Visión esteoscópica y esterofotografía

Casi todos los que somos aficionados a la fotografía hemos dedicado tiempo al estudio de la óptica geométrica para entender que es un punto focal, el círculo de confusión, la distancia focal o longitud focal de una lente y la potencia focal de la misma; con ello intentamos comprender como funcionan los objetivos de nuestra cámara, cuan luminosos son e intentamos controlar adecuadamente la exposición según sean nuestros intereses o inquietudes artísticas. Aprendemos a manejar la abertura y la velocidad de exposición del diafragma de nuestra cámara para conseguir mayor o menor profundidad de campo en nuestras fotografías y efectos mas o menos vistosos según la velocidad del disparo. Llegar a dominar esto es un proceso largo, entretenido y muy interesante. El disparo en "automático" de nuestra cámara fotográfica "suele pasar mucho tiempo sin uso, porque lo que mas nos gusta es experimentar y aprender. 

Sin embargo, es curioso todo el tiempo que dedicamos a comprender la óptica, el funcionamiento de nuestra cámara fotográfica y el poco tiempo que dedicamos a comprender la parte mas interesante: el fenómeno físico de la visión.

La fisiología de la visión podemos resumirla de una manera mas o menos sencilla: los rayos de luz que llegan al ojo de forma paralela atraviesan la cornea, la pupila, el cristalino y se proyectan en la retina situada en la superficie posterior del ojo, la cual está cubierta por receptores visuales.

Los objetos situados a menos de 6 metros del observador tienen su punto focal por detrás de la retina, es decir, son enfocados detrás de la retina motivo por el que los vemos borrosos.

Este problema se resuelve fisiológicamente separándonos del objeto o aumentando la curvatura o poder refringente del cristalino. Al mecanismo por el cual aumentamos la curvatura del cristalino mediante la contracción del músculo ciliar del ojo, le llamamos los médicos acomodación. Los humanos no podemos aumentar la distancia del cristalino a nuestra retina, como hacen los peces.

Existen limites de acomodación de la imagen, por lo cual, incluso con una acomodación máxima del cristalino, la imagen se saldrá de foco y se verá borrosa. La distancia mas cercana a la cual puede verse un objeto con claridad con una acomodación completa, se denomina punto cercano. 

Desde los receptores de la retina el mensaje de la visión viaja hacia las células bipolares las cuales envían su mensaje a las células ganglionares que a través de sus axones envían la señal al cerebro. Diversas clases de células amacrinas refinan los mensajes que van a las ganglionares, lo cual les permite responder específicamente a las formas, movimientos y otras características visuales.

Los axones de las células ganglionares de la retina son las encargadas de llevar la información visual al resto del encéfalo, codifican información acerca de las cantidades relativas de luz que inciden en el centro y la periferia de sus campos receptores. La unión de estos axones forma el nervio óptico.

Los nervios ópticos convergen hacia la base del cerebro, donde se unen en una estructura con forma de X, el quiasma óptico, en donde las fibras provenientes de las hemirretinas externas se mantienen en las cintillas ópticas correspondientes a su mismo lado, mientras que las fibras de las hemirretinas nasales, cruzan a la cintilla óptica del lado opuesto. De este modo, como los axones de la mitad nasal de la retina cruzan al otro lado, cada hemisferio recibe información desde la mitad contralateral (opuesto) de la escena visual.

Después las cintillas ópticas se dirigen a los cuerpos geniculados laterales (localizados en la cara posterior del tálamo), y se reúnen nuevamente en el haz geniculocalcarino, que se dirige hacia el lóbulo occipital de la corteza cerebral, para distribuirse en la región que rodea la cisura calcarina, correspondiente a las áreas de Brodmann,17, 18 y 19, área visual primaria y asociativas respectivamente. En su recorrido estas fibras brindan pequeñas ramas, hacia el núcleo supraquiasmático del hipotálamo. 

Aproximadamente el 25 por ciento de la superficie de la corteza estriada se dedica al análisis de la información procedente de la fóvea, que representa una parte pequeña del campo visual. Los circuitos neuronales de la corteza visual combinan información de diferentes procedencias y de esta forma es como se detectan características más amplias que las que corresponderían al campo receptor de una única célula ganglionar. Un buen esquema de las áreas cerebrales de la visión es el siguiente:

La visión en estéreo o estereopsis (de estéreo que significa sólido, y opsis visión o vista) es el fenómeno de la percepción visual por el cual a partir de dos imágenes ligeramente diferentes proyectadas en la retina de cada ojo, el cerebro es capaz de recomponer una imagen tridimensional. 

