Ottica fotografica
Lezioni per il corso di Fisica per gli studenti del diploma di Ottica
Alessandro Farini
[email protected]
Istituto Nazionale di Ottica Applicata-CNR
2 luglio 2009
Alessandro Farini [email protected] (Istituto Nazionale
Ottica fotografica
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Sommario
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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Obiettivi
Caratteristiche degli obiettivi
Ingrandimento
Formula approssimata
La formula relativa all’ingrandimento per un obiettivo fotografico di focale
f quando fotografa un oggetto a distanza So è
M=
f
So
Maggiore è la focale della lente e maggiore sarà l’ingrandimento.
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Obiettivi
Caratteristiche degli obiettivi
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 sará 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◦ .
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Obiettivi
Caratteristiche degli obiettivi
titolo
sottotitolo
Si definisce talvolta una “focale normale”, cioé 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)
28
50
105
135
300
α◦
75
47
23
18
8
Tabella: Corrispondenza tra focale e angolo di campo per il formato 24x36
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Pellicole e Sensori
Confronto tra formati
Il formato tradizionale
La pellicola “classica”
La pellicola più utilizzata all’epoca della fotografia analogica era quella nel
formato 24X36 millimetri. Essa è detta anche 35 millimetri, poichè questa
è la misura di un lato tenendo conto anche della parte con i buchi per
l’aggancio della pellicola
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Pellicole e Sensori
Confronto tra formati
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 tradizionale foto
di inizio mandato del
Presidente degli Stati Uniti
Obama è stata la prima della
storia ad essere stata realizzata
utilizzando un sensore digitale
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Pellicole e Sensori
Confronto tra formati
I sensori digitali
Diversi formati
A differenza della pellicola, in
cui il formato 24X36 aveva
assunto il significato di uno
“standard”, nei sensori digitali
vi sono molte dimensioni
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.
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Pellicole e Sensori
Confronto tra formati
Confronto tra formati
Un diverso effetto
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.
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Pellicole e Sensori
Confronto tra formati
Confronto tra formati
Esempio
Esempio: questa macchina ha un sensore detto 1/2.5” di diagonale 7.18.
Di conseguenza il rapporto rispetto al 35 mm (43.3 di diagonale) è di circa
6. La focale vera è da 6.3 a 18.9 mm, quella equivalente sarà da circa 36
mm a circa 114 mm
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Il diaframma
Il Diaframma e la quantità di luce
Il Diaframma
A cosa serve
Il diaframma è un foro che serve a far passare la luce che formerà
l’immagine. Più aperto è il diaframma e maggiore sarà la luce che arriverà
sul sensore.
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Il diaframma
Il Diaframma e la quantità di luce
Apertura di un obiettivo
Definizione
L’apertura relativa N di un obiettivo è data dal rapporto tra la focale f e il
diametro del diaframma D:
f
N=
D
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: f/4. Più piccolo l’f-numero e più aperto
l’obiettivo.
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Il diaframma
Il Diaframma e la quantità di luce
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
In realtà sono selezionati in modo tale che passando da un numero a
quello immediatamente inferiore l’area del diaframma raddoppia.
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Il diaframma
Il Diaframma e la Profondità di campo
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 a
un’altra distanza formrà un’immagine circolare detta “disco di confusione”
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Il diaframma
Il Diaframma e la Profondità di campo
Il disco di minima confusione
Non è necessario che l’immagine sia perfettamente a fuoco per essere
accettabile. Basta che l’immagine di un punto sia un disco
sufficientemente piccolo, cosı̀ da essere visto come un punto. Cioè
l’immagine di un punto deve essere più piccola di un “disco di minima
confusione”. 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.
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Il diaframma
Il Diaframma e la Profondità di campo
La 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.
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Il diaframma
Il Diaframma e la Profondità di campo
Prodfondità di campo
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
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Il diaframma
Il Diaframma e la Profondità di campo
Punto prossimo e punto remoto
Definizioni
Punto Prossimo È il punto più vicino all’obiettivo che può ancora essere
considerato nitido. Lo indicheremo con PP
Punto Remoto È il punto più lontano dall’obiettivo che può ancora essere
considerato nitido. Lo indicheremo con PR
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Il diaframma
Il Diaframma e la Profondità di campo
Punto prossimo e punto remoto
Formulazione matematica
Punto prossimo
PP =
uf 2
f 2 + NCu
Punto remoto
uf 2
f 2 − NCu
dove u è la distanza su cui è messo a fuoco l’obiettivo, f la focale
dell’obiettivo, N è l’f/numero e C il diametro del disco di minima
confusione.
PR =
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Il diaframma
Il Diaframma e la Profondità di campo
Profondità di campo
Formulazione matematica
Dalle formule del punto prossimo e punto remoto è possibile ricavare la
formula per la profondità di campo T
T =
2u 2 f 2 NC
f 4 + N 2C 2u2
Esiste anche una formula approssimata di più semplice lettura
T ≈
2u 2 NC
f2
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Il diaframma
Il Diaframma e la Profondità di campo
Profondità di campo
Dipendenza dalla focale
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Il diaframma
Il Diaframma e la Profondità di campo
Profondità di campo
Dipendenza dall’apertura del diaframma
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Il diaframma
Il Diaframma e la Profondità di campo
Profondità di campo
Dipendenza dalla distanza del soggetto
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Il diaframma
Il Diaframma e la Profondità di campo
Bibliografia
articolo Roorda
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Appendice
Approfondimenti
Approfondimenti I
T.T. Norton, D.A. Corliss e J.E. Bailey
The Psychophysical Measurement of visual function.
Butterworth Heinemann, 2002.
S. Someone.
On this and that.
Journal of This and That, 2(1):50–100, 2000.
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