Sguardo attraverso l'obiettivo, tesina

Liceo Scientifico “P. Levi”

a. s. 2014-2015

Esame di Stato

Uno sguardo

Attraverso l’obiettivo

La magia della luce

A.S. 2014-2015

Mahdi Sarhan

Classe 5ASA 1

Liceo Scientifico “P. Levi”

a. s. 2014-2015

Esame di Stato

Indice

Mappa dei concetti

• Introduzione
• La fotocamera e i suoi elementi
• Parte tecnica
• La fisica della fotografia: dall’ottica al digitale
• L’ottica
• Dalla chimica alle onde elettromagnetiche
• L’isomeria ottica degli idrocarburi e la polarizzazione
• Le onde elettromagnetiche
• Dalle onde elettromagnetiche ai fotoni
• Dalla fisica al digitale
• La matematica dei pixel: la serie di Fourier
• La computer graphics e l’equazione di rendering
• Fotografia come arte
• Uno sguardo sulla fotografia in termini letterari
• La bibliografia

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Esame di Stato

Mappe concettuali dalle onde elettromagnetiche

AlHazen

Arte: Land Art al dualismo onda-particella

Chimica:

Fisica: Ottica e fotografia

Isomeria ottica

Luce e polarizzazione

Luce e fotografia

Ottica fotoni

Letteratura:

Verismo

Fotografia digitale

Informatica:

Computer graphics ed equazione di rendering

Matematica:

Serie di Fourier

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Molto più che una semplice tesina sulla fotografia…

La fotografia

Piccola definizione

Una fotografia è una immagine ottenuta tramite un processo di registrazione permanente e statica delle emanazioni luminose di oggetti presenti nel mondo fisico, selezionate e proiettate da un sistema ottico su una superficie fotosensibile: emulsione chimica per la fotografia fotochimica, cioè quella tradizionale dalle origini ai giorni nostri, sensore elettronico per la fotografia elettronica, oggi digitale. Il termine deriva dal francese photographie, proveniente dall'inglese photography, composizione di foto- (dal greco luce) e -grafia (dal greco disegno).

Con il termine fotografia si indicano tanto la tecnica quanto l'immagine ripresa. L'estrema versatilità di questa tecnica ne ha consentito l'utilizzo nei campi più diversi delle attività umane, dalla ricerca scientifica all'intrattenimento, dalla pubblicità al giornalismo, fino a consacrarla come autentica forma d'arte.

Introduzione

La fotografia è un’immagine che rappresenta la realtà effettiva delle cose e per molte persone è sinonimo di ricordo. Quando qualcuno scatta una fotografia lo fa con l’intento di fermare quell’attimo per riviverlo in futuro. Ma la fotografia non è solo una semplice immagine in grado di stimolare le nostre emozioni, perché ha rivelato la sua utilità in molti ambiti della scienza.

Sin dalla sua invenzione, agli inizi del 1800, essa fu utilizzata dai pittori come documentazione visiva più fedele che qualsiasi schizzo realizzato osservando “il vero”. Gli scrittori, invece, quali i veristi la utilizzarono come “metodo” per realizzare i loro racconti; essi quindi dovevano essere oggettivi e realisti, dovevano cioè descrivere la situazione delle persone com’era veramente.

Con il passare del tempo e l’evolversi delle tecnologie, la fotografia iniziò a essere utilizzata sempre in più campi. Divenne, ad esempio, strumento di sviluppo per il giornalismo e l’editoria e un ottimo strumento per le testimonianze storiche;

In conclusione ciò di cui voglio parlare nella mia tesina sono i vari aspetti della fotografia, partendo dagli aspetti tecnici e scientifici, più importanti secondo me, e analizzando in seguito il suo uso nel corso del tempo in ambito letterario e artistico.

“La fotografia è probabilmente fra tutte le forme d'arte la più accessibile e la più gratificante. Può registrare volti o avvenimenti oppure narrare una storia. Può sorprendere, divertire ed educare. Può cogliere e comunicare emozioni e documentare qualsiasi dettaglio con rapidità e precisione”.

