Viendo la televisión 3-D con tu mascota

Quizá hayas adquirido una de las nuevas televisiones en 3D que existen en el mercado. Y quizá seas un “#foreveralone” y te guste ver las películas con tu mascota. En este post te ayudaré a elegir la mascota ideal para ver “Buscando a Nemo” en 3D. Pero para ayudarte a elegir primero tengo que darte la brasa explicando cómo funcionan estas televisiones en 3D.

Televisiones 3D

Seguro que lo que voy a decir seráobvio para muchos, pero por si acaso, ahí va: Si los humanos tenemos percepción de la profundidad es porque tenemos dos ojos. Además de tener dos ojos estos están más o menos separados (dependiendo del tamaño de tu nariz). Esta separación provoca que en cada ojo tengamos una imagen ligeramente distinta y nuestro cerebro triangula está información para que nosotros sepamos qué objetos están más cerca y cuales más lejos.

gafas3d

Puedes comprobar este hecho fácilmente extendiendo uno de tus pulgares delante de la cara y cerrar alternativamente uno y otro ojo, observarás que el pulgar se mueve como por arte de magia. 😉

Para que podamos ver una película en 3D, la televisión tiene que ser capaz de hacernos llegar esas dos imágenes distintas a cada uno de los ojos. Tendremos una película para el ojo izquierdo y otra para el ojo derecho.

Antiguamente se usaba el anaglifo, que eran las películas que se veían como una mezcla de dos imágenes, una en rojo y otra en azul, y que veíamos con aquellas gafas tan chulas de dos colores.

Por suerte esta época ha sido superada y hoy en día existen otros sistemas donde los colores se ven menos afectados, pero para entender esta nueva tecnología hay que saber cómo funcionan las televisiones LCD y la polarización.

Pero vayamos por partes.

¿Qué es la polarización?

Sabemos que la luz es una onda electromagnética, lo que significa que tendremos tanto el campo eléctrico como el magnético vibrando y desplazándose por el espacio. La polarización es el plano de vibración del vector del campo eléctrico. En la luz no polarizada este plano cambia de manera aleatoria con el tiempo. Si el cambio de este plano cambia de manera predecible con el tiempo diremos que la luz está polarizada.

Esto se ve mucho más claro con un gráfico.

figr2

La luz completamente polarizada varía desde la polarización lineal, donde el plano de oscilación es constante con el tiempo, hasta la circular pasando por la luz elíptica, polarizaciones donde el plano gira 360º cada periodo óptico.

En la polarización elíptica tendremos que las componentes del campo eléctrico oscilan con un cierto desfase entre ellas que se encuentra entre 0º (que sería la polarización lineal) y 90º (que sería la polarización circular) describiendo esa trayectoria en la dirección de propagación que se ve en la figura. También hay que señalar que dependiendo del sentido de giro que describe el vector del campo eléctrico tendremos que la luz girara en sentido horario o anti-horario dependiendo de qué componente del campo eléctrico esté retrasado con respecto al otro.

¿Cómo funcionan las televisiones LCD?

Básicamente un televisor LCD (Liquid Crystal Display) utiliza la polarización de la luz para poder modular la intensidad de cada pixel en la pantalla. Para esto se utilizan dos polarizadores lineales cruzados (en la imagen vertical filter) que encierran una celda de cristal líquido.

figr3

El primer filtro lo que consigue es que tengamos un estado de polarización a la entrada de la celda de cristal líquido, en este caso polarización lineal en sentido vertical. (Notad que la fuente de luz estará en la parte trasera de la pantalla). La celda de cristal líquido produce un cambio en la polarización de la luz a medida que la atraviesa, ya que tiene la capacidad de afectar de manera distinta a las componentes del campo eléctrico. (Birrefrigencia llaman a esto) Además este cambio dependerá del voltaje aplicado al cristal líquido, con lo que podremos cambiar de polarización vertical a la polarización horizontal necesaria para que toda la luz pueda salir al exterior, pasando por todos los niveles de luminosidad intermedios. Si esto lo hacemos para cada color, Rojo, Verde y Azul (RGB) tendremos una pantalla en color.  Una explicación más profunda y de todas las partes de la pantalla se puede ver en el siguiente vídeo.

Hay que destacar en este punto aquí que la luz que sale de nuestras pantallas estará polarizada linealmente, algo que como humanos que somos no nos afecta ya que nuestros ojos son incapaces de distinguir la polarización de la luz. Para poder distinguirla tendríamos que tener alguna especie de polarizador en los ojos.

Ahora que ya sabemos qué es la polarización y cómo funcionan nuestros televisores, es hora de volver a las televisiones en 3D.

