Un fotómetro (o iluminómetro ) es un dispositivo que se utiliza para medir la cantidad de luz. En fotografía , un exposímetro es un fotómetro acoplado a una calculadora digital o analógica que muestra la velocidad de obturación y el número f correctos para una exposición óptima , dada una determinada situación de iluminación y velocidad de la película . Del mismo modo, los exposímetros también se utilizan en los campos de la cinematografía y el diseño escénico , con el fin de determinar el nivel de luz óptimo para una escena.
Los fotómetros también se utilizan en el campo general del diseño de iluminación arquitectónica para verificar la instalación y el rendimiento adecuados de un sistema de iluminación de edificios y para evaluar los niveles de luz de las plantas en crecimiento.
Si un fotómetro da sus indicaciones en luxes , se le llama " luxómetro ". [1]
Los primeros exposímetros se llamaron actinómetros (que no debe confundirse con el instrumento científico del mismo nombre ), desarrollados por primera vez a finales del siglo XIX, después de que estuvieran disponibles placas fotográficas comerciales con una sensibilidad constante. Estos actinómetros fotográficos utilizaban papel sensible a la luz; el fotógrafo mediría el tiempo necesario para que el papel se oscureciera hasta un valor de control, proporcionando información para un cálculo mecánico de la velocidad de obturación y la apertura para un número de placa determinado. [3] : 69 Fueron populares entre 1890 y 1920 aproximadamente. [4]
_(15494003563).jpg/1280px-Dremo_Light_Meter_(1931)_(15494003563).jpg)
Los siguientes exposímetros, desarrollados aproximadamente al mismo tiempo pero que no desplazaron a los actinómetros en popularidad hasta las décadas de 1920 y 1930, se conocen como extinómetros y evalúan los ajustes de exposición correctos mediante atenuación variable. [4] Un tipo de medidor de extinción contenía una fila numerada o con letras de filtros de densidad neutra de densidad creciente. El fotógrafo colocaría el medidor frente al sujeto y anotaría el filtro con mayor densidad que aún permitía el paso de la luz incidente. En otro ejemplo, vendido como Aktino-Fotómetro de Heyde a partir de principios del siglo XX, el fotógrafo ve la escena a través de un ocular y gira el medidor para variar la densidad efectiva hasta que ya no se puede ver la escena. [6] La letra o número correspondiente a la intensidad del filtro que causaba la "extinción" de la escena se utilizó como índice en un gráfico de combinaciones apropiadas de apertura y velocidad de obturación para una velocidad de película determinada . [3] : 72
Los medidores de extinción tendían a proporcionar resultados inconsistentes porque dependían de la interpretación subjetiva y de la sensibilidad a la luz del ojo humano , que puede variar de persona a persona. [7]
¿ Más tarde , cuando? ] los medidores eliminaron el elemento humano y se basaron en tecnologías que incorporan fotodetectores de selenio , CdS y silicio .
Los fotómetros de selenio y silicio utilizan sensores que son fotovoltaicos : generan un voltaje proporcional a la exposición a la luz. Los sensores de selenio generan suficiente voltaje para conectarse directamente a un medidor; no necesitan batería para funcionar y esto las hacía muy convenientes en cámaras completamente mecánicas. Sin embargo, los sensores de selenio no pueden medir con precisión la luz baja (las bombillas comunes pueden acercarlos a sus límites) y son completamente incapaces de medir la luz muy baja, como la luz de las velas, la luz de la luna, la luz de las estrellas, etc. Los sensores de silicio necesitan un circuito de amplificación y requieren una fuente de energía como como baterías para funcionar. Los fotómetros CdS utilizan un sensor fotorresistor cuya resistencia eléctrica cambia proporcionalmente a la exposición a la luz. Estos también requieren una batería para funcionar. La mayoría de los fotómetros modernos utilizan sensores de silicio o CdS. Indican la exposición ya sea con un galvanómetro de aguja o en una pantalla LCD .
Muchas cámaras fotográficas y de video de consumo modernas incluyen un medidor incorporado que mide el nivel de luz de toda la escena y pueden realizar una medida aproximada de la exposición adecuada en función de eso. Los fotógrafos que trabajan con iluminación controlada y los directores de fotografía utilizan fotómetros portátiles para medir con precisión la luz que incide sobre varias partes de sus sujetos y utilizan la iluminación adecuada para producir los niveles de exposición deseados.
