Tecniche Fotografiche 1 - Appunti

Tecnica fotografica

La fotografia nasce da una tecnica, da alcuni scienziati che con sostanze fotosensibili hanno fatto esperimenti. La nascita della fotografia è sancita dalla scoperta di come fissare immagini su lastre fotografiche. Però tutti i dispositivi ottici esistevano già: per esempio, la camera oscura era già usata dai pittori per i loro dipinti. Mancava solo la carta fotografica. Dopo del tempo, la fotografia raggiunge la riconoscibilità artistica; prima non era ritenuta un’arte perché era troppo aderente alla realtà, era troppo semplice e non aggiungeva niente.

Elementi di fisica ottica

La luce è all’origine della fotografia (che significa scrivere con la luce). L’80% delle sensazioni fisiche dell’essere umano è di natura ottica. La luce si può spiegare da tanti punti di vista, è energia (per esempio, termodinamica: produce calore). Dal punto di vista fisico ha una doppia interpretazione:

• Teoria corpuscolare: la luce è costituita da unità infinitesime con un comportamento rettilineo (es: ombre di un oggetto).
• Teoria ondulatoria: la luce è vista come un’onda che si propaga in un mezzo (etere) che si supponeva pervadere in tutto l’universo formato da microscopiche particelle elastiche. Matematicamente è un coseno. La luce emana radiazioni con una frequenza: ha un impulso con un massimo e un minimo.

Teoria elettromagnetica

La teoria ondulatoria, conosciuta anche come teoria elettromagnetica, ha una caratteristica importante: le onde elettromagnetiche possono ‘sommare’ i loro difetti, ecco perché si parla anche di principio di sovrapposizione.

• Diffrazione: è la deviazione della traiettoria delle onde quando incontrano un ostacolo e avviene soprattutto quando gli ostacoli hanno fori piccoli quanto la sua lunghezza d’onda.
• Interferenza: non poteva essere spiegata con la teoria corpuscolare o con quella ondulatoria. Se la luce passa in due fori, è come se si separasse in due bande luminose: dalla parte opposta su uno schermo si nota che l’intensità luminosa ha dei picchi e dei vuoti (in alcuni c’è luce, in altri ombre). Come spiegare questa alternanza? Se trovo l’ombra, le due luci si sono sommate, se trovo la luce, le due luci si sono sottratte.
• Polarizzazione: la luce diventa un riflesso su una superficie, vibra solo in una direzione. La polarizzazione nella macchina fotografica evita questo riflesso. Un’onda elettromagnetica è formata da due componenti: una elettrica e una magnetica. Onde del genere sono dette polarizzate piane.

Teoria quantistica

Nel ‘900 alcuni esperimenti portano a questa teoria che considera la luce e la teoria corpuscolare. Effetto fotoelettrico: certi materiali colpiti dalla luce producono un flusso di elettroni che poi diventano elettricità. Vengono prodotti elettroni.

La Luce

Le componenti fondamentali dell’universo sono materia ed energia; la materia può essere trasformata in energia e viceversa. L’energia radiante (luce) è prodotta da modificazioni atomiche nella struttura fisica della materia: parte della sua sorgente si propaga sotto forma di onde, le cui caratteristiche principali sono:

• Lunghezza d’onda (λ): è espressa in nanometri ed è la distanza percorsa dall’onda durante un ciclo completo.
• Frequenza (ƒ): è il numero di cicli completi compiuti dall’onda nell’unità di tempo. Più la frequenza è veloce, più la lunghezza d’onda è bassa e viceversa (sono inversamente proporzionali). Si misura in Hertz.
• Velocità (V): di propagazione della luce nel vuoto (circa 300.000 km/sec).

Queste tre grandezze sono legate dalla relazione: V = λ x ƒ, ƒ = V/λ. A seconda della lunghezza d’onda di una radiazione elettromagnetica, la stessa radiazione si trasforma in raggi gamma (0,01 nm) – raggi X (1 nm) – ultravioletto (100 nm) – infrarosso (1 mm) – microonde (1 cm) – onde radio (1 m fino a 1 km). La luce è la porzione visibile dello spettro elettromagnetico e si trova tra ultravioletto e infrarosso, più o meno tra i 400 e i 700 nm. In questa porzione cambia la lunghezza d’onda: cambiano quindi anche i colori. Ogni colore è espressione di lunghezze d’onda diverse e sommandoli si ottiene la luce bianca.

I fotoni, principali entità della meccanica quantistica, sono quanti di energia e possono essere qualificati dalla frequenza del loro moto ondulatorio o dalla lunghezza d’onda.

