Principios de televisión estereoscópica

En EE.UU. se pretende transmitir en directo y con tecnología 3D en salas de cine, previamente preparadas, el primer partido del año de la Bowl Championship Series en la que participan equipos universitarios de fútbol americano, y lo anuncian como que los espectadores se encontraran como si estuvieran sentados en la grada del estadio. Para la próxima Super Bowl, el 1 de febrero, DreamWorks y Pepsi han preparado un par de anuncios que se emitirán por televisión y para ello repartirán 150 millones de gafas para que lo puedan ver todos los espectadores. Pero antes de hablar de televisión estereoscópica es necesario aclarar algunos conceptos básicos de lo que se considera estereoscopia con los que veremos que no es nada sencillo el desarrollo de esta técnica visual.
El concepto de estéreo es fácil asociarlo al sonido, es lo que hemos hecho desde hace bastante tiempo con los sistemas sonoros. Una de las características fundamentales de cualquier reproductor de sonido es precisamente ese, es decir, trabajar con señales estéreo. La palabra estéreo proviene del Griego y significa relativo al espacio.
¿Pero qué es una señal estéreo desde el punto de vista de una señal sonora? Una señal estéreo se define como una señal que dispone de dos canales, derecho e izquierdo, por los que se envía la misma información con diferente contenido. Es decir, cada una de las señales contiene el registro sonoro de un mismo evento pero con ciertas diferencias que nos pemirtiria situar, espacialmente, los diferentes componentes del evento.
Si somos estrictos, el observador se ha de situar formando un triangulo equilátero con respecto a las dos fuentes sonoras, de ahí los dos canales. De esta forma el  observador se encuentra formando un ángulo de 30º con respecto a cada una de las fuentes. En ese caso el observador podría situar, si cerrase los ojos en el caso de estar viéndolo, la acción sonora que se esta reproduciendo. Por ejemplo, si hubiésemos captado un concierto de una orquesta podríamos situar los diferentes componentes de la misma.
Según lo anterior, para registrar una señal sonora estéreo necesitamos dos captadores, dos micrófonos, situados uno respecto al otro a una distancia análoga a la que separan los dos oídos de la persona que escuchara esa grabación. A la hora de reproducir esa señal necesitamos dos fuentes sonoras, dos altavoces.
¿Pero como se consigue ese efecto espacial?, pues muy sencillo, con retardos y diferencias de nivel. Está claro que tanto los retardos como las diferencias de nivel son muy pequeños pero suficientes para que el oído humano lo aprecie, digamos que es el mismo efecto por el que sabemos que un coche se acerca por nuestra derecha o cuando ubicamos a una persona que nos llama a lo lejos.
Para producir una señal de audio estéreo no siempre es posible disponer de todos los medios necesarios en todo momento, intérpretes, etc., esto se soluciona realizado registros parciales, en pistas diferentes para luego obtener un master con toda la información, trabajando sobre las diferentes pistas, retocando niveles y retardos se consigue emular una señal de audio estéreo.
Hasta ahora hemos visto como se trata una señal de audio estéreo ¿pero qué tiene que ver esto con una señal de vídeo estereoscópica?, pues que nos ha permitido una breve introducción al concepto de estereoscopia, que es más conocido y utilizado, y por analogía entender mejor la problemática presentes en una señal de vídeo estereoscópica.
Al igual que disponemos de dos oídos, los humanos disponemos de dos ojos, es por esto que podemos captar volúmenes aunque nos parezca que no es posible. La imagen que se forma en el cerebro esta formada por las imágenes parciales que capta cada uno de los ojos, derecho e izquierdo, y que además es ligeramente diferente. Es algo similar al sonido captado por los oídos pero bastante mas critico, porque no es tan evidente ni sencillo, captar, postproducir y reproducir estas dos imágenes con esas pequeñísimas diferencias.
Lo que está claro es que para poder disponer de un número importante de pantallas que permita ver contenido 3D y que los usuarios se interesen con precios asequibles que dinamizen el mercado, es necesario que a la vez exista contenido interesante y en cantidad abundante. Pero claro desde el punto de vista de la producción audiovisual, ¿cómo se va a producir contenido 3D teniendo este muchas más complicaciones desde el punto de vista técnico y siendo mucho más caro que el contenido normal?.
Para captar una imagen 3D necesitamos dos cámaras, y para que el resultado sea más realista la separación entre los ejes de los objetivos debería ser de 65 mm., que es la distancia media que hay entre los dos ojos. Poner esto en práctica es extremadamente complicado porque el ancho de la inmensa mayoría de las cámaras profesionales es mayor que esa distancia. Existe una forma para trabajar utilizando soluciones con espejos, pero a su vez esto complica el ajuste requiriendo alineaciones de gran precisión, además en muchas producciones audiovisuales es necesario trabajar con varias cámaras simultaneas lo que complica en gran medida este tipo de operativos.
Cuando la distancia es mayor de esos 65 mm., es necesario tomar algunas precauciones. Teniendo en cuenta la distancia focal más adecuada se minimiza el posible efecto en la imagen posibilitando la captación de imágenes estereoscópicas. Utilizando mayores distancias se consigue acentuar en efecto de relieve pero limita los primeros planos, esto se utiliza para captar imágenes topográficas 3D desde aviones.
La ventana estéreo coincide con el plano de la pantalla. Si situamos la convergencia de las cámaras en un punto determinado, como es lógico ese punto se situara en el plano de la pantalla, en este caso los objetos situados por detrás del punto de convergencia aparecerán detrás del plano de la pantalla y los objetos situados por delante del punto de convergencia, aparecerán en la imagen por delante del plano de la pantalla por lo que se creara esa imagen virtual en 3D.