Los exposímetros generalmente se clasifican en tipos de luz reflejada o luz incidente, según el método utilizado para medir la escena.
Los medidores de luz reflejada miden la luz reflejada por la escena a fotografiar. Todos los medidores de la cámara son medidores de luz reflejada. Los medidores de luz reflejada están calibrados para mostrar la exposición adecuada para escenas "promedio". Una escena inusual con preponderancia de colores claros o reflejos especulares tendría una reflectancia mayor; un fotómetro reflejado que tome una lectura compensaría incorrectamente la diferencia de reflectancia y provocaría una subexposición. Las fotografías de atardeceres mal subexpuestas son comunes precisamente por este efecto: el brillo del sol poniente engaña al fotómetro de la cámara y, a menos que la lógica de la cámara o el fotógrafo tengan cuidado de compensar, la imagen quedará tremendamente subexpuesta y aburrida.
Este problema (pero no en el caso del sol poniente) se evita mediante fotómetros incidentes que miden la cantidad de luz que incide sobre el sujeto utilizando un difusor con un campo de visión plano o (más comúnmente) semiesférico colocado encima de la luz. sensor. Debido a que la lectura de la luz incidente es independiente de la reflectancia del sujeto, es menos probable que produzca exposiciones incorrectas en sujetos con una reflectancia promedio inusual. Tomar una lectura de luz incidente requiere colocar el medidor en la posición del sujeto y apuntarlo en la dirección general de la cámara, algo que no siempre se puede lograr en la práctica, por ejemplo, en la fotografía de paisajes donde la distancia del sujeto se acerca al infinito.
Otra forma de evitar la subexposición o la sobreexposición de sujetos con una reflectancia inusual es utilizar un medidor puntual : un medidor de luz reflejada especializado que mide la luz en un cono muy estrecho , generalmente con un ángulo de visión circular de un grado . Un fotógrafo experimentado puede tomar múltiples lecturas de las sombras, el rango medio y las luces de la escena para determinar la exposición óptima, utilizando sistemas como el Sistema de Zona .
Muchas cámaras modernas incluyen sofisticados sistemas de medición de múltiples segmentos que miden la luminancia de diferentes partes de la escena para determinar la exposición óptima. Cuando se utiliza una película cuya sensibilidad espectral no coincide con la del fotómetro, por ejemplo una película ortocromática en blanco y negro o infrarroja, el medidor puede requerir filtros especiales y recalibración para igualar la sensibilidad de la película.
Existen otros tipos de fotómetros fotográficos especializados. Los medidores de flash se utilizan en la fotografía con flash para verificar la exposición correcta. Los colorímetros se utilizan cuando se requiere alta fidelidad en la reproducción del color. Los densitómetros se utilizan en la reproducción fotográfica.
En la mayoría de los casos, un fotómetro incidente hará que un tono medio se registre como un tono medio, y un fotómetro reflejado hará que todo lo que se mida se registre como un tono medio. Lo que constituye un "tono medio" depende de la calibración del medidor y de varios otros factores, incluido el procesamiento de la película o la conversión de imágenes digitales.
La calibración del medidor establece la relación entre la iluminación del sujeto y la configuración recomendada de la cámara. La calibración de fotómetros fotográficos está cubierta por la norma ISO 2720:1974.
Para los medidores de luz reflejada, los ajustes de la cámara están relacionados con la velocidad ISO y la luminancia del sujeto mediante la ecuación de exposición a la luz reflejada:
dónde
Para los fotómetros, los ajustes de la cámara están relacionados con la velocidad ISO y la iluminancia del sujeto mediante la ecuación de exposición a la luz incidente:
dónde
La determinación de las constantes de calibración ha sido en gran medida subjetiva; ISO 2720:1974 establece que
Las constantes y se elegirán mediante análisis estadístico de los resultados de un gran número de pruebas realizadas para determinar la aceptabilidad para un gran número de observadores de una serie de fotografías, cuya exposición se conocía, obtenidas en diversas condiciones del sujeto. manera y en una gama de luminancias.
En la práctica, la variación de las constantes de calibración entre fabricantes es considerablemente menor de lo que esta afirmación podría implicar, y los valores han cambiado poco desde principios de los años setenta.
