Fotografia e Beni Culturali

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1 Lezione 12 TECNICHE FOTOGRAFICHE Fotografia e Beni Culturali Conservazione I documenti fotografici hanno permesso di registrare lo stato e l esistenza di luoghi e opere che negli anni sono cambiati o addirittura scomparsi. L uso di questa documentazione permette, in molti casi, il restauro del Bene Culturale o il ripristino dei luoghi e, comunque, ne consente la conoscenza e lo studio. Tutela La fotografa interviene nella tutela dei Beni Culturali testimoniando, in maniera oggettiva, lo stato delle cose e dei luoghi. Monitorare un sito o un opera da tutelare, permette di intervenire tempestivamente in caso di modifiche del bene. Fotografia φως (phos) e γραφω (grapho) Studio Come puro mezzo tecnico, la fotografia consente un lavoro di indagine sul Bene Culturale che si spinge anche oltre il visibile. Infrarosso e ultravioletti, per esempio, leggono il bene al disotto della sua superficie consentendo di scoprire o diagnosticare con rigore scientifico (condizioni invisibili.) Diffusione La fotografia permette a tutti di guardare, ammirare, studiare un quadro un monumento o una città. In questo modo la fruizione di un bene è estesa a tutti, anche senza muoversi da casa. 1

2 Spettro solare λmax = b T Muscoli ciliari rilassati Muscoli ciliari contratti cristallino retina Oggetto lontano Oggetto vicino Coni = 3 milioni circa Bastoncelli = 75 milioni circa La sensibilità bastoncelli è 100 volte quella dei coni 2

3 A cosa servono gli obiettivi (fotografici)? Il comportamento di una lente è dovuto al fenomeno della rifrazione cioè al cambiamento di direzione che subisce un raggio luminoso nel passaggio da un mezzo ad un altro con diverso indice assoluto di rifrazione, come accade nel passaggio aria-vetro e vetro-aria attraverso una lente. 3

4 Angolo di incidenza α Indice di rifrazione n1 Indice di rifrazione n2 Angolo di rifrazione β Legge di Snell n1 sen α = n2 sen β La dispersione dei colori La nascita della fotografia avviene agli inizi del secolo XIX dalla confluenza di due correnti di studi: ottica e chimica 4

5 Studi sull ottica IV Secolo A.C. Aristotele osserva un'eclissi con una sorta di camera oscura L erudito Alhazan Ibn Al-Haitham descrive il principio della camera oscura riferendosi ad Aristotele Anche Bacone parla della camera oscura Leonardo da Vinci scopre la natura multicolore della luce Leonardo da Vinci spiega il funzionamento dell occhio ricorrendo all esempio della camera oscura Cesare Cesariano attribuisce l invenzione della camera oscura al monaco Pafnuzio Reiner Frisius pubblica la prima illustrazione della camera oscura Girolamo Cardano elabora la lente convessa e la applica al foro della camera oscura; migliora la qualità dell immagine Giovanni Battista della Porta descrive il principio della camera oscura con foro stenopeico come ausilio al disegno Daniele Barbaro dell Università di Padova dimostra che l applicazione di un diaframma di diametro inferiore a quello della lente migliora la qualità dell immagine. La camera obscura (camera ottica) della Porta descrive la camera oscura dotata di lente Galileo costruisce il telescopio Giovanni Keplero usa una tenda da campo come camera oscura per i suoi rilievi topografici, una lente ed uno specchio sulla sommità della tenda rinviano l immagine su un piano all interno Johann Christoph Sturm ipotizza la camera oscura reflex La camera oscura reflex con schermo smerigliato e portatile, 23x61cm, viene realizzata dal monaco Johann Zahan Isacco Newton pubblica "Opticks" dove spiega la sua teoria corpuscolare della luce Giovanni Battista Beccaria dimostra che l annerimento dei sali d argento è dovuto all azione della luce e non dell aria John Dolland realizza l obiettivo acromatico Carl Wilhelm Scheele applica il prisma solare per studiare la sensibilità ai colori dei sali d argento Lo scienziato Bansui Otzuki descrive la camera oscura che chiama "shashin-kyo", specchio del vero. Shashin significa tutt ora fotografia in giapponese Sir John F. Herschel scopre la radiazione infrarossa William H. Wollaston inventa la camera lucida come ausilio al disegno dal vero Wollaston progetta una semplice lente a menisco: dà una buona definizione a f/16 con un campo di David Brewster inventa il sistema ottico per la visione stereoscopica che furoreggerà trent anni dopo. Foro stenopeico 5