Cómo hemos dicho para poder ver en tres dimensiones tenemos que hacer llegar diferentes imágenes a cada ojo. Para esto hay dos estrategias una llamada 3D-activo y la otra 3D-pasivo, que dependerán de donde hagamos el esfuerzo “tecnológico” (por llamarlo de alguna forma) para seleccionar la imagen que irá a cada ojo.

Los sistemas activos utilizan a su vez unas gafas de cristal líquido que lo que hacen es bloquear la visión de uno u otro ojo. Si esto lo sincronizamos con la aparición en la pantalla de la imagen para el ojo correspondiente y lo hacemos suficientemente rápido, ya tenemos la formación de la imagen en 3D.

Pero hay otro sistema que, al menos a mí, me parece más elegante. Y es la que utiliza la polarización circular levógira y dextrógira. Como hemos comentado, la imagen a la salida de una pantalla LCD está polarizada linealmente, con lo que pasar de una polarización lineal a una polarización circular es muy sencillo, basta con utilizar una lámina retardadora de cuarto de onda, es decir, una lámina que desfase las componentes del campo eléctrico 90º una con respecto ala otra. Si orientamos esta lámina que produce el retardo necesario para la polarización circular a 45º con respecto al polarizador lineal de salida tendremos automáticamente luz polarizada circular levógira, si lo orientamos a -45º tendremos luz polarizada circular dextrógira.

Basta con añadir una capa más al televisor para poder tener dos tipos de polarización distintos. Lo que se hace es poner esta lámina retardadora con distintas orientaciones en líneas alternas de píxeles. Después se mostrará en el televisor las dos imágenes entrelazadas y así llegarán hasta nuestros ojos dos imágenes con distinta polarización.

figr4Para detectar la polarización circular basta con ponernos unas gafas que en un ojo tendrán una lámina de cuarto de onda más un polarizador lineal orientado a 45º y en el otro orientado a -45º.

Muy bien, ya sabemos cómo funcionan las televisiones en 3D. Ahora solo queda:

¿Cómo elegir nuestra mascota?

Esto podría ser una elección sencilla, ya que todo el mundo sabe que el perro es el mejor amigo del hombre, así que problema resuelto, podremos ver la película con nuestro can preferido. Pero esto tiene una serie de inconvenientes: la primera es que el perro solo es sensible al verde y al azul, con lo que no disfrutaría de toda la gama de colores que le vamos a proyectar, y además los perros no son sensibles a la polarización así que tendríamos que comprarle una gafas para perros, y estarás de acuerdo conmigo que esto es muy “freak”. Tenemos que buscar una solución.

La solución pasa por escoger al único animal que se sepa por ahora, que es capaz de detectar la polarización circular levógira y dextrógira: la Gamba Mantis. Qué además sabemos que es muy simpática y que es el animal favorito de los naukas.

La Gamba Mantis además de poder detectar una mayor gama de colores ya que tiene 16 receptores de color distintos, desde el infrarrojo hasta el ultra-violeta. Es capaz de caracterizar la luz cómo si de un polarímetro se tratase.

Los ojos de la Gamba Mantis están formados por un conjunto de ommatidias. Como se ve en la imagen:

mant

Cada una de estas ommatidias es un pequeño ojo, donde existe una serie de rabdomas que son sensibles a distintos tipos de polarización lineal. Si bien esta sensibilidad a la polarización lineal no es exclusiva de la Gamba Mantis, ésta posee una banda media de ommatidias dividida en 8 filas que le añaden ciertas funcionalidades.

Las filas de la 1 a la 4 añaden sensibilidad a varias longitudes de onda, mientras que las filas 5 y 6 contienen una clase especial de rabdoma que actua cómo lámina retardadora de cuarto de onda, con lo que combinada con un rabdoma que detecte polarización circular con la orientación a 45º ya tenemos la detección de la luz polarizada circular levógira y dextrógira.

Así que sin duda la mejor mascota para compartir nuestras películas en 3D es la Gamba Mantis, ya que no tendrás que ponerle esas ridículas gafas.

El problema de ponerle “Buscando a Nemo” es que vea algo que le apetezca más que las palomitas y de un golpe te rompa la pecera encima del sofá.

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Este artículo nos lo envía Fco. J. Martínez Guardiola, desde Elda, Alicante, estudiante de doctorado en el Grupo de Holografía y Procesado Óptico de la Universidad de Alicante. Javi es el creador del blog Meditaciones Dactilares  y podéis encontrarlo en Twitter en la cuenta @guardiolajavi

Referencias

Kleinlogel S, White AG (2008) “The Secret World of Shrimps: Polarisation Vision at Its Best”.PLoS ONE 3(5): e2190. DOI:10.1371/journal.pone.0002190

Chiou TH, Kleinlogel S, Cronin T, Caldwell R, Loeffler B, Siddiqi A, Goldizen A, Marshall J (2008) “Circular polarization vision in a stomatopod crustacean”. Current Biology 18(6):429-434. DOI: 10.1016/j.cub.2008.02.066.