ISO 2720:1974 recomienda un rango de 10,6 a 13,4 con luminancia en cd/m 2 . Dos valores de son de uso común: 12,5 ( Canon , Nikon y Sekonic [8] ) y 14 ( Minolta , [9] Kenko , [9] y Pentax ); la diferencia entre los dos valores es aproximadamente 1 ⁄ 6 EV .
Los primeros estándares de calibración se desarrollaron para su uso con fotómetros reflejados promediadores de gran angular (Jones y Condit 1941). Aunque la medición promedio de gran angular ha dado paso en gran medida a otros patrones de sensibilidad de medición (por ejemplo, puntual, ponderada central y multisegmento), los valores determinados para los medidores promedio de gran angular se han mantenido.
La constante de calibración de la episcopía depende del tipo de receptor de luz. Son comunes dos tipos de receptores: planos ( que responden al coseno ) y hemisféricos ( que responden al cardioide ). Con un receptor plano, la norma ISO 2720:1974 recomienda un rango de 240 a 400 con iluminancia en lux ; comúnmente se utiliza un valor de 250. Un receptor plano se utiliza normalmente para medir las relaciones de iluminación, para medir la iluminancia y, ocasionalmente, para determinar la exposición de un sujeto plano.
Para determinar la exposición fotográfica práctica se ha demostrado que es más eficaz un receptor hemisférico. Don Norwood, inventor del exposímetro de luz incidente con un receptor hemisférico, pensó que una esfera era una representación razonable de un sujeto fotográfico. Según su patente (Norwood 1938), el objetivo era
proporcionar un exposímetro que responda sustancialmente de manera uniforme a la luz que incide sobre el sujeto fotográfico desde prácticamente todas las direcciones, lo que daría como resultado el reflejo de la luz hacia la cámara u otro registro fotográfico.
y el medidor proporcionaba "la medición de la iluminación efectiva que se obtiene en la posición del sujeto".
Con un receptor hemisférico, la norma ISO 2720:1974 recomienda un rango de 320 a 540 con iluminancia en lux; en la práctica, los valores suelen estar entre 320 (Minolta) y 340 (Sekonic). Las respuestas relativas de los receptores planos y hemisféricos dependen del número y tipo de fuentes de luz; cuando cada receptor apunta a una pequeña fuente de luz, un receptor hemisférico con = 330 indicará una exposición aproximadamente 0,40 pasos mayor que la indicada por un receptor plano con = 250. Con una definición ligeramente revisada de iluminancia, las mediciones con un receptor hemisférico indican "iluminación efectiva de la escena".
Comúnmente se afirma que los fotómetros reflejados están calibrados a una reflectancia del 18%, [10] pero la calibración no tiene nada que ver con la reflectancia, como debería ser evidente a partir de las fórmulas de exposición. Sin embargo, una comparación entre la calibración del fotómetro incidente y reflejado implica cierta noción de reflectancia.
Combinando las ecuaciones de exposición a la luz reflejada y a la luz incidente y reordenándolas se obtiene
La reflectancia se define como
Un difusor perfecto uniforme (que sigue la ley del coseno de Lambert ) de luminancia emite una densidad de flujo de ; la reflectancia entonces es
La iluminancia se mide con un receptor plano. Es sencillo comparar una medición de luz incidente utilizando un receptor plano con una medición de luz reflejada de una superficie plana uniformemente iluminada de reflectancia constante. Usando valores de 12,5 para y 250 para da
Con un valor de 14, la reflectancia sería del 17,6%, cercana a la de una tarjeta de prueba neutral estándar del 18%. En teoría, una medición de luz incidente debe coincidir con una medición de luz reflejada de una tarjeta de prueba de reflectancia adecuada que sea perpendicular a la dirección del medidor. Sin embargo, una tarjeta de prueba rara vez es un difusor uniforme, por lo que las mediciones de luz incidente y reflejada pueden diferir ligeramente.
En una escena típica, muchos elementos no son planos y se encuentran en distintas orientaciones con respecto a la cámara, por lo que, en la fotografía práctica, un receptor hemisférico suele resultar más eficaz para determinar la exposición. Usando valores de 12,5 para y 330 para da
Con una definición ligeramente revisada de reflectancia, se puede considerar que este resultado indica que la reflectancia promedio de la escena es aproximadamente del 12%. Una escena típica incluye áreas sombreadas así como áreas que reciben iluminación directa, y un medidor de luz reflejada promedio de gran angular responde a estas diferencias en la iluminación, así como a las diferentes reflectancias de varios elementos de la escena. La reflectancia promedio de la escena entonces sería
donde la "iluminancia efectiva de la escena" es la medida por un medidor con un receptor hemisférico.
