Velocidad de la película

El criterio umbral es el punto de la curva característica que corresponde a una densidad apenas perceptible por encima de la niebla.

El punto de velocidad de inercia de una emulsión se determina en la curva característica de Hurter y Driffield mediante la intersección entre la pendiente de la parte recta de la curva y la línea que representa la base  +  niebla (B+F) en el eje de densidad.

El punto de velocidad de densidad fija se determina definiendo una densidad mínima fija como base de la velocidad de la emulsión (por ejemplo, 0,1 por encima de B+F).

El criterio de pendiente mínima útil sitúa el punto de velocidad donde la pendiente alcanza por primera vez un valor acordado (por ejemplo, tan 𝜃 = 0,2).

El gradiente fraccional se define como el punto de velocidad en el que la pendiente de la curva característica alcanza por primera vez una fracción fija (p. ej., 0,3) del gradiente promedio en un rango (p. ej., 1,5) de la curva característica. ^{[ 2 ]}

El primer sensitómetro práctico conocido , que permitía medir la velocidad de los materiales fotográficos, fue inventado por el ingeniero polaco Leon Warnerke ^{[ 3 ]}  – seudónimo de Władysław Małachowski (1837–1900)  – en 1880, entre cuyos logros se le otorgó la Medalla al Progreso de la Sociedad Fotográfica de Gran Bretaña en 1882. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Se comercializó a partir de 1881.

El sensitómetro estándar Warnerke consistía en un marco que sostenía una pantalla opaca con una matriz de 25 cuadrados numerados y de pigmentación gradual, que se ponían en contacto con la placa fotográfica durante una exposición de prueba cronometrada bajo una tableta fosforescente excitada previamente por la luz de una cinta de magnesio encendida . ^{[ 5 ]} La velocidad de la emulsión se expresaba entonces en grados Warnerke (a veces vistos como Warn. o °W.), correspondiente al último número visible en la placa expuesta después del revelado y la fijación. Cada número representaba un incremento de 1/3 en la velocidad; las velocidades típicas de las placas estaban entre 10° y 25° Warnerke en ese momento.

Su sistema tuvo cierto éxito, pero resultó poco fiable ^{[ 3 ]} debido a su sensibilidad espectral a la luz, la disminución de la intensidad de la luz emitida por la tableta fosforescente tras su excitación, así como a las elevadas tolerancias de fabricación. ^{[ 5 ]} Sin embargo, el concepto fue posteriormente desarrollado en 1900 por Henry Chapman Jones (1855-1932) en el desarrollo de su probador de placas y un sistema de velocidad modificado. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Otro sistema práctico temprano para medir la sensibilidad de una emulsión fue el de Hurter y Driffield (H&D), descrito originalmente en 1890 por el suizo Ferdinand Hurter (1844-1898) y el británico Charles Driffield (1848-1915). En su sistema, los números de velocidad eran inversamente proporcionales al tiempo de exposición requerido. Por ejemplo, una emulsión con una sensibilidad de 250  H&D requeriría diez veces más tiempo de exposición que una emulsión con una sensibilidad de 2500  H&D. ^{[ 7 ]}

Los métodos para determinar la sensibilidad se modificaron posteriormente en 1925 (en lo que respecta a la fuente de luz utilizada) y en 1928 (en lo que respecta a la fuente de luz, el revelador y el factor proporcional); esta última variante a veces se denominaba "H&D  10". El sistema H&D fue oficialmente ^{[ 8 ]} aceptado como estándar en la antigua Unión Soviética desde 1928 hasta septiembre de 1951, cuando fue sustituido por la norma GOST  2817-50.

