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Quando si fotografa, i due attori principali sono la scena e la fotocamera. La scena a sua volta è composta da una o più sorgenti luminose che illuminano uno o più oggetti che a loro volta riflettono la luce. La luce viene riflessa verso l’obiettivo della fotocamera e va a incidere sul sensore determinando l’esposizione di ogni photosite del sensore stesso.

Tecnicamente tutto ciò si esprime in termini di radianza (energia emessa o riflessa), irradianza (energia ricevuta) e fattore di riflessione (capacità delle superfici di riflettere l’energia). Per i lettori tecnicamente più inclini, qui sotto c’è una spiegazione più dettagliata. Per un riassunto sulle grandezze radiometriche e fotometriche e sul fattore di riflessione si possono vedere questi post: Grandezze fisiche della radiazione visibile (cioè grandezze radiometriche), Grandezze psicofisiche della luce (cioè grandezze fotometriche), Riflessione della radiazione.

Descrizione radiometrica della scena

La descrizione radiometrica della scena fa riferimento all’energia, senza tener conto della sensibilità del sistema visivo né della sensibilità del sensore di una fotocamera. La scena è costituita da un illuminante e da oggetti che assorbono, trasmettono e riflettono la radiazione.

L’illuminante, che supponiamo illumini diffusamente, si descrive, in ogni punto e in ogni direzione con una distribuzione spettrale di radianza. Come è noto la radianza è la grandezza radiometrica che misura  il flusso radiante emesso o riflesso da un punto di una superficie in una direzione, e si misura in W m^-2 sr^-1 nm^-1.

Ogni punto della superficie di un oggetto è descritto dalla sua distribuzione spettrale di fattore di riflessione. Supponiamo che gli oggetti riflettano uniformemente in tutte le direzioni, cioè abbiano una superficie lambertiana.

La radianza dell’illuminante produce una irradianza sulla superficie degli oggetti. L’irradianza è la grandezza radiometrica che misura il flusso radiante ricevuto da un punto, in qualunque direzione, e si misura in W m^-2 nm^-1.

La superficie degli oggetti assorbe una parte dell’irradianza e ne riflette (diffusamente) un’altra parte. La radiazione riflessa diffusamente è ancora definita da una distribuzione spettrale di radianza.

Dopo il passaggio attraverso l’obiettivo, la radianza arriva al sensore, e si può esprimere come distribuzione spettrale di irradianza al sensore, per ogni punto di esso.

Come è noto l’espansione della radiazione elettromagnetica si può considerare che avvenga per onde (teoria ondulatoria) o per fotoni (teoria corpuscolare). In quest’ultimo caso la descrizione della scena si può fare come segue.

L’illuminante emette fotoni in tutte le direzioni. Alcuni fotoni raggiungono l’oggetto. Di questi, alcuni vengono assorbiti, altri riflessi. Alcuni di quelli riflessi raggiungono il sensore e incidono su un photosite.

Descrizione fotometrica della scena

La descrizione fotometrica è sempre relativa all’energia ma considera anche l’effetto della sensibilità dell’occhio umano alle varie lunghezze d’onda.

Luminanza e illuminamento sono le due grandezza fotometriche corrispondenti rispettivamente alle grandezze radiometriche radianza e irradianza. La luminanza si misura in cd/m² e l’illuminamento in lux.

La descrizione fotometrica è la stessa di quella radiometrica, sostituendo le grandezze radiometriche con quelle fotometriche.

Intervallo dinamico di una scena

L’intervallo dinamico (dynamic range) di una scena è il rapporto tra la massima e la minima luminanza della scena. Una scena in cui il bianco (massima luminanza) è per esempio 5000 cd/m² e il nero (minima luminanza) è di 2 cd/m² ha un intervallo dinamico di 5000 / 2 = 2500. Si veda questo post per maggiori dettagli.

L’intervallo dinamico di una scena all’aperto può raggiungere 1:10000 e se si tiene conto che l’intervallo dinamico di una stampa è circa 1:200 e di un monitor è circa 1:3000 si capisce che tipicamente non possiamo sperare di riprodurre la scena catturata (in stampa o a monitor) esattamente com’è.

In una scena ad alto contrasto, alcuni punti possono avere luminanza molto elevata (per esempio 50000 cd/m²), altri punti luminanza molto bassa (per esempio 0.5 cd/m²), e in questo caso l’intervallo dinamico è molto elevato (nell’esempio è 100000).