La norma ISO 2720:1974 exige que la calibración de la luz reflejada se mida apuntando el receptor a una superficie difusa transiluminada, y que la calibración de la luz incidente se mida apuntando el receptor a una fuente puntual en una habitación oscura. Para una tarjeta de prueba perfectamente difundida y un receptor plano perfectamente difundido, la comparación entre una medición de luz reflejada y una medición de luz incidente es válida para cualquier posición de la fuente de luz. Sin embargo, la respuesta de un receptor hemisférico a una fuente de luz fuera del eje es aproximadamente la de un cardioide en lugar de un coseno , por lo que la "reflectancia" del 12% determinada para un fotómetro incidente con un receptor hemisférico es válida sólo cuando la luz La fuente está en el eje del receptor.
La calibración de cámaras con medidores internos está cubierta por la norma ISO 2721:1982; no obstante, muchos fabricantes especifican (aunque rara vez lo indican) la calibración de exposición en términos de , y muchos instrumentos de calibración (por ejemplo, probadores de cámaras multifunción Kyoritsu-Arrowin [11] ) utilizan lo especificado para establecer los parámetros de prueba.
Si una escena difiere considerablemente de una escena estadísticamente promedio, es posible que una medición de luz reflejada promedio de gran angular no indique la exposición correcta. Para simular una escena normal, a veces se realiza una medición sustituta con una tarjeta de prueba neutra o tarjeta gris .
En el mejor de los casos, una tarjeta plana es una aproximación a una escena tridimensional, y la medición de una tarjeta de prueba puede provocar una subexposición a menos que se realicen ajustes. Las instrucciones para una tarjeta de prueba neutra de Kodak recomiendan que la exposición indicada se aumente en 1 ⁄ 2 pasos para una escena con luz frontal iluminada y luz solar. Las instrucciones también recomiendan que la tarjeta de prueba se sostenga verticalmente y orientada en una dirección intermedia entre el Sol y la cámara; También se ofrecen instrucciones similares en Kodak Professional Photoguide . La combinación del aumento de la exposición y la orientación de la tarjeta proporciona exposiciones recomendadas que son razonablemente cercanas a las proporcionadas por un fotómetro incidente con un receptor hemisférico cuando se mide con una fuente de luz fuera del eje.
En la práctica, pueden surgir complicaciones adicionales. Muchas tarjetas de prueba neutras están lejos de ser reflectores perfectamente difusos, y los reflejos especulares pueden provocar un aumento de las lecturas del fotómetro reflejado que, si se siguen, darían como resultado una subexposición. Es posible que las instrucciones de la tarjeta de prueba neutral incluyan una corrección para reflejos especulares.
En iluminación también se utilizan fotómetros o detectores de luz . Su finalidad es medir el nivel de iluminación en el interior y apagar o reducir el nivel de potencia de las luminarias . Esto puede reducir en gran medida la carga energética del edificio al aumentar significativamente la eficiencia de su sistema de iluminación. Por lo tanto, se recomienda utilizar fotómetros en los sistemas de iluminación, especialmente en habitaciones donde no se puede esperar que los usuarios presten atención al apagar manualmente las luces. Los ejemplos incluyen pasillos, escaleras y pasillos grandes.
Sin embargo, existen obstáculos importantes que superar para lograr una implementación exitosa de fotómetros en los sistemas de iluminación, de los cuales la aceptación por parte de los usuarios es, con diferencia, el más formidable. Los cambios inesperados o demasiado frecuentes y las habitaciones demasiado luminosas o demasiado oscuras son muy molestas y perturbadoras para los usuarios de las habitaciones. Por ello, se han desarrollado diferentes algoritmos de conmutación:
En los usos de Investigación y Desarrollo Científico, un fotómetro consta de un radiómetro ( la electrónica/lectura), un fotodiodo o sensor (genera una salida cuando se expone a radiación/luz electromagnética) un filtro (usado para modificar la luz entrante de modo que solo la porción deseada de la radiación entrante llega al sensor) y una óptica de entrada de corrección de coseno (garantiza que el sensor pueda ver la luz que entra desde todas las direcciones con precisión).