Si observamos objetos muy lejanos, los ejes ópticos de nuestros ojos son paralelos, pero si observamos un objeto cercano, nuestros ojos giran para que los ejes ópticos queden alineados sobre él, es decir, convergen. A su vez se produce la acomodación o enfoque antes explicado para poder ver el objeto de forma nítida. A este proceso conjunto se le llama fusión y a la diferencia en las dos imágenes retinianas  que se origina por la diferente posición de ambos ojos en la cabeza se la denomina disparidad horizontal, disparidad retiniana o disparidad binocular. Las informaciones de cada ojo se envían por separado al cerebro, el cual se encarga de combinarlas emparejando las similitudes y añadiendo las diferencias, para producir finalmente una imagen en estéreo, de forma que percibamos la sensación de profundidad, lejanía o cercanía de los objetos que nos rodean y seamos capaces de apreciar las diferentes distancias y volúmenes de nuestro entorno, ver ligeramente alrededor de los objetos sólidos sin necesidad de mover la cabeza, y percibir y medir el espacio vacío. Muchas acciones diarias dependen de la visión estereoscópica, como por ejemplo tirar, coger o golpear objetos, conducir, construir objetos tridimensionales, introducir una moneda en una máquina, enhebrar una aguja, aplaudir, etc.

Hablamos de dos tipos de fusión: 

1) Fusión motora: 

Es la capacidad de enfocar exactamente al mismo sitio con los dos ojos lo cual implica que los ojos esten perfectamente alineados. Para ello son precisos unos complejos mecanismos en los que si un ojo comienza a desviarse, se centre automáticamente sin que nos percatemos y sin que veamos ningún movimiento. Si la calidad de la imagen de cada ojo es suficiente, y en la infancia se desarrolló a nivel cerebral la visión binocular, tendremos este recurso de la fusión motora. No todo el mundo tiene la misma capacidad de fusionar un par de imágenes, aproximadamente un 5-12% de la población tiene problemas de fusión.


2) Fusión sensorial:

Es la fusión por parte del cerebro de las dos imágenes, una de cada ojo, en una sola imagen tridimensional. Dos imágenes casi iguales formadas en puntos correspondientes de ambas retinas engendran la visión de un solo objeto (plopía). Esta fusión se produce a nivel de la corteza cerebral, y solo puede darse para un punto de fijación, osea, para una acomodación dada. Los puntos situados por delante o por detrás de ese punto  se veran dobles (diplopia fisiológica). En general, esta diplopía es inconsciente, ya que una serie de procesos psicológico se encargan de eliminarla originando una sola imagen. Estos procesos, aunque inconscientes, son de gran importancia en la visión del relieve (estereopsis). Hay que señalar que la fusión solo se da con imágenes parecidas, si la disparidad es demasiado grande, da la sensación de sobreimposición.

La esteropsis es un proceso cerebral aprendido desde bien pequeños y que puede llegar a aprenderse de adulto en caso de necesidad. No es un proceso que si no se aprende de pequeño, por ejemplo por un estrabismo congénito, quede perdido para siempre, como la comunidad médica pensaba hasta hace relativamente poco. La historia personal de Susan R. Barry es un hermoso ejemplo de esto.

Susan es profesora de Neurobiologia en la Catedra de Ciencias biológicas en  Mount Holyoke College y autora del libro Fixing My Gaze y tiene un interesante blog de divulgación sobre la neurobiologia de la visión y la estereopsis. Tiene el apodo de " Stereo Sue"  por el artículo que escribió sobre su caso en el New Yorker el neurólogo Oliver Sacks.

Volviendo a la visión esteoscópica, os diré que existe una distancia límite a partir de la cual no somos capaces de visión binocular que varía de unas personas a otras entre los 60 y varios cientos de metros. Un factor que interviene directamente en esta capacidad es la separación que exista entre ambos ojos: a mayor separación entre los ojos, mayor es la distancia a la que conseguimos estereopsis.

Ya de antiguo Euclides, Leonardo da Vinci  y Kepler observaron y estudiaron el fenómeno de la visión binocular. 

En 1838, antes del descubrimiento de la fotografía, el físico Sir Charles Wheatstone construyó el primer aparato visor estereoscópico que permitía percibir la tridimensionalidad partiendo de dos imágenes planas. En el año 1849, Sir David Brewster diseñó y construyó un esteoscopio para ver fotografias o dibujos en un cuarto oscuro que  impresionó a la reina Victoria de Inglaterra e hizo muy popular la esterografía. Algunos años más tarde el médico Oliver Wendell Holmes construyó lo que sería el estereoscopio de mano más popular del siglo XIX. 

Posteriormente se popularizaron y aparecieron modelos cada vez mas modernos.

Estereoscopio de Zeiss

Las cámaras fotográficas para hacer estereofotografía aparecen mas tarde.

Cámara Verascome, uno de los modelos antiguos

La estereofotografía es pues la técnica fotográfica que consiste en la creación de pares estereoscópicos  de fotografías para posteriormente verlas con un excepcional realismo al ser observados en relieve. 