6 Basilica dei Santi Giovanni e Paolo Giovanni Antonio Canal, (Canaletto, Venezia ) Metà 1700 Studi sulla chimica L alchimista Georgius Fabricius rileva che la "luna cornea" (cloruro d argento) annerisce con l esposizione alla luce Johann Heinrich Schultze scopre che l annerimento dei sali d argento è dovuto all azione della luce ottiene immagini a contatto ma non può fissarle Giovanni Battista Beccaria dimostra che l annerimento dei sali d argento è dovuto all azione della luce e non dell aria I fratelli Joseph-Nicéphore e Claude Niépce tentano di fissare chimicamente l immagine nella camera oscura mentre, militari, erano di stanza a Cagliari Thomas Wedgwood realizza profili con la camera oscura su cuoio bianco sensibilizzato. Non potendoli fissare possono essere osservati per breve tempo solo a lume di candela Il 5 maggio Niépce scrive al fratello dei nuovi tentativi annunciando di aver ottenuto una debole immagine su carta e di averla parzialmente fissata. E insoddisfatto perché l immagine è una negativa! Continuerà i suoi esperimenti per altri dieci anni Herschel scopre che l iposolfito di sodio scioglie i sali d argento. Il fissaggio nasce prima della fotografia Il pittore Louis Mandé Daguerre inaugura il Diorama, uno spettacolare teatro nel quale attraverso fondali mobili e giochi di luce vengono proposte agli spettatori suggestive vedute Niépce ottiene una buona copia a contatto su lastra di peltro spalmata di bitume di Giudea del ritratto del cardinale di Reims. È il primo esempio di riproduzione fotomeccanica. Johann Heinrich Schulze-1725 Insegnava anatomia nei pressi di Norimberga, e notò che in diverse sostanze chimiche che aveva mescolato, parte del preparato si scuriva dopo essere stato esposto alla luce solare. Dopo vari tentativi scoprì che si trattava del nitrato d argento. Rese pubblica la sua scoperta ma nessuno per tutto il XVIII secolo collegò questa scoperta con le camere oscure impiegate come ausilio al disegno. 6

7 Thomas Wedgwood Faceva parte di una famiglia inglese di produttori di fini porcellane blu e utilizzavano il nitrato d argento per fissare le immagini che proiettavano sulle porcellane. Gli artigiani poi vi tracciavano il disegno sopra e tramite la cottura in forno rendevano permanente le decorazioni. Thomas Wedgwood, tentò di fissare un immagine su carta e cuoio sensibilizzato con una soluzione di nitrato d argento. La successiva esposizione alla luce generava l annerimento dell immagine fino alla completa sparizione. Eliografia 1826 Joseph Niépce bitume di Giudea in polvere e disciolto in essenza di lavanda poi pennellato su una lastra di peltro (stagno, rame, piombo Ag) lo strato di vernice fotosensibile viene esposto per qualche ora sul fondo di una camera oscura la lamina viene immersa in un bagno di lavanda e trementina per dissolvere i frammenti che non hanno ricevuto la luce. Joseph Nicèpore Nièpce I suoi primi tentativi furono diretti all invenzione di una tecnica analoga alla litografia, per creare stampe più realistiche rispetto all incisione. La sua tecnica consiste nell utilizzare una camera oscura in cui penetra la luce di un paesaggio che colpisce una miscela di bitume di Giudea e petrolio bianco. In questo modo ottiene Louìs Jaques Mandè Daguerre 1829 Artista eccentrico era scenografo per l Operà di Parigi e coinventore dei diorami teatrali. Nel 1829 firmò un accordo di collaborazione con Nièpce per sviluppare i risultati che aveva ottenuto. I due erano stati presentati da Chevalier, ottico e costruttore di obiettivi. I risultati che era riuscito ad ottenere permettevano di avere solo un immagine sbiadita fino a quando, narra la leggenda, riponendo una lastra preparata in un armadio contente composti chimici, questa rimase impressionata con un immagine scura e molto migliore. Scoprì dopo varie ipotesi che il responsabile era un termometro rotto che aveva sprigionato i vapori di mercurio. 7