Cuando se utiliza la palabra fotómetro o fotómetro en lugar de radiómetro u optómetro, o a menudo se supone que el sistema fue configurado para ver solo luz visible. Los sensores de luz visible a menudo se denominan sensores fotométricos o de iluminancia porque han sido filtrados para que sean sensibles sólo a 400-700 nanómetros (nm), imitando la sensibilidad del ojo humano a la luz. La precisión con la que mide el medidor a menudo depende de qué tan bien la filtración coincide con la respuesta del ojo humano.
El sensor enviará una señal al medidor que es proporcional a la cantidad de luz que llega al sensor después de ser recogida por la óptica y pasar por el filtro. Luego, el medidor convierte la señal entrante (normalmente corriente o voltaje) del sensor en una lectura de unidades calibradas como pies-candelas (fc) o lux (lm/m^2). La calibración en fc o lux es la segunda característica más importante de un fotómetro. No sólo convierte la señal de V o mA, sino que también proporciona precisión y repetibilidad de unidad a unidad. La trazabilidad del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la acreditación ISO/IEC 17025 son dos términos bien conocidos que verifican que el sistema incluye una calibración válida.
La parte del medidor/radiómetro/fotómetro puede tener muchas características que incluyen:
Cero: resta los niveles de luz ambiental/de fondo o estabiliza el medidor en el entorno de trabajo.
Mantener: congela el valor en la pantalla.
Rango: para sistemas que no son lineales y de rango automático, esta función permite al usuario seleccionar la parte de la electrónica del medidor que maneja mejor el nivel de señal en uso.
Unidades: Para la iluminancia, las unidades suelen ser solo lux y pies-candela, pero muchos fotómetros también se pueden usar para aplicaciones UV, VIS e IR, por lo que la lectura podría cambiar a W/cm^2, candela, vatios, etc.
Integrar: resume los valores en una dosis o nivel de exposición, es decir, lux*seg o J/cm^2.
Además de tener una variedad de funciones, un fotómetro también puede usarse para una variedad de aplicaciones. Estos pueden incluir la medición de otras bandas de luz como UVA, UVB, UVC e IR cercano. Por ejemplo, los fotómetros UVA y UVB se utilizan para fototerapia o tratamiento de afecciones de la piel, los radiómetros germicidas se utilizan para medir el nivel de UVC de lámparas utilizadas para desinfección y esterilización, los medidores de luminancia se utilizan para medir el brillo de una señal, pantalla o salida. signo, los sensores cuánticos PAR se utilizan para medir qué cantidad de la emisión de una fuente de luz determinada ayudará a que las plantas crezcan, y los radiómetros de curado UV prueban qué cantidad de la emisión de luces es efectiva para endurecer un pegamento, plástico o revestimiento protector.
Algunos fotómetros también tienen la capacidad de proporcionar una lectura en muchas unidades diferentes. Lux y pies-candelas son las unidades comunes de luz visible, pero también lo son candelas, lúmenes y candelas por metro cuadrado. En el ámbito de la desinfección, la UVC generalmente se mide en vatios por centímetro cuadrado, o vatios para un conjunto de lámpara individual determinado, mientras que los sistemas utilizados en el contexto del curado de recubrimientos a menudo proporcionan lecturas en julios por centímetro cuadrado. Por lo tanto, las mediciones periódicas de la intensidad de la luz UVC pueden servir para garantizar una desinfección adecuada del agua y las superficies de preparación de alimentos, o una dureza confiable del recubrimiento en productos pintados.
Aunque un fotómetro puede adoptar la forma de una herramienta portátil muy sencilla que se puede utilizar con un solo botón, también hay muchos sistemas avanzados de medición de luz disponibles para su uso en numerosas aplicaciones diferentes. Estos pueden incorporarse a sistemas automatizados que pueden, por ejemplo, limpiar las lámparas cuando se detecta una cierta reducción en la potencia, o que pueden activar una alarma cuando ocurre una falla en la lámpara.
En el instrumento [de Heyde], se utilizan prismas de vidrio azul para cortar la luz reflejada por el objeto.
Se mira a través del ocular y se gira la parte más gruesa de los prismas (uno o ambos, según la luminosidad del objeto) hasta que se suprimen los detalles de las sombras.
Con referencia a las Tablas, se puede encontrar fácilmente la exposición necesaria.
![Medidor de extinción Leudi[2]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/17/Leudi_extinction_meter.jpg/1280px-Leudi_extinction_meter.jpg)