El sistema Scheinergrade (Sch.) fue ideado por el astrónomo alemán Julius Scheiner (1858-1913) en 1894, originalmente como un método para comparar las velocidades de las placas utilizadas para la fotografía astronómica. El sistema de Scheiner clasificaba la velocidad de una placa según la exposición mínima necesaria para producir un oscurecimiento visible durante el revelado. La velocidad se expresaba en grados Scheiner, originalmente con un rango de 1° a 20°  Sch., correspondiendo cada incremento de un grado a un factor multiplicador de mayor sensibilidad a la luz. Este factor multiplicador se determinó mediante la restricción de que un incremento de 19° Sch. (de 1° a 20°  Sch.) correspondía a un aumento de cien veces en la sensibilidad. Por lo tanto, las emulsiones que diferían en 1° Sch. en la escala Scheiner eran${\displaystyle {\sqrt[{19}]{100}}=1.2742...}$-veces más (o menos) sensibles entre sí. Un incremento de 3°  Sch. se acercó a duplicar la sensibilidad ^{[ 7 ] [ 9 ]}${\displaystyle ({\sqrt[{19}]{100}})^{3}=2.06914...}$.

El sistema se extendió posteriormente para cubrir rangos más amplios y algunas de sus deficiencias prácticas fueron abordadas por el científico austriaco Josef Maria Eder (1855–1944) ^{[ 3 ]} y el botánico de origen flamenco Walter Hecht (1896–1960), (quienes, en 1919/1920, desarrollaron conjuntamente su sensitómetro de cuña neutra Eder-Hecht para medir velocidades de emulsión en grados Eder-Hecht ). Para los fabricantes seguía siendo difícil determinar de forma fiable las velocidades de las películas, a menudo solo comparándolas con productos de la competencia, ^{[ 3 ]} por lo que comenzó a proliferar un número creciente de sistemas modificados basados ​​en el método semi-Scheiner, que ya no seguían los procedimientos originales de Scheiner y, por lo tanto, frustraban la idea de comparabilidad. ^{[ 3 ] [ 10 ]}

El sistema de Scheiner fue finalmente abandonado en Alemania cuando se introdujo el sistema estandarizado DIN en 1934. En diversas formas, continuó utilizándose ampliamente en otros países durante algún tiempo.

El sistema DIN, oficialmente norma DIN 4512 del Deutsches Institut für Normung (entonces conocido como Deutscher Normenausschuß (DNA)), se publicó en enero de 1934. Surgió de los borradores de un método estandarizado de sensitometría presentado por el Deutscher Normenausschuß für Phototechnik ^{[ 10 ]} según lo propuesto por el comité de sensitometría de la Deutsche Gesellschaft für photographische Forschung ^{[ 11 ]} desde 1930 ^{[ 12 ] [ 13 ]} y presentado por Robert Luther ^{[ 13 ] [ 14 ]} (1868-1945) y Emanuel Goldberg ^{[ 14 ]} (1881-1970) en el influyente VIII. Congreso Internacional de Fotografía (alemán: Internationaler Kongreß für wissenschaftliche und angewandte Photographie ) celebrado en Dresde del 3 al 8 de agosto de 1931. ^{[ 10 ] [ 15 ]}

El sistema DIN se inspiró en el sistema de Scheiner , ^{[ 3 ]} pero las sensibilidades se representaron como el logaritmo en base 10 de la sensibilidad multiplicado por 10, similar a los decibelios . Así, un aumento de 20° (y no de 19° como en el sistema de Scheiner) representó un aumento de cien veces en la sensibilidad, y una diferencia de 3° estaba mucho más cerca del logaritmo en base 10 de 2 (0,30103...): ^{[ 9 ]}

${\displaystyle \log _{10}{(2)}=0.30103...\approx 3/10}$.

Como en el sistema Scheiner, las velocidades se expresaban en "grados". Originalmente, la sensibilidad se escribía como una fracción con "décimas" (por ejemplo, "18/10°  DIN"), ^{[ 16 ]} donde el valor resultante 1,8 representaba el logaritmo relativo en base 10 de la velocidad. Las "décimas" se abandonaron posteriormente con DIN  4512:1957-11, y el ejemplo anterior se escribiría como "18°  DIN". ^{[ 7 ]} El símbolo de grado se eliminó finalmente con DIN  4512:1961-10. Esta revisión también introdujo cambios significativos en la definición de las velocidades de película para adaptarse a los cambios recientes en la norma estadounidense ASA PH2.5-1960, de modo que las velocidades de película de película negativa en blanco y negro se duplicarían efectivamente, es decir, una película previamente marcada como "18° DIN" ahora se etiquetaría como "21  DIN" sin cambios en la emulsión.