John Hedgecoe 3 4

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La fotocamera e i suoi elementi

Gli elementi della fotocamera sono:

• Obiettivo: messa a fuoco;
• Sistema di lenti;
• Diaframma (una lente che si apre e si chiude): regola la quantità di luce che entra nella camera oscura, qui l’immagine giungerà ribaltata e rimpicciolita;
• Zoom, nell’obbiettivo a distanza focale variabile.

• Corpo macchina:
• Pellicola
• Tempo di posa (scatto) o otturazione: regola il tempo
• Sistema di specchi (reflex) o pentaprisma: impiegato nel mirino delle reflex, affinché l’immagine riflessa nello specchio non appaia capovolta.

Iride/diaframma: regolano l’esatta quantità di luce in ingresso necessaria ad un giusto contrasto dell’immagine.

Cristallino/lente: regolano la nitidezza dell’immagine (messa a fuoco).

Retina/pellicola: sono superfici fotosensibili ossia sensibili alla luce. Nella superficie retinica dell’occhio la fovea è sensibile ai colori. Nelle fotocamere digitali la pellicola è stata sostituita da un sensore.

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Occhio macchina fotografica

superficie piatta, fotosensibile, chimicamente

Pellicola, trattata. Riceve l’immagine ribaltata (anche nei colori)

Retina, superficie dell’occhio fotosensibile alla luce e rimpicciolita. La pellicola può essere colorata o

e alla sua assenza. bianca e nera.

Pellicola colorata.

Superficie retinea (2%), piccola repressione della

sensibile ai colori.

fovea, Diaframma, dispositivo ottico a lamelle che regola l’esatta quantità di luce che deve entrare attraverso l’obbiettivo e giungere alla pellicola. Si chiude al momento dello scatto.

Regola anche la messa a fuoco (foto ben esposta, né troppo

Iride, muscolo che si contrae quando vi è mancanza chiara né troppo scura). Per esempio, in situazioni di luce

di luce, quando c’è molta luce si rilassa facendone scarsa, si può usare un diaframma molto aperto oppure un

entrare poca. maggior tempo di esposizione per catturare più luce; in caso

di forte luce, si ridurranno i tempi o si chiuderà il

diaframma.

Cristallino, lente naturale, trasparente del nostro Sistema di lenti, consentono la messa a fuoco.

occhio, costituita da particolari proteine, consente

la messa a fuoco.

Vi è uno strumento, l’esposimetro, che misura la giusta esposizione di luce.

Diaframma e tempo di scatto sono collegati tra loro: all’aumentare dell’uno, l’altro diminuisce

Angolo di visione dipende dal tipo di obbiettivo:

Grandangolari, a distanza focale (40mm)

Normali da 40 a 80

Teleobbiettivi

Zoom a distanza focale variabile

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Parte tecnica

1 Obiettivi

Caratteristiche degli obiettivi

2 Pellicole e sensori

Confronto tra formati

3 Il diaframma

Il diaframma e la quantità di luce

Il diaframma e la profondità di campo

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Ingrandimento

Formula approssimata

La formula relativa all’ingrandimento per un obiettivo fotografico di focale ‘f’ quando fotografa un oggetto a distanza ‘S ’ è:

o

=

Maggiore è la focale della lente e maggiore sarà l’ingrandimento.

Ingrandimento e sensore

La relazione

L’immagine fotografica deve formarsi su un negativo o un CCD di dimensione fissa: maggiore è l’ingrandimento e minore sarà il campo di visione inquadrato. Mentre le dimensioni di un oggetto su di un negativo dipendono esclusivamente dalla focale di un obiettivo, l’angolo di campo inquadrato dipende invece dalle dimensioni del negativo.

Sia α l’angolo di campo: obiettivi di corta focale sono quelli che hanno α ≥ 65 e obiettivi di lunga focale quelli per cui α ≤

°

35 .

