Come Viene Catturata un'Immagine da una Fotocamera?
La fotografia è diventata parte della nostra vita. Scattiamo immagini ogni giorno, le condividiamo con amici e famiglia, incoraggiando silenziosamente altri a farlo senza rendercene conto, risultando in un numero incredibile di foto scattate globalmente.
Premere il pulsante di scatto avvia una reazione a catena dentro la fotocamera, portando alla registrazione di un'immagine. È una serie di eventi che avvengono in sequenza, tutti innescati dalla pressione del pulsante di scatto. È come un effetto domino: fluido ed efficiente.
Vi siete mai chiesti cosa succede esattamente dentro una fotocamera durante quel processo di creazione dell'immagine? Avete mai voluto sapere come una fotocamera cattura un'immagine? Oggi impareremo tutto questo e altro.
Come Funziona una Fotocamera?
La fotocamera è una scatola stagno alla luce con un piccolo foro a un'estremità. La luce entra attraverso quel foro e un'immagine si forma su un supporto fotografico. Questa è la spiegazione più semplice delle funzioni interne. Tuttavia, oltre questa spiegazione semplice, circa cento processi diversi avvengono come un orologio.
Dalla Luce all'Immagine: Come si Forma un'Immagine dentro una Fotocamera?
Grazie all'arrivo di smartphone potenti con sistemi fotografici integrati, c'è una fotocamera capace in quasi ogni mano nel mondo. Se la Kodak Brownie portò la fotografia al consumatore medio, gli smartphone l'hanno portata decisamente alla portata di tutti.
Indipendente da marca o modello, una fotocamera è essenzialmente composta da tre parti principali. Possiamo separarle in: l'obiettivo, il corpo macchina e il mezzo sensibile alla luce, che converte segnali ottici in informazioni elettroniche.
I raggi di luce entrano nella fotocamera attraverso l'obiettivo. Attraversano il corpo macchina e colpiscono il sensore sul retro, dove l'immagine si forma.
Analizziamo da vicino ciascuno di questi componenti per capire esattamente il ruolo che ognuno gioca nel processo di creazione dell'immagine.
Parte 1 – L'Obiettivo: Catturare i Raggi di Luce
La prima parte della fotocamera gestisce i raggi di luce in entrata. Lo fa attraverso il barilotto dell'obiettivo.
Il barilotto ha elementi in vetro ottico. Il loro compito è raccogliere i raggi di luce sparsi e convogliarli sulla pellicola o sul sensore d'immagine sul retro per produrre un'immagine.
Oltre a questi, ci sono altri elementi in vetro che aiutano a mettere a fuoco l'immagine.
Inoltre, ci sono molti altri elementi, ognuno con ruoli specifici. Tra questi: elementi ED per correggere aberrazioni cromatiche, elementi VR per contrastare il mosso, e così via.
Una caratteristica essenziale del vostro obiettivo è la funzione zoom. Non tutti gli obiettivi ce l'hanno. Quelli che non zoommato sono detti obiettivi a focale fissa (prime).
Quando ruotate l'anello zoom sul corpo dell'obiettivo, certi elementi all'interno si muovono avanti e indietro. Questo movimento ha un effetto d'ingrandimento sull'immagine. Quindi, zoomando dentro, il soggetto appare più grande; zoomando fuori, appare più piccolo.
Parte 2 – Il Sensore Digitale della Fotocamera
Il sensore digitale è l'aspetto più essenziale della vostra fotocamera. È il sensore che cattura la luce e la trasforma in segnali elettrici. Nei vecchi tempi, al posto del sensore digitale c'era la pellicola fotografica.
Parlerò della pellicola fotografica subito dopo.
Il sensore digitale è composto da una sottile lastra. Su un lato c'è una matrice di fotodiodi sensibili alla luce. L'altro lato ha i circuiti.
Su alcuni vecchi sistemi, i circuiti erano sullo stesso lato dei fotodiodi. Era un design fondamentalmente povero. Causava ingombro e risultava in perdita di luce e aumento del rumore.