La creación de estos pares fotográficos tiene sus reglas.

1. Cuanto mayor es esta distancia del observador a la imagen, mayor es la sensación de relieve 
2. A mayor separación entre los objetos que forman parte de la fotografía, mayor volumen aparente de los objetos. Con una misma diferencia de paralaje, se interpretan como menos profundos los objetos que se sitúan más próximos (o bien, los que requieren mayor convergencia).
3. A mayor distancia entre las tomas de las dos fotografías (base estereoscópica), mayor sensación de volumen. 
4. Cuanto mayor es la distancia focal del objetivo de la cámara, menor es la sensación de relieve. No obstante mayores distancias focales permiten discernir planos más lejanos y apreciar menores espesores que empleando distancias focales más cortas. El efecto estéreo, para un mismo objeto y a la misma distancia, es más pronunciado con longitudes focales largas. Esta aparente contradicción no es tal, y se explica por la diferente amplitud de campo que muestran unos y otros objetivos. Aunque para un mismo motivo las diferencias de paralaje sean menores con objetivos de focal corta, el campo visual de los mismos es mucho más amplio. De esta forma, debido a la proyección cónica que realiza el objetivo, en el conjunto de la fotografía incluyen rangos de diferencias de paralaje mayores.
5. Cuanto mayor es esta distancia de la cámara a la escena reproducida, menor es el efecto estéreo. A partir de determinada distancia, las diferencias de paralaje serán tan pequeñas, que el sistema visual será incapaz de detectarlas.

En cuanto a la visualización estereográfica de las imágenes, hoy sabemos que hay varias técnicas de visualización estereoscópica: 

• Anaglifos.

Las imágenes que formarán el par estereográfico se representan superpuestas, utilizando dos gamas de colores complementarios. Se visualizan a través de unas gafas con dos filtros de los mismos colores complementarios, un color para cada ojo.

• Polarización:

Las dos imágenes se proyectarán mediante dos dispositivos equipados con filtros polarizados, girados 90º respectivamente. El observador habrá de usar unas gafas polarizadas. 

• Shutter glasses:

Se trata de unas gafas que constan de dos lentes LCD sincronizadas con el monitor del ordenador, de forma que las lentes se van volviendo opacas alternativamente (nunca podemos ver con los dos ojos a la vez), mientras vamos viendo las imágenes estereográficas por el monitor. 

• Visores estereoscópicos de óptica.

El par de imágenes se presenta uno al lado del otro y por medio de un par de lentes (de plástico o de vidrio), cada ojo ve la imagen que le corresponde. 

• La visualización libre.

Es posible ver el par estereográfico por medio sólo de nuestros ojos. Es una habilidad que cualquier persona que posea visión binocular puede adquirir con un poco de práctica. 

*Otras técnicas: como los cascos de realidad virtual o los monitores lenticulares (donde las lentes van dentro de la pantalla) son mucho mas modernos.

Si quieres ver algunos tipos de visores o incluso como fabricarlo tu en casa, consulta esta web.

Una vez dicho todo esto y espero que leido por aquellos que teneis interés, voy a contaros una historia reciente e interesante dde estereofotografía:

          Durante una vista a las Cataratas del Niágara en Ontario hace dos años, un entusiasta del cine llamado  Chris Hughes compró una antigua cámara Verascope a un anciano. La sorpresa de Chris fue que la cámara había sido originalmente propiedad de un soldado Francés de la primera guerra mundial y contenía una película fotográfica dentro en relativo buen estado de conservación. 

Las fotografías que contenía la cámara y que se han publicado en internet las reproduzco a continuación. Si sabes como hacer la visualización libre para verlas en 3D puedes disfrutar de un buen rato

Soldiers walking by what appears to be the remains of a Church after a bombing. 

Prisoners being walked down the street surrounded by armed guards. 

Soldiers gather around a priest at what seems to be a funeral. 

A parade of sorts, tanks and bikes take over the streets as soldiers line the sidewalks. 

About 2 dozen soldiers attempt to pull a cannon up a muddy hill. 

A photograph showing the famous trenches of World War I. 

What remains of a small village. 

Photographer was very close when this bomb went off. Maybe that is how the glass slide broke.

 Dead bodies photographed in the trenches. 

Four friends looking straight into the lens. 

Only the Church windows remain. 

Two soldiers help a friend that had been shot. One dead body lay in the background. 

Pero si eres de los que no ha desarrollado aún esa capacidad, una técnica consistente en hacer un gif animado con ellas que alterne rápidamente las dos imágenes, puede ayudarte a su visualización en 3D a través del monitor de tu PC, eso sí, la fotografía en este caso tiene movimiento por el cambio de paralaje entre las dos fotos utilizadas para el gif y puede ser mareante si la miras durante demasiado tiempo. Pon el puntero sobre la fotografía y se activará el efecto.