Reflectancia, Absorbancia y transmitancia en seguridad de billetes

Cuando afrontamos tareas de inspección de obras de arte o bienes culturales en bandas no visibles (infrarrojo, ultravioleta, etc) son múltiples los fenómenos que pueden suceder para un mismo tipo de iluminación, entremezclándose conceptos y fenómenos en una única prueba.

En este artículo, aplicaremos algunas técnicas de inspección en bandas no visibles, sobre marcadores de seguridad de billetes de euro, como un mero ejercicio para comprender fenómenos posibles sobre obras de arte y bienes culturales, así como, evidentemente tiene un cierto interés para el campo de la documentoscopia, fotografía forense o fotografía científica en general.

Reflectografía Vs Fluorescencia

Primeramente es conveniente aclarar dos fenómenos muy característicos:

La fluorescencia es un fenómeno de luminiscencia fotoinducida, es decir, tras “irradiar” nuestro pigmento con una determinada longitud de onda, se produce una emisión de luz en otra longitud de onda dada bajo el principio de Stokes.
 
La reflectografía, por la contra, se sirve de la luz reflejada por un pigmento para construir la imagen.

A efectos de imagen, no es posible diferenciar con claridad que es una luminiscencia o que es una reflectancia, por tanto, es preciso una especial atención en los ensayos y pruebas a realizar. No poca veces, fenómenos de luminiscencia pueden ser confundidos con reflectancia, ya que en la imagen, serán recogidos como zonas de alta energía, sin saber muy bien el origen de la misma.

Habitualmente usamos el términos reflectografía de forma diferenciada a fotografía, cuando realmente es lo mismo, para separar entre las imágenes construidas en la región del visible (fotografía) y la construida en al región no visible (reflectografía)

Reflectografía en el Infrarrojo

El infrarrojo es aquella región que se caracteriza por un incremento en la longitud de onda, en relación al espectro visible. Este incremento en la longitud de onda produce fenómenos característicos como un aumento de la transmisión de energía de ciertos materiales al reducirse al absorción. Esto es, los materiales se vuelven transparentes bajo la luz infrarroja. Esta cualidad es muy evidente en ciertas tintas, que “desparecen” ante el infrarrojo. Sin embargo, el infrarrojo también puede desencadenar fenómenos de absorción o reflectancia (reflexión difusa de la luz), es decir, un pigmento o tinta muy absorbente al infrarrojo, apenas reflejará luz, por tanto se traducirá en la imagen como una zona obscura. Por la contra, las zonas que más luz reflejan, se muestran como más claras.

Infrarrojo muy cercano (VNIR, Very Near Infrared)

Es el que sucede en la zona más próxima al espectro visible, es decir, sobre los 750nm y 1200nm que suele ser el límite de sensibilidad para cámaras convencionales, con sensores basados en el silicio. En los billetes de euro, es un marcador bien conocido, declarado entre los marcadores de seguridad del BCE (Banco Central Europeo), que aprovecha la transmitancia de algunas tintas, para volver “invisible” zonas características del billete. A veces, es complejo diferenciar fenómenos de transmitancia y reflectancia de tintas sobre soportes de color blanco, ya que es difícil discernir si estamos viendo el soporte (papel) o estamos viendo una tinta altamente reflectante en esa longitud de onda.

Infrarrojo medio (SWIR, Short Wave Infrared)

Realmente el VNIR forma parte del SWIR, sucede que es una región muy característica por estar asociada la sensibilidad de las cámaras convencionales en base a sensores de silicio. Por la contra, el SWIR o infrarrojo medio, comprende longitudes de onda que van desde la frontera con el visible (750nm aprox) hasta longitudes de onda próximas a los 1800nm, la cual es la región características de los sensores InGaAs (Arseniuro de indio y galio). En estas longitudes de onda, la transmitancia de los cuerpos aumenta, sin embargo también pueden aparecer fenómenos de absorbancia alta, por el diseño de los compuestos químicos de la escena. Es lo que ocurre con el marcador de la “banda plateada” de los billetes de euro, que se vuelve transmisiva en el VNIR pero vuelve aparecer en el SWIR por su alta absorción a estas longitudes de onda.

