Fotografía ultravioleta: de lo forense a la inspección de obras de arte

La primera aclaración que se suele hacer antes de retomar una conversación bajo el calificativo de “fotografía ultravioleta” hay que aclarar que entendemos por fotografía ultravioleta ya que con frecuencia existen confusiones.

Cuando hablamos de fotografía ultravioleta, realmente estamos hablando de “reflectografía ultravioleta” es decir, recoger la cantidad de energía reflejada en la banda del ultravioleta, que en términos generales es todo lo que estaría por debajo de 400nm.

En este punto no hay que confundirlo con la fotografía de “fluorescencia”, una técnica, que por sencillez suele ser más común de llevar a la práctica. La fluorescencia es un fenómeno por el cual tras emitir en una longitud de onda obtenemos una luminiscencia en otra longitud de onda diferente, lo que se conoce como desplazamiento de “stokes”. Para este fenómeno es común usar lámparas que emiten entorno a los 365nm (lámparas de luz negra o lámparas de Wood) fuera de la sensibilidad espectral de nuestra visión, y se produce una fluorescencia entorno a los 500nm (depende del color) ya dentro de nuestra sensibilidad espectral.

Casi todos los procedimientos relacionados con la documentoscopia, y procedimientos de imagen forense están relacionados con la fluorescencia UV, ya que por los agentes fluorescentes de papel (FWAs, OBAs, etc), como por los marcadores fluorescentes de documentos legales (DNI, Pasaportes, billetes, etc) la fluorescencia por UV suele ser una buena herramienta. Sin embargo la fluorescencia UV es es poco útil cuando trabajamos con sustratos y materiales no fluorescentes tales como documentos antíguos ya sean de celulosa o pergamino.

Por otra parte tampoco es adecuado mezclar en lo que algunos llaman “fotografía multiespectral”, fluorescencia UV con reflectografía infrarroja o luz reflejada en general, ya que aunque por separado ambas situaciones nos arrojen información, son fenómenos completamente diferentes que no se deben analizar en conjunto. Ciertamente la fluorescencia UV es interesante para estudio de alteración de barnices y ciertos soportes como documentos, etc. Pero deberíamos insistir en no mezclar conceptualmente fotografía de luz reflejada con fenómenos de fluorescencia o luminiscencia.

La fotografía ultravioleta, o reflectografía UV tiene por tanto como objetivo fotografíar la banda UV (UV-A, UV-B y UV-C) y para ello es necesario dos cosas: por un lado descartar la banda visible e IR y por otra que nuestro equipo tenga sensibilidad en esa región del espectro.

Las bandas UV se suelen clasificar bajo la siguiente denominación abreviada:

• UV-A (onda larga) 400-315nm
• UV-B (onda media) 315-280nm
• UV-C (onda corta) 280-100nm

También se suele hablar, sobretodo en términos fotográficos de:

• UV cercano o Near UV (NUV) 400-300nm
• UV medio o Middle UV (MUD) 300-200nm

Lo habitual es que, salvo que usemos cámaras especiales, solo lleguemos a trabajar en el UV Cercano, es decir en la banda UV-A, y muy poco de UV-B, pero ya la UV-C se queda fuera de la sensibilidad espectral de los sensores CMOS o CCD tradicionales.

El equipo:

La primera dificultad en fotografía la región del UV es disponer de sensibilidad en estas bandas, cosa nada fácil. El problema se suele localizar en lo que se conoce como los “Internal Cut Filter” es decir los HighPass Filters dedicados a cortar el IR o los LowPass Filters dedicados a cortar las bajas frecuencias relacionados con el UV, todo ello montado en lo que se conoce como Hot Mirrors, es decir un tipo de filtro que solo permite el paso del espectro visible cortando altas y bajas frecuencias (UV e IR). Este tipo de filtros que preceden a nuestro sensor, están orientados a evitar radiaciones, que sobretodo no perturben la reproducción del color, además de incorporar los míticos filtros anti-aliasing dedicados e evitar fenómenos de moiré.

Recordar que el color solo existe en el espectro visible, entre los 400-780nm aproximadamente, las bandas IR e UV son monocromáticas, y si existe algún atisbo de color en ellas, es por fotografiarlas con cámaras con sensores precedidos de una matriz Bayer que tras la interpolación cromática genera “falso color”.