Luce che passa attraverso solidi

• Dispersione: un’emissione di luce bianca attraversa un prisma con una data inclinazione e viene scomposta nei colori (es. arcobaleno). I colori principali sono, in ordine, il violetto, l’indaco, il blu, il verde, il giallo, l’arancio e il rosso. Una luce è bianca o policromatica se è costituita da tutte le lunghezze d’onda dei colori.
• Assorbimento: quando la luce viene assorbita da un materiale e restituita in un’altra forma (es. in colore, energia elettrica e chimica).
• Riflessione: la luce viene riflessa. I tipi di riflessione dipendono dal materiale su cui si riflette e può essere riflessione speculare, mista o pura. Quando la luce colpisce la superficie liscia (riflessione diretta o speculare) si riflette con un angolo di incidenza e forma un angolo di riflessione: questi due angoli sono fra loro uguali. Se la superficie non è del tutto liscia (scabra), si parla di riflessione diffusa (o diffusione): la luce è riflessa in un modo diffuso e segue la legge di Lambert (legge del coseno): la luce è riflessa non in modo perfetto, ma si scompone in tanti raggi ed emanata in modo diffuso.
• Fenomeno misto di riflessione e assorbimento: ovviamente nessun corpo si presta come perfetto assorbitore, riflettore e diffusore, ma i tre fenomeni (diffusione, assorbimento e riflessione) sono presenti tutti e tre contemporaneamente. Nella legge della conservazione dell’energia si dice che la somma della componente riflessa e della componente assorbita deve corrispondere a quella incidente: I = a + r dove I = intensità della luce incidente, a = intensità della luce assorbita, r = intensità della luce riflessa.

Per quanto riguarda i corpi trasparenti (un corpo è trasparente quando viene attraversato dalla luce):

• Trasmissione diretta: la luce passa attraverso un vetro senza subire alterazioni.
• Trasmissione diffusa: il corpo è traslucido (i corpi traslucidi si lasciano attraversare dalla luce ma non lasciano capire da quale sorgente essa derivi). Si ha una trasmissione della luce, ma con raggi che si disperdono in tutte le direzioni.
• Trasmissione selettiva: il corpo è trasparente (es. filtri colorati). La luce passa dal filtro e ne esce filtrata (non esce tutta, ma viene depurata dalle lunghezze d’onda relative al colore del filtro).
• Rifrazione: è il potere dei cristalli di rifrangere la luce. Il raggio colpisce un corpo trasparente e ne viene rifratto (deviato dal suo percorso) con una certa angolazione. Il raggio quindi viene deviato in funzione dell’indice di rifrazione (che dipende dal materiale). Legge che sottostà a questo fenomeno (legge di Snell): sen(α₁) / sen(α₂) = n che si può anche scrivere come: sen(α₁) / sen(α₂) = n₂ / n₁, n₁ x sen(α₁) = n₂ x sen(α₂), dove α₁ è l'angolo incidente, α₂ è l'angolo riflettente, n è l'indice di rifrazione. Se il solido ha facce piane e parallele, il raggio in uscita avrà la stessa angolazione di quello in entrata. Se però il materiale non ha le facce piane, quando la luce esce da esso, non è più parallela a quando è entrata, si piega dalla parte opposta.

Curva di sensibilità dell’occhio umano

L’occhio umano non è sensibile come il supporto fotografico alla quantità di luce ma percepisce solo l’intensità. L’occhio percepisce lo spettro non in modo lineare, ma ha un picco in corrispondenza del giallo-verde (550 nm).

Fenomeno di Purkinje: Di notte, la sensibilità dell’occhio si sposta più sul blu. Il maggiore si sposta verso le radiazioni di lunghezza d’onda minori al diminuire della luminosità generale. Esempio: perché il cielo è azzurro? Dipende dal fenomeno di Rayleigh scattering: dipende dalla composizione molecolare dell’atmosfera. La quantità di luce diffusa è inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d’onda. Quindi la luce blu è più diffusa di quella rossa: sia la luce che l’atmosfera sono formate da molecole; le molecole della luce con lunghezze d’onda maggiori scavalcano le particelle dell’atmosfera, le molecole della luce invece con lunghezze d’onda minori (che sono grandi quanto le particelle dell’atmosfera) rimbalzano su di esse. Le lunghezze d’onda relative all’azzurro rimbalzano e si diffondono. Quando però c’è la presenza di vapore acqueo, l’effetto si annulla poiché le particelle di vapore sono più grandi e quindi anche quelle rosse e gialle rimbalzano e per questo il cielo, quando è brutto tempo, è bianco.

Ottica geometrica

Lo studio dei fenomeni ottici che considera la luce come formata da raggi. Propagazione rettilinea: la luce si propaga in linea retta in un mezzo omogeneo.

Camera oscura

Si basa sul principio del foro stenopeico (immagine ribaltata).

Apparecchiature per la ripresa

Elementi costitutivi della fotocamera:

• Foro stenopeico: cioè ‘foro stretto’. Si intercetta un unico raggio dal foro (propagazione rettilinea della luce). In questa camera oscura deve alloggiare un elemento fotosensibile che riceve un’esposizione grazie alla quale si genera un’immagine fotografica. Per calcolare il diametro del foro ci sono diverse formule, fra cui: d = 1,9 dove λ è la lunghezza d’onda e è la lunghezza focale (cioè la distanza tra il foro e la pellicola).
• Difetti di un’immagine prodotta dal foro stenopeico:
  • Diffrazione: l’immagine è poco nitida perché passando dal foro è come se si sporchi. Il raggio colpisce la superficie ma sul bordo viene un po’ deviato.
  • Percezione delle profondità di campo molto estesa, quasi illimitata, a causa dell’apertura di quello che costituisce il diaframma ‘antelitteram’ fisso.
  • La scarsa luminosità del piccolo foro inoltre induce a tempi di posa molto lunghi e quindi all’impossibilità di congelare azioni in movimento (il soggetto deve essere statico).
• Il corpo macchina: è una scatola a tenuta di luce.