Fluorescencia Infrarroja

El estudio de los fenómenos de fluorescencia en la banda del infrarrojo no es muy habitual por la complejidad de la técnica y sensibilidad de los equipos de observación, por lo que no es una marcador de seguridad muy difundido, aunque esté presente en muchos documentos legales.

En la fluorescencia infrarroja, se suele excitar la muestra en la región del visible, y recoger las luminiscencias formadas en la región del infrarrojo. Es una técnica que posee unas ciertas aplicaciones en el mundo del patrimonio cultural y obras de arte, ya que existen algunos pigmentos que presentan este tipo de fluorescencia.

Algunos billetes presentan esta fluorescencia característica, no es el caso del billete de 20€ usado en otros ejemplos, pero sí, por ejemplo, en el de 50€. Los marcadores de fluorescencia infrarroja son muy característicos ya que están dispuestos a la inversa a los marcadores del infrarrojo reflejado/transmitido.

Reflectografía Ultravioleta

La región del utravioleta, de forma opuesta al infrarrojo, es aquella caracterizada por un acortamiento de la longitud de onda en función del espectro visible. Con el acortamiento de la longitud de onda, hasta llegar a radiaciones ionizantes, la penetración es menor  en los pigmentos, tintas y pinturas, y es común observar multitud de fenómenos de absorbancia no perceptibles en el visible.

No hay que confundir la reflectografía ultravioleta, con la fluorescencia ultravioleta, son dos fenómenos completamente diferentes, aunque ciertas fuentes de iluminación, como veremos a continuación nos entremezclen dicho fenómeno. Y compuestos muy absorventes se suelen correlacionar, aunque no siempre, con compuestos fluorescentes.

En billetes de euro, existen marcadores muy absorbentes en la región del ultravioleta, como se puede ver en el ejemplo, alguno de ellos la “banda plateada” que además mostrará una importante florescencia y que además mostrará una gran absorción en el SWIR.

Fluorescencia Ultravioleta

La fluorescencia UV es la técnica bien conocida, y declarada por el BCE en sus manuales, basada en excitar las tintas con una luz ultravioleta, que puede ser a 356nm o 280nm aproximadamente, para producir fluorescencias con diferentes matices de color (naranjas, verdes, amarillas, etc).

La dificultad para trabajar con fluorescencias, reside en que la habitual luz negra usada para la inspección contiene mucha luz azul, por tanto, la reflectancia del billete en la región del azul se entremezclará con el fenómeno de la fluorescencia. Este problema nos impide localizar fluorescencias que se formen cerca de la banda del azul, así como cuantificar con propiedad el matiz de las fluorescencias, que pueden estar distorsionadas por el procesado de la imagen digital (compensación del balance de blanco, etc)

De esta forma, al igual se veíamos en el caso de la fluorescencia infrarroja, una verdadera fotografía de fluorescencia o luminiscencia, solo debe recoger la luz emitida por el compuesto a estudiar, no la luz reflejada. Así, la fotografía de fluorescencia solo exhibe las áreas luminiscentes y mantiene “ocultas” las áreas no luminiscentes.

Conclusión

Para el estudio de los fenómenos en bandas no visibles o fluorescencias, es necesario de referencias conocidas con el fin de no tergiversar fenómenos y conocer el alcance de cada técnica. Adquirir pigmentos de referencia usados en el mundo del arte y el patrimonio cultural, con fenómenos bien conocidos de fluorescencia, absorbancia, etc, puede ser costoso y caro, por lo que usar documentos legales, como los billetes, nos aportan una buena fuente de experimentación ya que en un mismo elemento podemos recoger multitud de fenómenos.

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