Existen webs como Beyondvisible ou Kolarivision , se puede encontrar mucha información sobre como se comporta el filtraje de múltiples equipos de forma nativa antes de modificarlas a espectro completo.

Otro problema bastante insalvable salvo que se invierta bastantes sumas de dinero, es la absorción de UV por parte de la óptica.

Un buen vidrio óptico, como puede ser el basado en el vidrio de Crown tipo BK7 tiene permeabilidad al UV hasta 300nm. El problema es que los vidrios de las lentes para cámaras son algo más complejos, e indescifrables en cuanto a composición y sobretodo tratamientos multicapa, que van haciendo cada vez más impermeable la óptica al UV (ya que el UV es más un problema que una ventaja en la fotografía a color), por eso es necesario disponer de objetivos lo más permeables posibles al UV para evitar exposiciones extremadamente largas.

Muchas ópticas antiguas estaban vagamente filtradas en UV y además, si son ópticas de focal fija, con muy pocas piezas de vidrio, pueden ser utilizadas para fotografía UV. Existen algunas recomendaciones sobre eliminar los tratamientos multicapa de las lentes, que contienen filtros UV, bajo mi experiencia, el aporte es muy bajo y los problemas son muchos, ya que se elimina el filtro anti Flare, y la lente se vuelve muy sensible a las luces que entran tangentes a la misma produciendo grandes Flares. Realmente es más crítico la naturaleza y número de piezas de vidrio de una lente que el propio tratamiento multicapa del mismo.

Aislando la región del espectro UV del resto

El siguiente problema es como evitar no fotografíar todo lo que este por encima de la región del UV, es decir de 400nm para arriba. Para ello necesitamos un filtro de paso bajo (LowPass Filter o Cut-Off) con la dificultad que con ello conlleva.

El problema de los filtros fotográficos para UV como los B+W, Hoya, Tiffen o Schott es que dejan pasar una porción del IR cercano, por lo que si tenemos una cámara preparada para espectro completo, acabaremos fotografiando el IR y no el UV, sobretodo si usamos ópticas normales que son más permeables al IR que al UV. Para ello es imperativo acompañar estos filtros de un Hot-Mirror que corte el IR pero permita el UV.

Otra alternativa es usar filtros más elaborados para astronomía como el Baarder UV Venus Filter o el Astrodon UVenus (mi favorito) que apenas dejan pasar IR. Evidentemente estos son filtros mucho más caros, pero nos ahorran las dificultades de conseguir un buen hot-mirror que no nos filtre el UV como puede ser el caso del X-NiteCC1 sin perjudicarnos la lectura del UV.

Hay que prestar atención a ciertos filtros de gelatina tipo Wratten, ya que presentan una ligera fluorescencia al UV, por lo que acaban introduciendo matices e información errónea en nuestra escena.

Para consultar la sensibilidad espectral de los filtros más típicos es Beyondvisible

La iluminación

El tercer problema es conseguir una fuente de luz rica en UV. Si vamos a trabajar a la intemperie, pues no vamos a tener mucho problema ya que la luz del sol es sobradamente rica en UV, sin embargo con luz artificial la cosa se complica un poco más.

Por una lado podemos usar luces de Flash (en definitiva un arco de Xenón) modificadas, retirando el filtro UV que suele preceder al tubo. Sin embargo hay que tener cuidado con este tipo de modificación porque la cantidad de UV que desprende un Flash puede ser muy peligrosa, ya que hay lámparas de arco de xenón sobrepasan los 200nm (UV-C) que ya es radiación muy peligrosa, además que una cámara fotográfica estándar difícilmente llega a los 300nm. Lo más adecuado si se usan flashes modificados es interponerles un vidrio de Wood que suele dar una ventana entre 360 y 420nm mucho más segura.

Otra fuente de luz UV son los típicos tubos de luz negra o lámparas de Wood, que suelen tener un pico sobre los 365-370nm (UV-A), mucho menos peligrosos. Dependiendo de la calidad, desprenden mas o menos radiación visible en el entorno de los 400-410nm, por eso las vemos azul-púrpura. Esta radiación visible, no es deseable en fotografía de fluorescencia, pero es intrascendente en reflectrografía ya que cortamos cualquier radiación por encima de los 400nm. Hay que prestar atención que muchas lámparas UV baratas usadas en discotecas, tienen un componente UV-A muy bajo (para no hacer daño) por lo que no son demasiado útiles para nuestros propósitos ya que esencialmente desprenden luz visible azul.