Originalmente diseñado solo para película negativa en blanco y negro, el sistema se amplió posteriormente y se reagrupó en nueve partes, incluidas la norma DIN  4512-1:1971-04 para película negativa en blanco y negro, la norma DIN  4512-4:1977-06 para película de inversión en color y la norma DIN  4512-5:1977-10 para película negativa en color.

A nivel internacional, el sistema alemán DIN 4512 fue efectivamente reemplazado en la década de 1980 por ISO  6:1974, ^{[ 17 ]} ISO  2240:1982, ^{[ 18 ]} e ISO  5800:1979 ^{[ 19 ]} donde la misma sensibilidad se escribe en forma lineal y logarítmica como "ISO  100/21°" (ahora nuevamente con el símbolo de grados). Estas normas ISO fueron posteriormente adoptadas también por DIN. Finalmente, las últimas  revisiones de la norma DIN 4512 fueron sustituidas por las normas ISO correspondientes: la DIN  4512-1:1993-05 por la DIN  ISO  6:1996-02 en septiembre de 2000, la DIN  4512-4:1985-08 por la DIN  ISO  2240:1998-06 y la DIN  4512-5:1990-11 por la DIN  ISO  5800:1998-06, ambas en julio de 2002.

Cuando se publicó la norma BS 935:1941 durante la Segunda Guerra Mundial , que especificaba tablas de exposición para materiales negativos, empleó el mismo criterio de velocidad de densidad fija utilizado en el sistema alemán DIN 4512:1934. La norma británica también utilizó números de velocidad logarítmicos , siguiendo el ejemplo de Scheiner y DIN. Cuando se publicó la norma estadounidense ASA Z38.2.1:1943, utilizó un criterio de velocidad de gradiente fraccional y números de velocidad aritméticos , para ser compatible con Weston y GE . ^{[ 20 ]}   

La norma británica BS  1380:1947 adoptó el criterio de gradiente fraccional de la norma estadounidense de 1943, e incluyó números de velocidad aritméticos además de los logarítmicos . ^{[ 21 ]} El número de velocidad logarítmico propuesto en la posterior  norma BS 1380:1957 era casi idéntico al de la  norma DIN 4512:1957, excepto que el número BS era +9 grados mayor que el número DIN correspondiente; en 1971, las normas BS y DIN cambiaron esto a +10  grados. ^{[ 22 ]}

Tras un esfuerzo creciente por producir normas internacionales, las normas británicas, estadounidenses y alemanas se volvieron idénticas en la ISO  6:1974, que correspondía a la BS  1380:Parte1:1973. ^{[ 23 ]}

Antes de la llegada del sistema ASA, el sistema de clasificaciones de velocidad de película de Weston fue introducido por Edward Faraday Weston (1878–1971) y su padre, Edward Weston (1850–1936), un ingeniero eléctrico, industrial y fundador de Weston Electrical Instrument Corporation con sede en EE. UU. , ^{[ 24 ]} con el modelo Weston 617, uno de los primeros fotómetros fotoeléctricos, en agosto de 1932. El fotómetro y el sistema de clasificación de película fueron inventados por William Nelson Goodwin, Jr. , ^{[ 25 ] [ 26 ]} quien trabajó para ellos ^{[ 27 ]} y posteriormente recibió una medalla Howard N. Potts por sus contribuciones a la ingeniería.

La empresa probaba y publicaba con frecuencia clasificaciones de velocidad para la mayoría de las películas de la época. Las clasificaciones de velocidad de las películas Weston se podían encontrar en la mayoría de los fotómetros Weston y, en ocasiones, los fabricantes de películas y terceros las citaban ^{[ 28 ]} en sus guías de exposición. Dado que los fabricantes a veces eran poco rigurosos con las clasificaciones de velocidad de las películas, la empresa llegó incluso a advertir a los usuarios sobre el uso no autorizado de dichas clasificaciones en sus folletos de "Clasificaciones de películas Weston" ^{[ 29 ] .}