10 Comentarios

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Xa2Xa2

Si lo he entendido bien, en el sistema que comentas la información de la mitad de los píxeles llegan a un ojo y la de la otra mitad al otro. De esta forma, la definición de la imagen sería la mitad de la que tenga la pantalla ¿no?

Guardiolajavi

Sí, sería así. Si tienes acceso a un televisor LG (que utiliza esta tecnología) y te acercas los suficiente, verás como en el borde de la imagen se produce una separación entre las líneas de pixeles.

ViksViks

Hola.

Gran artículo. Sólo un “pero”. Rotando el monitor, con la pantalla en blanco, como si fuera un volante de coche, y con cierta velocidad, se puede apreciar un “dibujo pálido amarillo”. Un poco sí que vemos la luz polarizada. Citando la Wikipedia:
“El ojo humano es débilmente sensible a la polarización, sin necesidad de la intervención de filtros externos. La luz polarizada crea un dibujo modelo muy débil cerca del campo visual, llamado cepillo de Haidinger. Este dibujo es muy difícil de ver, pero con la práctica uno puede aprender a descubrir la luz polarizada a simple vista.”

Lo de la última frase debe ser muy difícil de hacer, por lo menos para mí 😛

Un saludo.

GermánGermán

Hola
Me ha gustado mucho este artículo. Llevo desde hace tiempo intentando entender el proceso de polarización correctamente.
No tengo problemas para entender (creo) la diferencia entre polarización lineal, elíptica o circular. El problema viene con el sentido de giro.
Por el principio de dualidad onda partícula, un solo cuánto de luz (fotón) tendrá asociada la información sobre su comportamiento como onda. Entiendo que dicha vibración puede producirse en un plano, en uno perpendicular o en una combinación de ambas. Bien, pero, ¿Y el giro a derechas o izquierdas? ¿El fotón/fotones tienen asociado alguna especie de vector momento angular que indique cuál es su sentido de giro dextrógiro o levógiro según sea + o – dicha variable?
Espero haber podido explicar mi duda lo suficiente.
¡Muchas gracias!

Francis

Germán, los fotones individuales tienen polarización, cuyo origen es el espín del fotón, cuyo origen es el hecho de que el campo electromagnético (EM) es un campo vectorial con varias componentes (de ahí lo de “electro-” y “-magnético”). Recuerda que el fotón es una excitación localizada de dicho campo EM y que la polarización depende de si dicha excitación está localizada en una componente u otra.

Guardiolajavi

No sé a que televisores te refieres, en cuanto a cómo se puede hacer sin gafas, por ejemplo la nintendo 3Ds utiliza una barrera de paralaje (http://es.wikipedia.org/wiki/Barrera_de_paralaje) que hace que los dos ojos perciban dos imágenes entrelazándolas esta vez verticalmente, en vez de horizontalmente cómo se explica en el post. El inconveniente es que depende de la posición relativa del observador a la pantalla.

Hay otras técnicas cómo el uso de microlentes, que reconstruyen la información de fase perdida en la captura de la imagen. Imagen plenóptica (http://www.uv.es/imaging3/lineas/Plenoptics.htm) igual que se captura la información, se puede reconstruir.

Emilio MolinaEmilio Molina

También hay otros tipos de 3D, como los métodos activos, basados en parpadeos selectivos de la lente izquierda o derecha y sincronizados con la muestra de la imagen izquierda o derecha en el monitor, aunque técnicamente son más costosos y suelen producir sensaciones negativas cuando su uso es prolongado.

Y por supuesto, se puede conseguir sin gafas con imágenes “side by side” (lado a lado) usando el fenómeno de divergencia o convergencia de la mirada. Seguro que mucha gente conoce las publicaciones de “El Ojo Mágico”, que se basa en este mecanismo, pero también sirve para ver vídeos de youtube en 3D sin ningún hardware especial.

3Dman3Dman

Interesante articulo. Yo tengo una LG 3D. Un dia mirando al espejo con las gafas guiñe un ojo y el cristal de la gafa del ojo opuesto se me transparento. Podr,ia ser una sugerencia para vuestros experimentos en Naukas. Como este teclado me esta poniendo de los nervios Lo dejo aqui. Saludos

Guardiolajavi

Buen punto. En realidad si te das cuenta verás que con los dos ojos abierto se ven oscuras, pero no negras del todo.

Los cristales de las gafas actúan como “generador” de polarización circular levógira o dextrógira, cuando la luz la atraviesa en el sentido de los ojos hacia fuera. Y como “detector” de polarización circular levógira o dextrógira cuando la luz la atraviesa del sentido del espejo hacia los ojos.

No se me había ocurrido ponerme delante de un espejo con las gafas, pero es una buena prueba. Gracias.

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