Índice de refracción
La medida relativa de la velocidad de la luz en un medio respecto de la del vacío se llama índice de refracción.
C es la velocidad de la luz en el vacío
v es la velocidad de la luz en el material
n siempre será mayor o igual que 1 puesto que la máxima velocidad de la luz se da en el vacío.
Refracción de la luz
Cuando la luz cambia de medio se produce el fenómeno de la refracción. El fenómeno está relacionado con la distinta velocidad de propagación de la luz en diferentes medios materiales.
El fenómeno es aprovechado por las lentes para enfocar rayos de luz en un punto y conseguir aparatos como la lupa, el microscopio, el telescopio o el objetivo de una cámara fotográfica.
Los ángulos del rayo incidente y el refractado están relacionados mediante la Ley de Snell:
Dispersión de la luz
Pero claro, decir que la onda "cambia la velocidad" tal vez sea un poco simplista. Vamos a ver, la velocidad es el cambio de posición respecto al tiempo, el "espacio partido por tiempo" de toda la vida. En el caso de las ondas este "espacio" se llama longitud de onda (la letra griega lambda).gif)
O resumiendo,
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Mientras la onda se propaga en otro medio, cambia su longitud de onda y la frecuencia se mantiene constante. Entonces, para que la igualdad se mantenga con f y v constantes, vemos que las ondas que tienen menor frecuencia cambiarán más su longitud de onda (lambda) que las que tienen mayor frecuencia. En una palabra, las ondas con frecuencias más altas se refractarán en ángulos más grandes que las ondas con con frecuencias más bajas. Este fenómeno genera la llamada "dispersión de la luz".
Sabemos que la luz que proviene del Sol está formada en realidad por la combinación de diferentes ondas con longitudes diferentes.
Podemos observarlo haciendo pasar un rayo de luz del sol (que vemos blanco) por un prisma.
Los colores que aparecen están ordenados por su longitud de onda. A mayor frecuencia, menor longitud de onda. El violeta tiene mayor frecuencia y menor longitud de onda que el rojo y por tanto se desvía más. Una luz que tiene un solo color (monocromática) sólo tiene una longitud de onda y por lo tanto no habría dispersión.
Aberración cromática
El problema de la aberración cromática viene entonces porque en el momento en que usamos una lente para enfocar una luz no monocromática en un punto, las diferentes longitudes de onda se enfocarán en puntos diferentes debido a que se refractan en ángulos diferentes.
Esto causa una merma en la calidad de las imágenes. El fenómeno es más acusado cuanta más curvatura y diámetro de la lente, o sea, en los objetivos gran angular. Veamos abajo cómo afecta la aberración cromática en función del diámetro efectivo de la lente. F1,4 es el doble de apertura que F1,7 y F2 el doble que F1,7. Se observa que así como vamos cerrando la lente (número F mayor) va disminuyendo la aberración y va mejorando la calidad.
Peeeero (siempre hay un pero) esto no es todo. Aparte de otro tipo de aberraciones ópticas, existe un factor adicional que afecta a la calidad de imagen digital; Está relacionado con la forma de capturar el color de la propia cámara
Cámaras digitales
El capturador de la cámara posee una matriz de elementos fotosensibles y es capaz de contar la cantidad de fotones que inciden durante un determinado periodo de tiempo en cada uno de esos elementos. El proceso de conversión nos da una medida del "nivel" de luz que ha alcanzado cada elemento. En principio, esta medida no nos da información de color; Vendría a ser la imagen en blanco y negro. ¿Cómo pues obtiene la cámara la información de color?.El filtro de Bayer
La información de color se obtiene disponiendo un filtro de colores sobre el sensor de esta forma:
Se observa que el patrón es RGB (Rojo, Verde, Azul) de 2x2. Se da más importancia al verde porque el ojo humano es más sensible en esa longitud de onda. Para cada cuatro elementos, tendremos la información de color de un pixel en la imagen final. La determinación del color de ese pixel se realiza a partir se la medida de las cuentas de rojo, verde y azul. La conversión de la información en crudo ("raw") a los valores de pixel se ha dado en llamar "revelado digital". El algoritmo de conversión se llama interpolación de Bayer.
El problema de la aberración cromática
Todo esto viene a cuento de que, como es evidente, el sensor es plano pero la aberración hace que los diferentes colores se enfoquen un poco "antes" o "después" de ese plano y por tanto confunden al algoritmo de interpolación. Esto causa una degradación adicional de la calidad de la imagen.Soluciones
Las soluciones son de dos tipos:- Ópticas: Se usan lentes de distintos tipos e índices de refracción para enfocar mejor los diferentes colores.
- Software: Que tiene en cuenta la aberración de cada objetivo y lo compensa en el momento del revelado.
Espero que esta entrada os haya ayudado a entender qué es la aberración cromática y cómo influye en la calidad final de la fotografía.
Un saludo a los estudiantes de Física II del Grado de Telecomunicación de la UOC.
Nota:
Cabe decir que cuando nos referimos a la "luz", queremos decir cualquier onda electromagnética.
Imagen refracción crédito: By Josell7 (Own work) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons
Imagen dispersión crédito: Wikimedia Commons
Imagen aberración cromática crédito: By Andreas 06 (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons
Imagen mosaico de Bayer: By en:User:Cburnett [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or GPL (http://www.gnu.org/licenses/gpl.html)], via Wikimedia Commons