informatica - formazione e percezione delle immagini

MACCHINA FOTOGRAFICA DIGITALE

In una macchina fotografica digitale i CCD stanno su una matrice. Sono quindi presenti in numero maggiore che su uno scanner: aumenta così il costo ma diminuisce il tempo di acquisizione dell'immagine. Pur trovandosi su una matrice i sensori sono organizzati in colonne. Un dispositivo detto otturatore espone a turno ciascuna colonna all'immagine, e questo molto rapidamente. Dopo aver caricato i CCD della prima colonna i dati vengono scaricati sul buffer, mentre contemporaneamente viene esposta la seconda colonna e così via. La lettura dei buffer è quindi un'operazione che deve avvenire rapidamente.

INTERLACING

È una tecnica (quella usata dai classici televisori) che prevede l'esposizione e l'acquisizione delle colonne pari alternate a quelle dispari. Così vengono esposte e acquisite contemporaneamente le colonne dispari, poi quelle pari e così via, alternandosi rapidamente, così rapidamente da

ingannare l'occhio e dare l'impressione che l'immagine sia presente sempre per intero.

382 Formazione e percezione delle immagini

2.5 Il sistema visuale umano

Il sistema visuale umano è costituito dal sistema occhi-nervi-cervello.

Radiazioni Rappresentazione

elettromagnetiche della realtà

OCCHI Cervello

(fotoni) (mente)

2.5.1 Struttura dell'occhio umano

392 Formazione e percezione delle immagini

La funzione dell'occhio è quella di tradurre le onde

elettromagnetiche della luce in impulsi nervosi che

vengono trasmessi al cervello mediante il nervo ottico.

L'occhio, o bulbo oculare, è una struttura

sferoidale del diametro di circa 2,5 cm con una

sporgenza pronunciata sulla sua superficie anteriore. La

parte esterna è formata da tre strati di tessuto: il più

esterno è la sclera, un rivestimento protettivo che

copre circa cinque sesti della superficie oculare e che,

nella parte anteriore, è in continuità con la

il muscolo ciliare forma il corpo ciliare che, appiattendo il cristallino o arrotondandolo, ne modifica la lunghezza focale, cioè la distanza alla quale esso mette a fuoco le immagini.

L'iride è una formazione circolare, pigmentata, localizzata dietro la cornea e davanti al cristallino; essa presenta un'apertura circolare al centro, la pupilla, le cui dimensioni sono controllate da un muscolo posto sul suo margine. Contraendosi e rilassandosi, questo muscolo fa allargare o rimpicciolire la pupilla stessa, controllando la quantità di luce che penetra nell'occhio.

Dietro il cristallino, il bulbo oculare contiene una sostanza gelatinosa trasparente, l'umor vitreo, racchiusa da uno strato membranoso sottile, la membrana ialoidea. La pressione dell'umor vitreo mantiene il bulbo oculare disteso.

2.5.2 Funzionamento dell'occhio

Gli occhi degli animali possono essere paragonati a semplici macchine fotografiche, in

Il cristallino forma sulla retina fotosensibile, che corrisponde a una pellicola fotografica, un'immagine capovolta degli oggetti. Come si è detto sopra, nell'occhio la messa a fuoco viene ottenuta con l'appiattimento o l'arrotondamento del cristallino: tale processo viene chiamato accomodazione. In condizioni normali, l'accomodazione non è necessaria per vedere oggetti lontani. Il cristallino, appiattito dal legamento sospensore, mette a fuoco questi oggetti sulla retina. Per vedere oggetti più vicini, il cristallino viene progressivamente arrotondato dalla contrazione del corpo ciliare, che fa rilassare il legamento. Un bambino in tenera età riesce a vedere chiaramente a una distanza di soli 6,3 cm; con il passare degli anni, il cristallino gradualmente si indurisce, al punto che i limiti della visione da vicino sono circa 15 cm a 30 anni e 40 cm a 50 anni. Con l'avanzare dell'età, in genere si verifica una perdita della

capacità di adattare gli occhi a normali distanze di lettura o di lavoro da presbiopia vicino. Questo difetto della visione può essere corretto con l'uso di lenti convesse per la visione da ipermetropia miopia da vicino. Altri difetti come l'astigmatismo e la miopia sono, invece, provocati da differenze strutturali nelle dimensioni degli occhi.

2.5.3 Le diottrie

La diottria è la misura della potenza di una lente sottile. Essa è pari all'inverso della lunghezza focale f, quando questa viene misurata in metri. Ad es. un obiettivo fotografico con fuoco 50 mm ha una potenza di 1/0,05 = 20 diottrie. Un telescopio con fuoco 7 m ha pochissime diottrie.

2.5.4 Cornea e cristallino

Come detto sopra, gli elementi focalizzanti dell'occhio umano sono due e sono:

La cornea: ha una funzione protettrice ma anche di lente con una potenza di circa 40 diottrie.

Il cristallino: ha un fuoco variabile per consentire la formazione di

un'immagine nitida esattamente sulla retina. Grazie al cristallino riusciamo a vedere bene gli oggetti posti a diverse distanze. Il cristallino aggiusta il suo fuoco a seconda della distanza a cui sono posti gli oggetti che guardiamo.

Riferendoci all'eq. della lente sottile e all'occhio umano:

u è la distanza di un oggetto dal cristallino (variabile)

v è la distanza della retina dal cristallino (fissa)

È chiaro che essendo v fisso per mantenere l'uguaglianza devo agire sul fuoco:

u' = 3u

v' = 2u

u = 1

Oggetti - cristallino - retina

Nei bambini il cristallino ha potenza nel range di 10-30 diottrie. Negli adulti (età > 45 anni) la potenza in diottrie del cristallino è nel range di 10-15.

La combinazione di cornea e cristallino fornisce un potere di 50/60 diottrie, cioè una focale di 12-16 mm.

Poiché la retina dista dalla cornea circa 24 mm, per una visione a fuoco a media distanza occorrono

circa 40 diottrie. La potenza in più viene utilizzata per compensare l'irregolarità di forma e mettere a fuoco oggetti a diverse distanze. Nella figura seguente vediamo la geometria degli occhi in una persona con vista normale, in una miope, in una ipermetrope:

Formazione e percezione delle immagini

Come notiamo in una persona con vista normale l'immagine viene focalizzata esattamente sulla retina, in una miope a distanza minore, in una ipermetrope al di là della retina.

La retina è una membrana fotosensibile, formata in gran parte da cellule nervose stratificate che poggiano, dal lato esterno della retina, su uno strato pigmentato. Queste cellule si distinguono, a seconda del loro aspetto e della loro funzione, in coni e bastoncelli e hanno differenti sensibilità ai colori e alla quantità di luce. I coni sono più grandi e sensibili ai colori e permettono un'alta acutezza visiva (si attivano solo con una certa