I sensori moderni sono progettati meglio. Usano un'architettura a strati (stacked) che riduce ulteriormente il rumore e migliora la qualità delle immagini. Inoltre, il design backside-illuminated (BSI) assicura che i fotodiodi raccolgano molta più luce, producendo immagini più pulite.
Discuterò in dettaglio come funziona un tipico sensore d'immagine in una sezione successiva.
Pellicola Fotografica
Prima del sensore digitale, c'era la pellicola fotografica. Popolarizzata e prodotta in massa ai tempi di George Eastman. Ma agli inizi non era in materiale plastico: era in carta. La pellicola trasparente a base di nitrocellulosa iniziò nel 1889.
La pellicola fotografica moderna è una sottile striscia di supporto trasparente con un lato rivestito da un'emulsione di gelatina. Cristalli di alogenuro d'argento sono usati nell'emulsione. Questi cristalli determinano la sensibilità alla luce della superficie rivestita, la risoluzione e la qualità d'immagine complessiva.
Camera Oscura
La camera oscura è associata allo sviluppo e stampa della pellicola fotografica. È un processo antico reso obsoleto dall'avvento dei sensori digitali e dell'elaborazione d'immagine in-camera.
Una camera oscura è una stanza stagno alla luce usata per sviluppare i rullini esposti.
Si preparano una serie di bagni chimici e il negativo viene immerso in quelle soluzioni per avviare lo sviluppo e, quando il processo è finito, per fermare ulteriore sviluppo. La prima soluzione è lo Sviluppatore, la seconda il Bagno d'Arresto.
Una volta sviluppati i rullini, vengono stampati usando carta fotografica. Un ingranditore trasferisce la luce attraverso il negativo sulla carta fotografica contenente alogenuro d'argento sensibile alla luce.
Parte 3 – Il Corpo Macchina
Il corpo macchina forma l'unità principale del vostro equipaggiamento fotografico.
Ci sono molti tipi di sistemi fotografici in uso. Non entrerò troppo nel dettaglio qui.
In senso lato, i sistemi si dividono in due segmenti: (a) quelli con sistema a ottiche intercambiabili e (b) quelli con ottica fissa.
Entrambi sono popolari e hanno vantaggi e svantaggi. Ma il primo (ottiche intercambiabili) è diventato dominante.
Questi sistemi hanno un attacco baionetta, meaning potete cambiare obiettivi e scegliere quale usare per una particolare situazione. Da qui il nome "fotocamere a ottiche intercambiabili".
Ci sono due tipi principali di sistemi a ottiche intercambiabili attualmente in uso: (a) DSLR e (b) Mirrorless.
La Meccanica di una DSLR e Come Funziona
Guardiamo la fisica di come si forma un'immagine in uno di questi sistemi. Sia DSLR che mirrorless hanno in comune: il sensore digitale sul retro. Hanno una grande differenza: lo specchio reflex. Le DSLR ce l'hanno, le mirrorless no. Questo spiega perché le DSLR hanno mirino ottico e le mirrorless elettronico.
Essendo i due sistemi piuttosto simili, userò una DSLR per spiegare il processo di creazione dell'immagine.
L'Obiettivo
Come già spiegato, DSLR sta per digital single-lens reflex. La parola "reflex" sta per lo specchio reflex dentro la macchina. Quando guardate nel mirino di una DSLR, la vista che vedete è quella prodotta dalla luce che entra e viene riflessa dallo specchio reflex.
Sapete già che il barilotto dell'obiettivo fa entrare la luce. L'obiettivo ha una piccola apertura chiamata diaframma. La dimensione di questa apertura può essere controllata con controlli meccanici ed elettronici sulla fotocamera.
Più grande l'apertura del diaframma, più luce entra nella fotocamera e viceversa.
Lo Specchio Reflex
Dopo aver attraversato il barilotto, la luce colpisce uno specchio reflex. Questo è inclinato a 45 gradi per riflettere la luce verso l'alto a 90 gradi.