El Weston Cadet (modelo 852, introducido en 1949), Direct Reading (modelo 853, introducido en 1954) y Master III (modelos 737 y S141.3, introducidos en 1956) fueron los primeros de su línea de fotómetros en cambiar y utilizar la escala ASA, ya establecida. Otros modelos utilizaron la escala Weston original hasta aproximadamente 1955. La compañía continuó publicando clasificaciones de película Weston después de 1955, ^{[ 30 ]} pero si bien sus valores recomendados a menudo diferían ligeramente de las velocidades de película ASA que se encontraban en las cajas de película, estos nuevos valores Weston se basaban en el sistema ASA y debían convertirse para su uso con fotómetros Weston más antiguos restando 1/3 de paso de exposición según la recomendación de Weston. ^{[ 30 ]} A la inversa, las clasificaciones de velocidad de película "antiguas" de Weston podían convertirse a Weston "nuevas" y a la escala ASA sumando la misma cantidad; es decir, una clasificación de película de 100 Weston (hasta 1955) correspondía a 125 ASA (según ASA PH2.5-1954 y anteriores). Esta conversión no era necesaria en los medidores Weston fabricados y las clasificaciones de película Weston publicadas desde 1956 debido a su uso inherente del sistema ASA; sin embargo, los cambios de la revisión ASA PH2.5-1960 pueden tenerse en cuenta al comparar con valores ASA o ISO más recientes.

Antes del establecimiento de la escala ASA ^{[ 31 ]} y de forma similar a las clasificaciones de velocidad de película de Weston, otro fabricante de medidores de exposición fotoeléctricos, General Electric , desarrolló su propio sistema de clasificación de los llamados valores de película General Electric (a menudo abreviados como GE o GE ) alrededor de 1937.

Los valores de velocidad de la película para usar con sus medidores se publicaron en folletos de General Electric Film Values ^{​​[ 32 ]} que se actualizaban periódicamente y en el General Electric Photo Data Book ^{[ 33 ]} .

General Electric adoptó la escala ASA en 1946. Los fotómetros fabricados desde febrero de 1946 ya incorporan la escala ASA (denominada "Índice de Exposición"). Para algunos fotómetros más antiguos con escalas en "Sensibilidad de la película" o "Valor de la película" (por ejemplo, los modelos DW-48, DW-49 y las primeras variantes DW-58 y GW-68), el fabricante ofrecía tapas intercambiables con escalas ASA. ^{[ 32 ] [ 34 ]} La empresa continuó publicando valores de película recomendados después de esa fecha, aunque estos se alinearon con la escala ASA.

Basándose en trabajos de investigación previos de Loyd Ancile Jones (1884-1954) de Kodak e inspirándose en los sistemas de clasificación de velocidad de película de Weston ^{[ 30 ]} y los valores de película de General Electric ^{[ 32 ]} , la Asociación Estadounidense de Estándares (ahora llamada ANSI) definió un nuevo método para determinar y especificar las velocidades de las películas negativas en blanco y negro en 1943.  La norma ASA Z38.2.1-1943 se revisó en 1946 y 1947 antes de convertirse en la ASA PH2.5-1954. Originalmente, los valores ASA se denominaban frecuentemente números de velocidad estándar estadounidenses o números de índice de exposición ASA . (Véase también: Índice de Exposición (IE)).

La escala ASA es una escala lineal; es decir, una película con una sensibilidad de 200  ASA es el doble de rápida que una película con 100  ASA.

La norma ASA sufrió una importante revisión en 1960 con la norma ASA PH2.5-1960, en la que se perfeccionó el método para determinar la sensibilidad de la película y se abandonaron los factores de seguridad aplicados previamente contra la subexposición, duplicando así la sensibilidad nominal de muchas películas negativas en blanco y negro. Por ejemplo, una Ilford HP3 que antes de 1960 tenía una sensibilidad de 200  ASA pasó a tenerla de 400  ASA sin que se modificara la emulsión. Cambios similares se aplicaron al sistema DIN con la norma DIN 4512:1961-10 y al sistema BS con la norma BS 1380:1963 en los años siguientes.