°

Si definisce talvolta una “focale normale”, cioè quella che rende la prospettiva la più vicina possibile alla visione umana. In genere si fissa tale valore come α = 53°. Nel caso del formato 35 mm o di una macchina digitale in cui il sensore misuri 24x36 mm si possono trovare le relazioni di questa tabella.

f (mm) α◦

28 75

50 47

105 23

135 18

300 8

Tabella: Corrispondenza tra focale e angolo di campo per il formato 24x36

La pellicola “classica” 7 8

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La pellicola più utilizzata all’epoca della fotografia analogica era quella nel formato 24X36 millimetri. Essa `e detta anche 35 millimetri,

mi poiché questa è la misura di un lato tenendo conto anche della parte con i buchi per l’aggancio della pellicola

Dalla pellicola ai sensori

Un passaggio epocale

Al giorno d’oggi è sempre più evidente il passaggio da pellicola a sensore digitale, al punto che la foto di inizio mandato del Presidente degli Stati Uniti Obama è stata la prima della storia ad essere stata realizzata utilizzando un sensore digitale

A differenza della pellicola, in cui il formato 24X36 aveva assunto il significato di uno “standard”, nei sensori digitali vi sono molte dimensioni

ni diverse. Al momento attuale le macchine aventi un sensore di dimensioni 24X36 sono 5, anche se è prevedibile che aumentino sempre più. Tutte le altre macchine digitali hanno sensori di dimensioni minori. 8 9

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Se il sensore è più piccolo l’area inquadrata sarà minore, come se stessimo utilizzando un obiettivo di focale maggiore: ma le dimensioni dell’oggetto sul sensore non cambiano.

Il diaframma

A cosa serve

Il diaframma è un foro che serve a far passare la luce che formerà

former

à l’immagine. Più aperto è il

diaframma e maggiore sarà

à la luce che arriverà sul sensore.

N f

L’apertura relativa di un obiettivo è data dal rapporto tra la focale e il diametro del

D:

diaframma =

Esempio:

: un obiettivo con diametro di 2.5 cm e con focale di 100 mm ha un’apertura relativa di

N = 10/2.5 = 4. In genere si tende a scrivere tale valore come f-numero:

numero: f/4. Più piccolo l’f-numero e più aperto l’obiettivo. 9 10

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Gli f/numero: loro significato

I numeri che compaiono sulla ghiera del diaframma sembrano essere scelti a caso: 2.8 4 5.6 8 11 16 22 sono selezionati in modo tale che passando da un numero a quello immediatamente

In realtà

inferiore

feriore l’area del diaframma raddoppia.

La messa a fuoco

Limiti dell’obiettivo

Un obiettivo riesce a mettere a fuoco (cioè a creare un’immagine puntiforme) solo un piano a una distanza data. Ogni punto oggetto

ogg etto a un’altra distanza formerà un’immagine cir

circolare

detta “disco di confusione”

Il disco di minima confusione

Non è necessario che

e l’immagine sia perfettamente a fuoco per essere accettabile. Basta che l’immagine di un punto sia un disco sufficientemente piccolo, così da essere

sere visto come un punto. Cioè l’immagine

ine di un punto deve essere più piccola di un “disco di minima confusione”.

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In queste condizioni diremo che l’immagine è nitida. Per il tradizionale formato 24X36 nelle normali condizioni di visione il disco di minima confusione ha un diametro di circa 0.03 mm.

Profondità di campo

La profondità di campo è quella distanza (misurata sull’asse della lente) per cui si ha un’immagine sufficientemente nitida. A parità di distanza dell’oggetto dall’obiettivo, più chiuso è il diaframma e minore sarà la dimensione del disco di confusione.

Alcune considerazioni che nascono dall’esperienza

• La profondità di campo aumenta chiudendo il diaframma
• La profondità di campo è maggiore per le focali corte rispetto alle focali lunghe
• La profondità di campo aumenta all’aumentare della distanza del soggetto

Tali condizioni possono essere anche viste sotto forma matematica

Punto prossimo e punto remoto

Punto prossimo

È il punto più vicino all’obiettivo che può ancora essere considerato nitido. Lo indicheremo con

P

P

Punto remoto

È il punto più lontano dall’obiettivo che può ancora essere considerato nitido. Lo indicheremo

P

con R

Formule matematiche

Punto prossimo = +

Punto remoto = − f N

Dove ‘u’ è la distanza su cui è messo a fuoco l’obiettivo, la focale dell’obiettivo, l’f/numero e C il diametro del disco di minima confusione.

