Ottica fotografica. Lezioni per il corso di Fisica per gli studenti del diploma di Ottica

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1 Ottica fotografica Lezioni per il corso di Fisica per gli studenti del diploma di Ottica Alessandro Farini Istituto Nazionale di Ottica Applicata-CNR 2 luglio 2009 Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

2 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 Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

3 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 S o è M = f S o Maggiore è la focale della lente e maggiore sarà l ingrandimento. Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

4 Ingrandimento e sensore La relazione Obiettivi Caratteristiche degli obiettivi 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. Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

5 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) Tabella: Corrispondenza tra focale e angolo di campo per il formato 24x36 α Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

6 Il formato tradizionale La pellicola classica Pellicole e Sensori Confronto tra formati 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 Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

7 Dalla pellicola ai sensori Un passaggio epocale Pellicole e Sensori Confronto tra formati 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 lessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

8 I sensori digitali Diversi formati Pellicole e Sensori Confronto tra 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. lessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

9 Confronto tra formati Un diverso effetto Pellicole e Sensori Confronto tra formati 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. Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

10 Confronto tra formati Esempio Pellicole e Sensori Confronto tra formati Esempio: questa macchina ha un sensore detto 1/2.5 di diagonale 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 Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

11 Il Diaframma A cosa serve Il diaframma Il Diaframma e la quantità di luce 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. Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

12 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: N = f 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. Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

13 Il diaframma Gli f/numero: loro significato Il Diaframma e la quantità di luce I numeri che compaiono sulla ghiera del diaframma sembrano essere scelti a caso: In realtà sono selezionati in modo tale che passando da un numero a quello immediatamente inferiore l area del diaframma raddoppia. Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

14 La messa a fuoco Limiti dell obiettivo Il diaframma Il Diaframma e la Profondità di campo 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 Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

15 Il diaframma Il disco di minima confusione Il Diaframma e la Profondità di campo 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, così 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. Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

16 La profondità di campo. Il diaframma Il Diaframma e 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. Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

17 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 Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

18 Il diaframma Punto prossimo e punto remoto Definizioni Il Diaframma e la Profondità di campo 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 con P R Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

19 Il diaframma Il Diaframma e la Profondità di campo Punto prossimo e punto remoto Formulazione matematica Punto prossimo Punto remoto P P = P R = uf 2 f 2 + NCu 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. Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

20 Profondità di campo Formulazione matematica Il diaframma Il Diaframma e la Profondità di campo Dalle formule del punto prossimo e punto remoto è possibile ricavare la formula per la profondità di campo T T = 2u2 f 2 NC f 4 + N 2 C 2 u 2 Esiste anche una formula approssimata di più semplice lettura T 2u2 NC f 2 Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

21 Profondità di campo Dipendenza dalla focale Il diaframma Il Diaframma e la Profondità di campo Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

22 Il diaframma Profondità di campo Dipendenza dall apertura del diaframma Il Diaframma e la Profondità di campo Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

23 Il diaframma Profondità di campo Dipendenza dalla distanza del soggetto Il Diaframma e la Profondità di campo Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

24 Il diaframma Il Diaframma e la Profondità di campo Bibliografia articolo Roorda lezione Roorda cliccate qui! Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25

25 Approfondimenti I Appendice Approfondimenti T.T. Norton, D.A. Corliss e J.E. Bailey The Psychophysical Measurement of visual function. Butterworth Heinemann, S. Someone. On this and that. Journal of This and That, 2(1):50 100, Alessandro Farini alessandro.farini@inoa.it (Istituto Nazionale Ottica fotografica di Ottica Applicata-CNR) 2 luglio / 25