8 Il dagherrotipo PREPARAZIONE Il dagherrotipo viene realizzato su una lastra di rame (16 x 21 cm.), placcata d argento e accuratamente lisciata. La superficie così ottenuta è resa fotosensibile da un immersione in vapori di iodio, che reagendo con l argento danno luogo a ioduro d argento. Una volta preparata, la lastra deve essere utilizzata entro un ora, altrimenti si deteriora. ESPOSIZIONE Esposta ai raggi luminosi, la superficie trattata ne resta impressionata: nelle zone colpite dalla luce i cristalli di ioduro d argento si trasformano in argento metallico, formando l immagine latente. Perché si abbia un immagine sufficientemente definita, il tempo di posa deve essere abbastanza lungo: nei primi esperimenti, circa 15 minuti SVILUPPO E FISSAGGIO Segue lo sviluppo, in un bagno di vapori di mercurio, entro una camera oscura: laddove è presente l immagine latente, il mercurio si lega con l argento e forma un deposito biancastro che corrisponde alle parti chiare dell immagine. Nella successiva fase del fissaggio, una soluzione di sale da cucina scioglie lo ioduro d argento non colpito dalla luce, lasciando scure le zone d ombra dell immagine. PREGI E DIFETTI -riproduzione del reale abbastanza nitida, con dettagli ben definiti, resi in una notevole varietà di grigi. -esemplare unico, non duplicabile e molto fragile. -lunghi minuti di posa escludono la possibilità di riprendere soggetti in movimento Natura morta, primo dagherrotipo,1837 Boulevard a Parigi, dagherrotipo, prima comparizione di figura umana, 1838 esposizione di 10 min. 8

9 Talbot e il disegno fotogenico Nel frattempo, nel 1839, non molto tempo dopo l'annuncio di Daguerre riguardo l'invenzione delle fotografia, William Henry Fox Talbot, uno scienziato inglese, comunicò di aver inventato un metodo di fotografia diverso, in cui la carta, impregnata di ioduro d'argento e poi lavata con speciali soluzioni prima dell'esposizione, serviva come negativo per stampare il Positivo, come avviene oggi. In vacanza sul lago di Como, ricevette una tale impressione dalla bellezza del luogo che, non sapendo disegnare, iniziò a cercare qualche mezzo per "fissare" l'immagine della camera obscura. William Henry Fox Talbot dagherrotipo immagine nell argento pregiata e molto dettagliata esemplare unico e talbotipo talbotipo (o calotipo) poco nitido era possibile eseguire copie Foto di una finestra 1835 o Richard Maddox e la gelatina Richard Maddox fotografo, scoprì che i vapori del procedimento al collodio erano dannosi per la salute e che inoltre il procedimento era lungo, macchinoso e ingombrante. Utilizzò in alternativa la gelatina al bromuro d argento che non necessitava una preparazione appena prima dello scatto per sensibilizzare la lastra. Gli alogenuri d argento Quando un'emulsione all'alogenuro d'argento (AgCl, AgBr, AgI) viene esposta all'immagine luminosa prodotta dall'obiettivo, si forma in essa un'immagine latente; quasi sempre tale immagine non è visibile, perché la quantità di argento che si forma è molto esigua. Il processo di sviluppo amplifica questa immagine di un fattore di circa 109, e fornisce l'immagine finale di argento. Il successivo bagno di fissaggio trasforma gli alogenuri di argento non esposti e non sviluppati, rimasti nell'emulsione, in complessi di argento solubili che vengono poi asportati dal lavaggio per lasciare solo l'immagine di argento. 9