En general todas las lámparas de inspección son del tipo UV-A, y las conocidas como lámparas germicidas suelen estar comprendidas entre el UV-B y UV-C, que se pueden considerar como lámparas bastante peligrosas para la salud, ya que su objetivo es destruir el ADN de las células impidiendo su replicación.

Las aplicaciones

Aunque en materia de fotografía científica aplicada a la botánica y entomología la fotografía UV ya sea reflejada o fluorescencia podemos encontrarnos con aspectos interesantes ya que muchos insectos y plantas presentan tanto fenómenos de fluorescencia como al UV reflejado quizás para la temática de esta web resulte más interesante referirnos a la fotografía científica aplicada a obras de arte, patrimonio y documentoscopia.

En materia de fotografía forense aplicada a la documentoscopia o examen de documentos legales, la fotografía ultravioleta ya sea aplicada a la fluorescencia como a la reflectrografía posee un importante campo de aplicación. Por una parte como medio para poner en evidencia los marcadores fluorescentes de documentos legales tales como pasaportes, DNIs, billetes, etc. En el ambito de la documentoscopia puede ofrecernos resultados interesante por el contraste de los agentes fluorescentes del papel respecto a las tintas, sin embargo es la reflectografía UV donde se puede obtener mejores resultados, ya que no es necesario un fenómeno de fluorescencia para extraer información.

En el BCE (Banco Central Europeo) podemos obtener información de como deben ser examinados los billetes de Euro, bajo luz UV e IR u otros documentos de seguridad como pasaportes bajo luz ultravioleta. Los elementos de seguridad utilizados en Europa en documentos legales y moneda son esencia compuestos derivados del Europio, una tierra rara que mezclada con diferentes sales produce tintas fluorescentes.

Por ejemplo muchos documentos manuscritos elaborados con tíntas ferrogálicas, formadas por sales de hierro, presentan una alta absorvancia en la banda del ultravioleta, por la contra materiales como el papel de celulosa o mismamente el pergamino presenta una baja absorvancia, por lo que se genera una situación de alto contraste ideal para aumentar la legibilidad de documentos con textos ilegibles o desvanecidos por el paso del tiempo. En la imagen de la izquierda podemos ver el caso del estudio de un pergamino medieval con ultravioleta reflejado para poner en evidencia el texto desvanecido.

En inspección de obras de arte el ultravioleta por fluorescencia se usa con frecuencia en el diagnóstico de barnices, tanto a nivel de técnica de elaboración como de alteración. De forma similar se ha usado tradicionalmente para poner en evidencia repintes. En inspección de obras de arte con barnices, no es posible utilizar UV reflejado, ya que los barnices son poco permeables al UV no dejando inspeccionar los materiales subyacentes.

Finalmente algunos minerales presentan fenómenos de fluorescencia, por lo que la fotografía científica con iluminación UV también tiene una cierta aplicación en la fotografía e identificación de minerales. Existe una completa base de datos de luminiscencia de minerales de utilidad para la identificación de minerales por fluorescencia UV.

Seguridad

Hay que tener presente que la mayoría de lámparas de UV desprenden radiación UV-A  y algunas UV-B y UV-C. Además de los evidentes y conocidos daños en la piel, el ojo quizás sea la parte más sensible a estas radiaciones. En este punto, por ejemplo la radiación UV-C es 100% absorbida por la córnea por lo que los daños se sitúan en esta zona del ojo. A medida que aumenta la longitud de onda, aumenta la penetración en el ojo, así la UV-B penetra hasta el cristalino, por lo que contribuye a la opacidad del mismo a largo plazo (cataratas). Y finalmente la radiación UV-A penetrará hasta la retina. El problema de trabajar con técnicas de fluorescencia es que trabajamos a oscuras, por lo que la pupila se dilata, y la penetración de radiación al ojo es mayor. Si pasamos mucho tiempo en contacto con lamparas UV, es muy recomendable adquirir unas gafas de protección al menos UV-B y UV-A. Además las características gafas de color anaranjado, sirven para filtrar el exceso de azul cuando trabajamos en inspección visual.