Además de la escala de velocidad aritmética establecida, la norma ASA PH2.5-1960 también introdujo grados ASA logarítmicos (100 ASA = 5° ASA), donde una diferencia de 1° ASA representaba un paso de exposición completo y, por lo tanto, la duplicación de la sensibilidad de la película. Durante un tiempo, los grados ASA también se imprimieron en las cajas de las películas y se utilizaron también como valor de velocidad APEX S _{v (sin el símbolo de grados).}

La norma ASA PH2.5-1960 fue revisada y pasó a denominarse ANSI PH2.5-1979, sin las velocidades logarítmicas, y posteriormente reemplazada por la NAPM  IT2.5-1986 de la Asociación Nacional de Fabricantes Fotográficos, que representó la adopción por parte de Estados Unidos de la norma internacional ISO  6. La última versión de ANSI/NAPM IT2.5 se publicó en 1993.

El estándar para películas negativas en color se introdujo como ASA PH2.27-1965 y sufrió una serie de revisiones en 1971, 1976, 1979 y 1981, antes de convertirse finalmente en ANSI IT2.27–1988, previo a su retirada.

Las velocidades de las películas de inversión de color se definieron en la norma ANSI PH2.21-1983, que fue revisada en 1989 antes de convertirse en la norma ANSI/NAPM  IT2.21 en 1994, la adaptación estadounidense de la  norma ISO 2240.

A nivel internacional, el sistema ASA fue reemplazado por el sistema de sensibilidad ISO entre 1982 y 1987; sin embargo, la escala aritmética de velocidad ASA siguió vigente como el valor de velocidad lineal del sistema ISO.

GOST (en cirílico: ГОСТ ) era una escala aritmética de velocidad de película definida en GOST 2817-45 y GOST 2817-50. ^{[ 35 ] [ 36 ]} Se utilizó en la antiguaUnión Soviéticadesde octubre de 1951,reemplazando los números de Hurter & Driffield (H&D, en cirílico: ХиД), ^{[ 35 ]} que se habían utilizado desde 1928.

GOST 2817-50 era similar al estándar ASA, ya que se basaba en un punto de velocidad a una densidad de 0,2 por encima de la base más la niebla, a diferencia del  0,1 del ASA. ^{[ 37 ]} Las marcas GOST solo se encuentran en equipos fotográficos anteriores a 1987 (películas, cámaras, fotómetros , etc.) de fabricación soviética. ^{[ 38 ]}

El 1 de enero de 1987, la escala GOST se realineó con la escala ISO con GOST  10691–84, ^{[ 39 ]}

Esto evolucionó en varias partes, incluidas GOST  10691.6–88 ^{[ 40 ]} y GOST  10691.5–88, ^{[ 41 ]} que entraron en vigor el 1 de enero de 1991.

La velocidad basada en la saturación se define como

${\displaystyle S_{\mathrm {sat} }={\frac {78\;{\text{lx⋅s}}}{H_{\mathrm {sat} }}}}$,

dónde${\displaystyle H_{\mathrm {sat} }}$es la exposición máxima posible que no produce una salida de cámara recortada o con efecto blooming. Normalmente, el límite inferior de la velocidad de saturación lo determina el propio sensor, pero con la ganancia del amplificador entre el sensor y el convertidor analógico-digital , la velocidad de saturación puede aumentarse. El factor 78 se elige de forma que los ajustes de exposición basados ​​en un fotómetro estándar y una superficie reflectante del 18 % den como resultado una imagen con un nivel de gris de 18 % / √2 =  12,7  % de saturación. El factor √2 indica que hay medio paso de margen para lidiar con los reflejos especulares que aparecerían más brillantes que una superficie blanca difusa reflectante al 100 % . ^{[ 74 ]}

La velocidad basada en el ruido se define como la exposición que produce una determinada relación señal-ruido en píxeles individuales . Se utilizan dos relaciones: 40:1 ("calidad de imagen excelente") y 10:1 ("calidad de imagen aceptable"). Estas relaciones se han determinado subjetivamente con base en una resolución de 70  píxeles por cm (178 ppp) a una distancia de 25  cm (9,8  pulgadas). El ruido se define como la desviación estándar de un promedio ponderado de la luminancia y el color de los píxeles individuales. La velocidad basada en el ruido está determinada principalmente por las propiedades del sensor y se ve afectada en cierta medida por el ruido en la ganancia electrónica y el convertidor AD. ^{[ 74 ]}