10 L emulsione fotografica Alogenuri d argeno: AgCl, AgBr, AgI Sensibilità degli alogenuri d argeno: dai raggi cosmici fino al blu Sensibilizzazione Ordinaria, fino al blu Fujifilm RVP. Professional color positive film. ISO50. Average grain size: 0.8 um Kodak TMAX400. Professional B&W negative film. Average grain size: 2-3um Ortocromatica, sensibile al blu e al verde Pancromatica, sensibile al blu, al verde e anche al rosso dal 1906 Infrarosso Fujifilm Superia 100. Consumer color color negative film. Average grain size: 1um Konica 160. Professional color negative film. Average grain size: 1.5 um 10

11 Sensibilità ai colori Curva di Hurter e Driffield strato sensibile al blu di colore giallo filtro giallo per bloccare il blu strato sensibile al verde di colore magenta strato sensibile al rosso di colore ciano Densità = log opacità = log 1/T (base 10) I I I const. 1 2% conservazione materiali fotografici Formati fotografici Grande formato I materiali fotografici sono soggetti a degrado come qualsiasi materiale. Le fotografie sono soggette a deterioramento che è causato sia da fattori interni al materiale che da elementi esterni: Elementi interni Elementi esterni Residui di sviluppo e fissaggio Errate condizioni di conservazione (illuminazione, condizioni ambientali) Composti dell emulsione e del supporto: tipo di carta, metallo della lastra, coloranti, etc. Medio formato Piccolo formato Errata manipolazione Inquinanti biologici e chimici (batteri e insetti, ossidazione) Le dimensioni derivano dai multipli e sottomultipli delle lastre che Daguerre utilizzava e misuravano 180 per 240 mm. 11

12 Medio formato Dimensione pellicola: 6 x 4,5 cm 6 x 6 cm 6 x 7 cm 6 x 9 cm reflex 12

13 Medio formato Piccolo formato-35mm Twin lens reflex 35 mm Diagonale =43,26 mm 24 mm 36 mm 13

14 Focali Tele 80 mm Le focali 24 mm 35 mm 50 mm 100 mm 200 mm 400 mm 800 mm 1200 mm Lunghezza focale obiettivi Normale 50 mm Grandangolo mm Piano immagine 14

15 Lunghezza focale occhio umano = 17 mm Focali e prospettiva 17 mm 26 mm 37 mm 53 mm 70 mm 100 mm 133 mm 200 mm Per avere un angolo di campo complessivo di 55º (la cui metà è 27.5º) si deve avere: tan(27.5º) = 21.63/f (metà della diagonale/f) e quindi f = 21.63/tan(27.5º) = mm 300 mm Circolo di confusione Profondità di campo Quando si mette a fuoco un punto, la sua immagine sulla pellicola diventa un circoletto più o meno grande, a seconda della precisione della focheggiatura e della qualità dell'obiettivo. Fino a che il diametro del circoletto (più propriamente detto circolo di confusione o cerchio di diffusione) rimane entro certi limiti, il punto può essere considerato a fuoco. 15

16 sfocata a fuoco sfocata Diaframma aperto Diaframma chiuso Chiudendo il diaframma 16

17 Tempo e diaframma Esposizione = tempo x intensità focale Diametro apertura pupilla Diaframma aperto + Breve tempo di esposizione f/number Diaframma chiuso + Lungo tempo di esposizione diaframmi tempi Focale obiettivo f/n Diametro apertura 50 mm f/ mm 100 mm f/4 25 mm 135 mm f/ mm 17

18 L Esposimetro Forte dipendenza dal colore del soggetto e dalla luminosità 18% Grigio neutro È un grigio che ha riflettanza del 18%. Il grigio neutro è il valore di riferimento utilizzato dai costruttori per la taratura degli esposimetri nelle fotocamere. In base alla luce riflessa da questo grigio, che viene letta dall esposimetro, la fotocamera fornisce la coppia tempo-diaframma adatta a quell illuminazione. Lampadina ad incandescenza Lampada a scarica Color chart Temperatura colore Temperature Source 1700 K Match flame 1850 K Candle flame K Incandescent light bulb 3350 K Studio "CP" light 3400 K Studio lamps, photofloods, etc K Moonlight, xenon arc lamp 5000 K Horizon daylight K Typical daylight, electronic flash 6500 K Daylight, overcast 9300 K CRT screen 18