Dalle formule del punto prossimo e punto remoto è possibile ricavare la formula per la profondità di campo T = +

Esiste anche una formula approssimata di più semplice lettura

≈

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Profondità di campo

Dipendenza dalla focale

Dipendenza dall’apertura del diaframma

Dipendenza dalla distanza del soggetto 12 13

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La fisica della fotografia

Dall’ottica al digitale

L'ottica

AlHazen e l’origine dell’ottica moderna

Alhazen, Abū al-Ḥasan ibn al-Ḥasan ibn al-Haytham

o (in arabo: ) (Bassora, 965 circa –

م ا ن ا

ʿAlī

Il Cairo, 1039), è stato un medico, filosofo, matematico, fisico ed astronomo arabo. Fu sicuramente uno dei più importanti e geniali scienziati del mondo islamico (ed in genere del principio del secondo millennio). Inoltre è considerato l'iniziatore dell'ottica moderna. Fu soprattutto nell'ottica che le sue ricerche produssero risultati d'eccezione.

Studiando l'ottica euclidea, enunciò teorie sulla prospettiva, della quale focalizzò il suo interesse sui tre punti fondamentali (il punto di vista, la parte visibile dell'oggetto e l'illuminazione), riformulando i modelli geometrici che ne descrivevano le relazioni.

Demolizione delle vecchie teorie sull'ottica

In epoche successive sarebbe stato considerato il maggior esponente della "scuola araba" dell'ottica anche perché i suoi studi furono di notevole influenza nella demolizione delle vecchie teorie sulla natura e sulla diffusione delle immagini visive: in antico, con i primi studi si riteneva che la luce fosse una soggettiva (e per questo relativa) elaborazione della psiche umana.

In seguito si era cominciato a parlare di "scorze" (o "èidola") sostenendo che particelle di ogni oggetto osservato (sorta di "ombre" che ne riproducevano la forma ed i colori) si staccassero dall'oggetto per raggiungere l'occhio umano (sebbene questa teoria non potesse spiegare l'accesso all'occhio delle "ombre" di grandi montagne se non supponendo una misteriosa progressiva riduzione dimensionale in corso di tragitto).

A questa teoria seguì quella dei "raggi visuali", per la quale l'analisi dell'assunzione delle informazioni visive da parte del cieco, che le ricava con un bastone, avrebbe dovuto spiegare che l'occhio sarebbe stato dotato di una sorta di "bastoni" coi quali percuotere il mondo visibile e ricavarne le informazioni ottiche.

La teoria era esposta alle argomentazioni di chi eccepiva che questa non avrebbe spiegato la mancanza di visione notturna (o in assenza di luce), non avrebbe spiegato quella che oggi si conosce come rifrazione e, soprattutto, non spiegava come potesse fare l'occhio umano a "toccare" coi suoi supposti bastoncini sensoriali oggetti lontanissimi come il Sole e le stelle.

La scuola araba delle scorzettine dell'ottica

Della scuola araba dell'ottica, Alhazen è in genere considerato il primo e massimo, geniale, esponente. Fu grazie ai suoi studi che si poterono formulare nuove ipotesi, fresche anche per mancanza di inerzie culturali, e che lo studio di queste materie ebbe la possibilità di costituirsi in "scuola", destinata a formare un numero (per i tempi assai rilevante) di studiosi specialistici.

Un elemento che attrasse la sua attenzione fu la persistenza delle immagini retinee, insieme alla sensazione dolorosa procurata dall'osservazione di fonti di intensa luminosità, come il Sole. Se infatti, fu il suo ragionamento, davvero fosse stato l'occhio a "cercare" con raggi o bastoncini l'oggetto, non vi sarebbe potuta essere persistenza delle immagini durante la pur rapida chiusura delle palpebre (mentre questo rapido movimento è comunemente impercettibile proprio per la persistenza dell'immagine - oggi sappiamo - sul fondo della retina). Inoltre, se