Además de las clasificaciones de velocidad anteriores, la norma también define la sensibilidad de salida estándar (SOS), cómo se relaciona la exposición con los valores de píxeles digitales en la imagen de salida. Se define como

${\displaystyle S_{\mathrm {sos} }={\frac {10\;{\text{lx⋅s}}}{H_{\mathrm {sos} }}},}$

dónde${\displaystyle H_{\mathrm {sos} }}$es la exposición que dará como resultado valores de 118 en píxeles de 8 bits, lo que representa el 18 por ciento del valor de saturación en imágenes codificadas como sRGB o con gamma  =  2,2. ^{[ 74 ]}

El estándar especifica cómo la cámara debe informar las velocidades de obturación. Si la velocidad basada en ruido (40:1) es mayor que la velocidad basada en saturación, se debe informar la velocidad basada en ruido, redondeada a la baja a un valor estándar (por ejemplo, 200, 250, 320 o 400). La razón es que la exposición según la velocidad basada en saturación más baja no daría como resultado una imagen visiblemente mejor. Además, se puede especificar una latitud de exposición, que va desde la velocidad basada en saturación hasta la velocidad basada en ruido 10:1. Si la velocidad basada en ruido (40:1) es menor que la velocidad basada en saturación, o no está definida debido al alto nivel de ruido, se especifica la velocidad basada en saturación, redondeada al alza a un valor estándar, ya que usar la velocidad basada en ruido daría como resultado imágenes sobreexpuestas. La cámara también puede informar la velocidad basada en SOS (explícitamente como una velocidad SOS), redondeada a la velocidad estándar más cercana. ^{[ 74 ]}

Por ejemplo, un sensor de cámara puede tener las siguientes propiedades:${\displaystyle S_{40:1}=107}$,${\displaystyle S_{10:1}=1688}$, y${\displaystyle S_{\mathrm {sat} }=49}$Según la norma, la cámara debería informar su sensibilidad como

ISO  100 (luz natural)

latitud de velocidad ISO 50–1600

ISO  100 (SOS, luz diurna) .

La calificación SOS podría ser controlada por el usuario. Para una cámara diferente con un sensor más ruidoso, las propiedades podrían ser...${\displaystyle S_{40:1}=40}$,${\displaystyle S_{10:1}=800}$, y${\displaystyle S_{\mathrm {sat} }=200}$En este caso, la cámara debería informar

ISO  200 (luz natural) ,

así como un valor SOS ajustable por el usuario. En todos los casos, la cámara debe indicar el ajuste de balance de blancos para el que se aplica la clasificación de velocidad, como luz diurna o tungsteno ( luz incandescente ). ^{[ 74 ]}

A pesar de estas definiciones estándar detalladas, las cámaras normalmente no indican claramente si el ajuste "ISO" del usuario se refiere a la velocidad basada en el ruido, la velocidad basada en la saturación, la sensibilidad de salida especificada o incluso algún valor inventado con fines de marketing. Debido a que la versión de 1998 de la norma ISO  12232 no permitía la medición de la salida de la cámara con compresión con pérdidas, no era posible aplicar correctamente ninguna de esas mediciones a las cámaras que no producían archivos sRGB en un formato sin comprimir como TIFF . Tras la publicación de la norma CIPA  DC-004 en 2006, los fabricantes japoneses de cámaras digitales están obligados a especificar si una clasificación de sensibilidad es REI o SOS.

Un ajuste SOS más alto para un sensor determinado conlleva cierta pérdida de calidad de imagen, al igual que con la película analógica. Sin embargo, esta pérdida se manifiesta como ruido de imagen en lugar de ^grano . Los sensores de imagen digital de tamaño APS y 35  mm , tanto CMOS como CCD, no producen ruido significativo hasta aproximadamente ISO 1600. ^{[ 80} ]