19 Immagine digitale Consiste in una matrice di valori numerici che rappresentano il livello di grigio dei relativi pixel Steve Sasson 1975 Cos è? I BIT IN UN IMMAGINE DIGITALE (in bianco e nero) Livelli di Grigio Consideriamo un singolo pixel dell immagine, questo può rappresentare in maniera più o meno ampia il numero di livelli di grigio livelli di grigio=1 bit livelli di grigio=2 bit livelli di grigio=3 bit livelli di grigio= 8 bit Numero dei livelli di grigio=2n(=bit) 19

20 Il CCD (Charge Coupled Device) Nelle macchine fotografiche digitali al posto della pellicola fotografica c è un rivelatore a stato solido. Nel 1969 Willard S. Boyle e George E. Smith, mentre lavoravano presso ai laboratori della Bell progettarono il primo Charge Coupled Device conosciuto come CCD 20

21 Immagine digitalizzata Immagine focalizzata sul rivelatore 21

22 Il CMOS È simile al CCD, con la differenza che ogni pixel non deve essere trasferito verso il successivo in sequenza in quanto è digitalizzato localmente e letto singolarmente. Lo svantaggio è che lo spazio necessario alla lettura e alla digitalizzatione toglie spazio alla superficie sensibile. Calcolo dimensione immagine pellicola in byte Dimensioni grano argento è 0.7 micron (100 iso) a causa dello scattering possiamo considerare un area di diametro 10 micron Assumendo una profondità di bit di 8 bits per pixel: 36mm 24mm 8bits / pixel = bits / image 10µm 10 µm bits = bytes = 8.2 MB: FOR B&W 8.2 MB x (3 channels) = 24.7 MB: FOR 24BIT COLOR 22

23 Immagini a colori (RGB) 8 bit Fotografia digitale a colori come? 8 bit 8 bit 24 bit 1976 Come possiamo registrare l immagine a colori con un singolo sensore? FILTRO BAYER 23

24 ISO e Esposizione In un ambiente in cui la luce sia insufficiente, e non posso utilizzare il flash, la sola opzione disponibile per poter riprendere la scena con una corretta esposizione rimane l'aumento della velocità ISO. ISO e Rumore digitale Aumentare la sensibilità comporta degli svantaggi: Alti valori ISO significa alti livelli di rumore digitale. 24

25 Rumore digitale Il rumore è parte integrante del sensore digitale ed è un fenomeno complesso. Ha tre componenti fondamentali che sono: Rumore termico dovuto alla temperatura Rumore fotonico dovuto alla fluttuazione del numero dei fotoni che va a colpire il sensore in un intervallo di tempo Non uniformità di risposta dei singoli pixel pixel diversi raggiunti dalla stessa quantità di luce possono dare una diversa risposta. In breve, il livello di rumore è influenzato dai seguenti fattori: Dimensioni del sensore. Un sensore grande è generalmente meno rumoroso di uno piccolo. Dimensioni dei singoli pixel. A parità di dimensioni del sensore, più megapixel significa più dettaglio ma anche più rumore Sensibilità ISO impiegata. Poca luce = alto valore ISO = maggiore amplificazione del segnale = più rumore Forte compressione jpeg Tempi di posa. Tempi lunghi (1-2 sec.) producono rumore cromatico Temperatura del sensore Alcuni accorgimenti possono ridurre il fenomeno del rumore. 1. Selezionare il valore ISO più basso possibile. Usando il treppiede si possono impostare tempi lunghi e grandi aperture. 2. Tenere la fotocamera spenta e al fresco fino al momento della ripresa per non riscaldare il sensore. 3. Usare una reflex digitale dotata di sensore di grandi dimensioni. Una dslr con sensore "full frame" a ISO 1600 produce un rumore paragonabile a quello di una compatta a ISO La compressione, tipica del formato JPEG, può aumentare il rumore nell'immagine. Nei casi in cui sia necessario minimizzare il rumore in fase di ripresa, un formato non compresso rimane la scelta obbligata. 25

26 Risoluzione Per risoluzione di un'immagine si intende il numero di pixel per unità di spazio (solitamente il pollice inch) pixel per inch (ppi) o dot per inch (dpi). La risoluzione determina il dettaglio di un' immagine. Più il numero di pixel per pollice è alto, più l'immagine è nitida. Errore comune: Confondere dimensioni in pixel con la risoluzione. DISTINGUIAMO: -ppi=pixel per pollice (visualizzazione a monitor o stampata) -dpi=dot per inch (punti per pollice) riferiti alla retinatura o alla risoluzione di una stampante in genere La dimensione in pixel è fissata e dipende da quanto è grande il sensore: 3 Mpixel, 5 Mpixel, 10 Mpixel, etc. dove Mpixel = megapixels = di pixel ad esempio 5 Mpixel corrispondono ad un sensore che ha 2560 x 1920 elementi\pixels La risoluzione dipende dall area in cui distribuisco i pixels relativi alla dimensione del sensore. Se la stampo su un area di dimensioni 90 x 70 cm la risoluzione è di 72 dpi Se la stampo su un area di dimensioni 30 x 23 cm la risoluzione è di 217 dpi Se la stampo su un area di dimensioni 10 x 7.5 cm la risoluzione è di 650 dpi 26

27 Diversi device di output = Diversi risultati! Monitor: 72 ppi e in ogni pixel posso rappresentare fino a 16 milioni di colori (=224bit) Stampante a getto d'inchiostro: da 300 dpi e in ogni punto posso miscelare solo pochi (4) colori! Convenzionalmente per una buona risoluzione sono sufficienti 200 dpi, se si considera una visione di un foramto A4 a 25 cm di distanza. 27

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29 Formati delle immagini digitali Sono scelti in base allo scopo finale dell immagine che può essere : Archiviazione Stampa Diffusione WEB Elaborazioni successive Possono o no subire una compressione per diminuirne la dimensione. RAW (Read After Write) Privo di fattori di compressione (in inglese raw significa crudo ), le informazioni rappresentano esattamente ciò che è prodotto sul sensore digitale. Il formato RAW non possiede una vera e propria estensione, ovvero non esiste.raw, poiché ogni produttore ha un formato RAW Questa compressione può a sua volta essere con o senza perdita di informazioni. BMP - Bitmap È un formato non compresso, quindi di grandi dimensioni. Possiede una profondità di colore fino a 24 bit per pixel È usato prevalentemente nei sistemi windows per tutte le immagini. GIF - Graphics Interchange Format (estensione.gif) Pochissima informazione cromatica e profondità colore fissa a 8 bpp Molto usato su web e adatto per loghi, schemi, ecc... Costituito da linee nette e pochi colori ed è quindi poco adatto per fotografie Si possono creare brevi animazioni (le gif animate) 29

30 TIFF Tagged Image File Format; (estensione.tif) Il formato TIFF necessita di molto spazio su memoria, e può venire compresso senza però perdere alcuna informazione. La stampa di immagini TIFF avviene praticamente solo a livello professionale ed è molto usato dai grafici che destinano il lavoro a supporti cartacei come le riviste. Confronto tra i formati BMP : 198 KB GIF : 51 KB JPEG (Q=100) : 48 KB TIFF (LZW) : 129 KB PNG : 182KB 300x225 pixels JPEG Joint Photographic Experts Group (estensione.jpg) Tutte le fotocamere digitali supportano questo formato essendo l unico possibile nei modelli ultracompatti ed economici. Consente una forte compressione (dal 50% fino a oltre il 90%) delle immagini, a discapito della qualità. Adatta per: immagini con alto contenuto di frequenze spaziali e diffusione fotografie su web Non adatta per: immagini con basso contenuto di frequenze spaziali schemi, testo, ecc... Permette di risparmiare spazio e velocizzare il trasferimento delle immagini da fotocamera a computer, e nell invio di fotografie via posta elettronica o nella pubblicazione sul Web. Analogica o Digitale? Entrambi sono rivelatori analogici La carica viene digitalizzata all interno della camera La pellicola può essere digitalizzata (scannerizzata) ad alta risoluzione La fotocamera digitale raggiunge e supera la pellicola solo in alcuni casi (reportage ) La dinamica è migliore nel digitale 30