de f/11 en full frame como norma general. Si la cámara tiene muchos fotocaptores y genera archivos de gran tamaño, como puede ser el caso de la D800, que tiene 36 megapíxeles, el límite todavía disminuye más y empieza a ser observable a partir de f/9. Y si estamos trabajando con sujetos muy pequeños el límite todavía puede ser más bajo, sobre f/5,6 para ampliaciones con ratios de 2-3x y de f/4 para ampliaciones de 4-5x. Paradójicamente contar con cámaras que puedan generar imágenes muy detalladas gracias a contar con un elevado número de píxeles tiene como contraprestación que no podremos tener al mismo tiempo una gran profundidad de campo para apreciar ese detalle como nos gustaría.Es recomendable, para minimizar la refracción, utilizar la máxima extensión que proporcione la helicoide del propio objetivo situándolo a su mínima distancia de enfoque y después añadir la extensión imprescindible hasta alcanzar la ampliación que necesitemos.

Si la zona de nitidez de que disponemos es insuficiente, aún con el sujeto completamente paralelo al plano del sensor y el diafragma cerrado todo lo más que podamos, será mejor reducir algo la ratio de la imagen, separando la cámara, y ampliar luego selectivamente el fotograma. Si este método tampoco es aplicable a nuestra toma, será necesario realizar un apilado de imágenes siguiendo la técnica que veremos más adelante.

¿Hasta dónde podemos diafragmar?

Hemos de ser cautos a la hora de cerrar en exceso el diafragma. La reducción de nitidez debida a la difracción no se aprecia siempre de la misma manera. Depende del contenido de nuestra imagen. Será más acusada en una toma de alto contraste que con una luz suave. También se apreciará más si en la toma existen elementos con mucha información.

Por eso resulta difícil dar consejos absolutos, porque hay bastantes factores en juego, pero en general y en macro, debemos huir siempre de diafragmas superiores al f/16 o f/22 y tratar de solucionar la cuestión intentando que las partes más importantes de la toma estén todas en un plano perpendicular al eje óptico del objetivo. Como punto de partida para probar nuestro equipo y sacar nuestras propias conclusiones podemos utilizar las siguientes tablas: