Principios básicos de captación de imagen

La cámara es el equipo audiovisual que se utiliza para captar imágenes. En el caso de la Televisión estas imágenes se transforman en una señal eléctrica que posteriormente, dependiendo del tipo de cámara, quedará registrada en la propia cámara o bien se transmitirá por cable o radiofrecuencia hasta la unidad de control.
Los diferentes tipos de cámaras utilizadas en televisión son las siguientes:
–    Cámara de Estudio: Normalmente es una cámara de gran tamaño. Para mejorar su estabilidad se utiliza un trípode, que facilita el manejo de la misma, y se utiliza un monitor de imagen para realizar el encuadre de la imagen a captar.
La cámara se conecta a la unidad de control, donde realizar los ajustes necesarios, por medio de un cable.
–    Cámara EFP (Electronic Field Production): En este caso está conectada a través de un cable al control de cámaras en el cual se puede realizar los ajustes, se obtiene mejor calidad que en las cámaras tipo ENG. Las cámaras EFP se pueden utilizar sobre trípodes o sobre el hombro del operador.
–    Cámara RF: Puede ser tipo EFP o incluso ENG. Se le ha acoplado un transmisor de RF para la comunicación con el control, donde es necesario situar un receptor. La comunicación con la unidad de control no se realiza a través de cable, sino a través de la transmisión inalámbrica de radiofrecuencia. De esta forma el operador de cámara tiene mayor libertad de movimiento, si es necesario, o puede utilizar un trípode. La principal ventaja es la libertad de movimiento y la no dependencia del cable que une la cámara con el control.
–    Cámara ENG (Electronic News Gathering): Es una cámara más ligera que lleva incorporado un sistema de registro de la señal de vídeo, ya sea un manegtoscopio, un disco duro, o un grabador de tarjetas. Como alimentación utiliza baterías cuya autonomía limita su utilización.
El control de cámara es un control de calidad de la imagen que se realiza mediante ajustes electrónicos, normalmente está situado en el control de realización o en la unidad móvil.
Los ajustes a realizar permiten obtener una señal de vídeo normalizada. Jugando con la escenografía y la iluminación se pueden crear diferentes ambientes que la cámara tiene que captar de la forma más adecuada. El operador se encarga de proporcionar el encuadre requerido, para ello utiliza el zoom, y la máxima nitidez de imágenes utilizando el foco, el resto de parámetros los maneja el operador del control de cámara.
El operador de control de cámaras sobre todo realiza ajustes de niveles en la señal como los niveles de blancos, para que las señales no sobrepasen los niveles máximos. También ajusta el nivel de negro, para que ninguna señal captada por la cámara este por debajo del nivel de negro, es decir, de 0,3 Voltios. Estos ajustes es necesario realizarlos para cada caso porque dependen en gran medida de la iluminación en cada momento.
Otro ajuste necesario es el balance de color de los canales rojo, verde, y azul. Esto posibilita que cuando estamos utilizando varias cámaras, las imágenes captadas mantengan el mismo color, tono, brillo y contraste, cuando se pasa de una a otra.
También es posible ajustar la Corrección de Gamma, para compensar la no linealidad de los tubos de imagen de los receptores.
La cámara, además del control de cámara, está formada por el sistema óptico, la cabeza, el visor, y dependiendo del tipo será necesario el cable que una ésta con el control.
El sistema óptico está formado por un solo objetivo provisto de una lente motorizada de focal variable, que capta la luz reflejada de la escena y la enfoca en los filtros dicroicos. La óptica de las cámaras de TV se puede desmontar y es independiente del cuerpo, pudiendo colocar diferentes ópticas según las características de cada ocasión.
En la cabeza de cámara se obtiene la señal de vídeo a partir de la imagen enfocada por la óptica en los filtros dicroicos. Es en estos filtros ópticos donde se descompone la imagen en tres imágenes idénticas cada uno de un color, rojo, verde, y azul. Se descompone la imagen en los tres colores básicos utilizados en televisión. Estas imágenes posteriormente son exploradas por los CCD que los convierte en señal eléctrica con el contenido de la imagen captada.
La óptica es posiblemente el elemento más importante de la cámara, y limita en gran medida la calidad de la imagen obtenida. Es un elemento óptico con un componente mecánico importante que está en todo momento controlado por el operador de la cámara.
El sistema óptico está formado por un objetivo de focal variable denominado «zoom», para variar la distancia focal y el foco. El operador de cámara actúa sobre el sistema motorizado regulando los diferentes elementos de la óptica.
El objetivo «zoom» está formado por un conjunto de lentes que permiten la variación continua o gradual del ángulo de toma de la escena y del enfoque de la imagen captada en el filtro dicroico. Las lentes están montadas en un eje común, algunas de las mismas son fijas y otras se pueden desplazar a lo largo del eje mediante el «control zoom». El diafragma (iris), está situado en la zona central de conjunto de lentes que forman el sistema óptico.
Los elementos móviles son controlados por servomecanismos que permiten mantener enfocada en todo momento la imagen obtenida del filtro dicroico en los CCD´s.
El diafragma, se encuentra en la zonal central del sistema óptico, y limita la abertura del conjunto óptico, determinando la abertura relativa sobre todo el margen de ángulos de toma.
Que el sistema óptico sea de focal variable es importante porque esto permite mantener una posición fija de cámara. Si no tendríamos que desplazarla cada vez que necesitemos variar el encuadre de la imagen; si requerimos una imagen mayor tendríamos que acercar la cámara al objeto, y al revés si queremos una imagen mas pequeña tendríamos que acercar la cámara al objeto.
En la imagen 1 se pueden ver diferentes tomas obtenidas con un objetivo zoom.
Posición 1, gran angular, se corresponde con el ángulo máximo de la óptica y es el máximo alejamiento de la imagen que podemos obtener con esa óptica, esta plano se denomina plano general.
Las posiciones 2 y 3, son encuadres intermedios y se denominan plano medio largo y plano medio corto respectivamente.
Posición 4, teleobjetivo, se corresponde con el ángulo mínimo de la óptica. Con él obtenemos el máximo acercamiento posible y se denomina primer plano.
Hay que tener en cuenta que el paso de la posición 1 a la 4 se realiza de forma continua si perder en ningún momento el enfoque de la imagen, si esto se produce seria necesario realizar un ajuste en la óptica para que este movimiento sea continuo. Es el ajuste de Back Focus, que básicamente consiste en encontrar la alineación correcta de las diferentes lentes que forman el conjunto óptico.
El objetivo de focal variable al estar formado por varias lentes tiene unas perdidas considerables de luz debidas a la absorción de las diferentes lentes por eso es necesario mucha iluminación para compensar en cierto modo esas perdidas. Este inconveniente se compensa con la ventaja  de poder seleccionar de forma continua cualquier ángulo de visión sin perder el foco de la imagen.
El teleobjetivo es una óptica que permite captar imágenes desde una posición distante, se utilizan en retrasmisiones deportivas y similares. En los estudios de TV se utilizan objetivos de distancia focal media.
La distancia focal se define como la distancia en milímetros desde el mosaico de los sensores CCD o plano focal, hasta el centro óptico de la lente cuando esta enfocada al infinito, es decir, cuando esta enfocada a cualquier objeto situado a gran distancia.
El plano focal coincide con la superficie de captación de los sensores CCD. Cuando la distancia focal de la lente coincide con la diagonal del formato del tubo o del sensor CCD de la cámara se considera que la lente nos proporciona una «perspectiva natural», si la distancia focal es pequeña tenemos una óptica gran angular y si la distancia focal es grande tenemos un teleobjetivo.
El ángulo de la lente, es decir, la imagen captada tiene que ver con la distancia focal, si tenemos una imagen captada con una lente y cambiamos ésta por otra con el doble de distancia focal, la imagen obtenida será el doble que la que habíamos obtenido con la primera lente, pero la toma solo cubre la mitad de la imagen en ancho y alto.
Cuanto mayor sea la distancia focal, más estrecho será el ángulo de visión, por ejemplo, un «teleobjetivo» tiene una distancia focal larga y un ángulo de visión pequeño. Un «gran angular» tiene una distancia focal corta y un ángulo de visión grande.
El objetivo «gran angular» también se le conoce como de distancia focal corta y proporciona una imagen distorsionada  de la escena, se utilizan en espacios reducidos cuando no podemos alejar la cámara lo suficiente para captar una imagen con «perspectiva natural», todo parece mayor, haciendo que los objetos parezcan mas distantes de lo que en realidad están, es por ello que a veces cuando conocemos el espacio físico donde se graban las imágenes que vemos en televisión, nos parece que el espacio es mas pequeño de lo que pensábamos.
Una imagen está perfectamente enfocada cuando se reproduce con la máxima nitidez y está claro que esto se produce cuando la imagen está perfectamente enfocada en los elementos de captación, ya sea tubo de imagen, para las cámaras mas antiguas o en los CCD´s de las cámaras actuales.
La profundidad de campo es la distancia en la que los objetos permanecen perfectamente enfocados, permaneciendo el resto desenfocado, es decir, cuando queremos enfocar un objeto o un conjunto de objetos habrá un espacio por delante de esos objetos y otro por detrás que no quedara enfocado.
El diafragma regula la cantidad de luz que incide sobre el elemento captador de imagen, la apertura del diafragma está marcada por los números f (f-stop) cada vez que subimos un número f, es decir, un paso, la cantidad de luz que pasa por el objetivo se dividirá por dos y al revés si en lugar de subir bajamos un paso, la cantidad de luz que pasa por el objetivo se duplicará.
La apertura del diafragma afecta a la profundidad de campo, cuanto mas alto es el número f, menor apertura, y mayor será la profundidad de campo, y por el contrario cuando el número f es mas bajo, mayor apertura, la profundidad de campo será menor.
Como el diafragma regula la cantidad de luz que llega al captador, en cierto modo la iluminación de la escena fijara el número f utilizado para cada situación. A mayor iluminación mayor número f, menor apertura, y mayor profundidad de campo y el operador de cámara tendrá más fácil conseguir el foco utilizando teleobjetivos. Si estamos captando con un teleobjetivo un personaje en un primer plano y no está suficientemente iluminado cualquier movimiento del personaje aparecerá desenfocado.
El control de zoom y el foco óptico se encuentran en el exterior de la óptica y el diafragma y el foco electrónico se encuentran en la unidad de control de cámara.
El haz luminoso reflejado por la escena es recogido por el objetivo y una vez enfocado pasa a un sistema de espejos dicroicos, donde se obtienen tres versiones iguales de la escena captada en los colores rojo, verde y azul, colores primarios en televisión.
El haz luminoso incide sobre el primer espejo reflector del color azul, cuyo espesor de la capa reflectante es 1/4 del color azul, con lo que la componente azul de la imagen será reflejada hacía el correspondiente sensor CCD, dejando pasar el resto de componentes del haz luminoso.
El siguiente espejo que se encuentra el haz luminoso es el correspondiente a espejo reflector del color rojo, cuyo espesor de la capa reflectante es 1/4 del color rojo, con lo que la componente roja de la imagen será reflejada hacía el correspondiente sensor CCD, dejando pasar la componente verde de la imagen que será reflejada en correspondiente sensor CCD. De esta forma el haz de luz reflejada de la imagen captada se descompone en los tres colores primarios, rojo, verde y azul que con la exploración realizada en los correspondientes sensores CCD obtiene las señales eléctricas proporcionales a la imagen captada.
En la imagen 2 se puede ver un esquema de cómo es este proceso.
Para seleccionar la óptica que más se adapta a nuestras necesidades hay que tener en cuenta los diferentes parámetros que hemos visto, el proceso puede ser bastante complicado.  Para facilitar esta información los fabricantes utilizan un código para denominar los diferentes modelos, en el que aparece gran parte de esta información.
Este sistema de identificación esta formado por un sistema de letras y números, un prefijo, un factor de multiplicación, la mínima distancia focal, y un sufijo que nos indica las prestaciones del zoom.
El prefijo está formado por la primera letra o conjunto de letras. Indican las dimensiones y el formato del mosaico de la cámara, 2/3″ para ENG/EFP o 1/2″ para Macro Zoom, etc.
A continuación aparece un número que nos indica la relación del zoom y es el multiplicador que aplicado al número siguiente nos da la distancia focal de la lente.
Después del símbolo de multiplicar X aparece un número que es la mínima distancia focal y que nos indica el máximo ángulo de abertura de la lente.
Y por último aparece un sufijo, formado por varias letras, que nos indica las características del zoom, si se puede utilizar un convertidor a la lente, si el diafragma y el zoom esta motorizados o si por el contrario son manuales o automáticos
Si nos dicen que la óptica que utiliza nuestra cámara es la A10X4.8 EVM, nos están indicando:
A: que es una óptica de formato 2/3″ para una cámara ENG.
10: Que la relación del zoom es 10×4.8=48 mm, es decir, la distancia focal del zoom.
4.8: distancia focal de 4.8 mm
E: admite un duplicador, por lo que podríamos duplicar la distancia focal a 96mm.
VM: Zoom variable motorizado y foco manual