Hay que tener en cuenta que para trabajar con imágenes de gran calidad la cantidad de información es enorme porque realmente lo que se hace es duplicar la información y es algo a tener muy en cuenta a la hora de manejar, almacenar o transferir material entre dispositivos. Pero con todo, éste no es el mayor problema a la hora de trabajar que nos encontramos al trabajar con este tipo de señales y es que como el manejo de las mismas se realiza con equipos profesionales hay que tener cuidado con las especificaciones y posibilidades de los mismos a la hora de manejar dos imágenes de forma simultánea.
Uno de los principales escollos después de la captación de los contenidos se produce en la visualización de las imágenes. Como hemos visto es necesario presentar dos imágenes distintas una para el ojo derecho y otra para el izquierdo y esto tiene que ser de forma simultánea. Aunque técnicamente no es algo que resulte excesivamente complicado existe un problema que es cómo podemos ayudar a los ojos a que capten en cada momento la imagen correspondiente. Si esto no se hace de forma adecuada podemos provocar molestias visuales que implicarían un rechazo por parte del usuario a repetir la experiencia.
Podemos destacar tres sistemas de visualización para imágenes estereoscópicas, anaglifo, polarización, campo-secuencia.
El sistema anaglifo utiliza filtros de colores complementarios que pueden ser rojos y azules ó rojos y verdes. La calidad de la imagen que puede apreciar el usuario depende mucho de la calidad de estos filtros. El efecto estereoscópico se consigue al observar la doble imagen con gafas cuyos cristales son cada uno de un color, son las típicas gafas en cartón con los cristales cada uno de un color que se ofrecen para algún evento en particular y en la mayoría de los casos se aprovechan como soporte publicitario.
Pero, ¿cómo funcionan estas gafas? Realmente cada cristal actúa como un filtro de forma que la imagen que es proyectada en rojo no es vista por el ojo que tiene el cristal de ese color pero por el contrario si permite ver la imagen en azul. De esta forma forzamos a que los ojos capten la imagen correcta que le corresponde. Tiene el problema de la alteración de los colores y la pérdida de luminosidad además de producir cansancio visual después de un uso prolongado. Hay otras variantes de esta técnica que utilizar otros colores como azul y amarillo utilizado en ColorCode 3D.
El sistema de polarización es de los más utilizados. Se trata de unas gafas cuyos cristales permiten utilizar luz polarizada para separar las imágenes destinadas al ojo derecho y al ojo izquierdo. Este sistema no altera los colores pero tiene otros problemas como son la perdida de luminosidad de 1/3 en cada filtro, aunque esto se puede compensar con fuentes de luz más potentes. Y otro derivado de la imposibilidad de los filtros de eliminar el 100 % de la imagen que no le corresponde. El efecto que produce este problema es la aparición de imágenes fantasma que aumentan cuanto más contraste contenga la imagen. Por esto es necesario evitar en la medida de lo posible imágenes que contengan saltos bruscos de blanco a negro.
El sistema de campo-secuencia, es más efectivo que los dos anteriores pero también es el más caro de los tres. En este sistema se utilizan gafas de cristal líquido LCD para separar las imágenes destinadas a cada uno de los ojos. Estas imágenes se muestran secuencialmente de forma que las imágenes captadas por el sistema de una doble cámara se multiplexan para que se presenten alternativamente en los dos campos que componen un cuadro de una imagen de vídeo. El usuario utiliza las gafas de cristal líquido que se sincronizan con el trazado de cada campo oscureciendo o dejando pasar la imagen dependiendo a qué ojo está destinada. La gafa de forma alternativa, tapa uno de los dos ojos. En este caso las dos imágenes que conforman la imagen 3D se transmite una en cada campo lo que implica que se elimine una solución que se adoptó para minimizar el parpadeo de la imagen en TV como fue la utilización del sistema entrelazado que permitía aumentar el número de imágenes por segundo. Así es posible que en determinadas circunstancias se pueda apreciar ese parpadeo que se podría solucionar con sistemas que permitan aumentar el número de líneas. Hay otras posibilidades de visualización pero están más enfocadas a temas de realidad virtual y por lo tanto no tan cercanas a la televisión como es utilizar cascos estereoscópicos que disponen de dos pantallas, una para cada ojo.
Como hemos visto, todas las soluciones pasan por utilizar algún tipo de gafas que nos permita sincronizar los dos planos que conforman la imagen 3D. Esto puede suponer una serie de inconvenientes, a nivel de usuario respecto al número de gafas que debería haber en un domicilio para que todos los individuos puedan apreciar el poderío tecnológico que tenemos instalado en casa. Además no parece demasiado cómodo ni demasiado práctico ponerse unas gafas de cualquiera de las soluciones de visualización para usuarios que de por sí ya utilizan una gafas para corregir sus deficiencias visuales.
Panasonic ha presentado recientemente en Japón un sistema de cine en casa que reproduce imágenes en 3D almacenadas en un disco Blu-ray con una calidad Full HD. Este sistema permite ver imágenes 3D en una pantalla de plasma de 103″, el reproductor Blu-ray distribuye distintas imágenes de alta definición al ojo izquierdo y al derecho.
Para ver estas imágenes es necesario utilizar unas gafas especiales que se sincronizan con el plasma, con lo que se obtienen imágenes con el doble de volumen e información que una imagen convencional Full HD. Panasonic está trabajando junto a otras empresas de electrónica de consumo y estudios de Hollywood para conseguir un nuevo estándar para las imágenes 3D en Blu-ray, por el mismo motivo se está planteando una propuesta para estandarizar una Interface Multimedia de Alta Definición HDMI que pueda transmitir imágenes 3D.