Dopo essere riflessa dallo specchio reflex, la luce è ulteriormente riflessa da un pentamirror o pentaprisma, a seconda del tipo di DSLR. Dopo la riflessione, la luce viene instradata attraverso il mirino sul retro. Questa è la vista che vedete guardando nel mirino.
Ma non è tutto. Quando premete il pulsante di scatto, lo specchio reflex davanti al sensore si solleva verso l'alto e fuori dal percorso della luce in entrata. La luce ha ora un percorso libero verso il sensore sul retro.
Le Tendine dell'Otturatore
Ma prima che questo accada, le tendine dell'otturatore devono aprirsi. Ci sono due tendine su qualsiasi DSLR. La prima si apre per far entrare la luce e raggiungere il sensore. La seconda segue subito dopo per chiudere l'apertura. Dopo che il processo di creazione dell'immagine è completo, entrambe le tendine si resettano e sono pronte per lo scatto successivo.
Il Sensore d'Immagine
Il processo finale avviene quando i raggi di luce raggiungono il sensore d'immagine. Ogni fotodiodo sul sensore può essere paragonato a un secchio che raccoglie acqua. Tranne che qui i fotodiodi raccolgono fotoni.
I fotoni vengono convertiti in informazione elettronica. È importante notare che ogni fotodiodo è coperto da un filtro che lascia passare solo uno dei tre colori primari. Gli altri colori vengono scartati.
I fotodiodi sono disposti in una matrice dove i tre colori primari – blu, verde e rosso – vengono raccolti. Interessante: ci sono il doppio di filtri verdi rispetto a rossi o blu. La ragione è che l'occhio umano è più sensibile al verde che al rosso o blu. Avere il doppio di pixel verdi permette un'immagine più pulita e dall'aspetto più naturale.
Il Processo di Autofocus con Rilevamento di Fase
Il processo di autofocus è una tecnologia relativamente nuova. Non ho spazio per discutere tutto sull'autofocus e la sua storia. Posso dire che l'autofocus sulle prime DSLR dipendeva dal meccanismo dell'obiettivo dove un divisore di fascio splitteva i raggi di luce in entrata che colpivano lo specchio reflex principale.
Dopo aver colpito lo specchio principale, la luce veniva ridiretta su un sensore di autofocus nella parte inferiore della macchina. Il fascio diviso colpiva uno specchio secondario prima di raggiungere quel sensore. È una tecnologia molto complessa che dipende dall'efficienza meccanica del design della fotocamera.
Tecnologia Rilevamento di Fase e Suoi Ultimi Miglioramenti
L'unico grande limite del tradizionale rilevamento di fase è che con la macchina in modalità live view, non funziona. I produttori dovevano affidarsi al più vecchio e lento rilevamento di contrasto per mettere a fuoco in live view.
I moderni sistemi DSLR usano una tecnologia di rilevamento di fase aggiornata. La tecnologia usa un design di rilevamento di fase on-chip integrato sul chip del sensore principale.
Canon fu il primo marchio con questa nuova tecnologia. La chiamarono Dual Pixel Auto Focus. Oggi la maggior parte dei produttori usa la stessa tecnologia in forme diverse. La trovate anche negli smartphone.
Considerazioni Finali
Il processo interno di una fotocamera è una testimonianza dell'ingegno della mente umana. Dalle umili origini circa 2000 anni fa, quando la camera oscura fu scoperta per la prima volta, alla meraviglia moderna che è una mirrorless, la tecnologia ha fatto molta strada. E con essa si è evoluto il processo di creazione dell'immagine.
Tuttavia, ciò che non è cambiato sono i principi base della creazione d'immagine, le regole e le linee guida. È ancora la mente umana dove l'immagine si forma per prima, prima che una fotocamera la catturi.
La mente umana ha costantemente spinto i confini di ciò che è possibile con una fotocamera. La nuova tecnologia ha semplicemente reso più facile catturare la propria visione, ma non è riuscita a eliminare i quindici centimetri dietro di essa.
Avete trovato interessante questa lettura? Volete sapere di più su come funziona un obiettivo fotografico? Date un'occhiata a questo articolo.