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Inizia, con questo, una serie di articoli dedicati al colore, alla colorimetria, al Color Management, alla gestione dei profili di colore standard (ICC), ed ai controlli di colore specifici, applicabili sulla fotocamera, in fase di ripresa, o tramite software in fase di fotoritocco.
In questo primo eXperience proveremo a trasportare il Lettore attraverso il ripido percorso che parte dalla natura elettromagnetica della luce ed arriva alla moderna colorimetria che guida e governa tutta la fotografia digitale.
Troveremo risposte a domande come “cosa è la luce?”, “cosa è il colore?”, “è possibile identificare un colore in modo univoco?”, “come viene tradotto un colore dall'occhio?”.


La Luce

Va subito detto che la luce, che sia bianca o che sia colorata, è sempre una composizione di radiazioni elettromagnetiche che hanno esattamente la stessa natura delle onde radio, delle microonde, dei raggi X o dei raggi Gamma. Un'onda elettromagnetica è caratterizzata principalmente dalla propria frequenza di oscillazione. La frequenza si misura in hertz, cioè in oscillazioni al secondo.

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Fig. 1: Propagazione di un'onda.

Partendo dalle basse frequenze ed esplorando tutto lo spettro elettromagnetico, incontriamo per prime le onde radio che vanno da qualche chilohertz (KHz, migliaia di oscillazioni al secondo) a qualche centinaio di megahertz (MHz, milioni di oscillazioni al secondo), poi troviamo le microonde nell'intervallo che va da qualche gigahertz (GHz, miliardi di oscillazioni al secondo) a molte decine di GHz, di seguito ci sono gli infrarossi, che cominciamo a percepire con i nostri sensi sotto forma di radiazione proveniente da una fonte di calore come ad esempio una stufa o un termosifone, poi finalmente la strettissima banda della luce visibile, di cui parleremo in modo dettagliato dopo, ed a seguire le radiazioni ultraviolette, i raggi X ed infine i raggi Gamma.

A partire dalle radiazioni nella banda degli infrarossi e per frequenze crescenti, un'onda elettromagnetica viene più comunemente caratterizzata attraverso la sua lunghezza d'onda piuttosto che attraverso la sua frequenza.

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Fig. 2: Spettro Elettromagnetico.

La lunghezza d'onda è lo spazio percorso da una radiazione nel tempo di durata di un singolo ciclo. Un'onda elettromagnetica percorre quasi 300.000 km in un secondo; un'onda radio ad esempio con frequenza di 300 Khz avrà quindi una lunghezza d'onda pari ad 1 Km (Onde Lunghe). In formule L=V/F dove L è la lunghezza d'onda, V la velocità di propagazione ed F la frequenza.

Le lunghezze d'onda delle radiazioni nell'infrarosso, nel visibile e nell'ultravioletto hanno dimensioni che vanno da centinaia di micrometri (1 μm = 1 milionesimo di metro) a decine di nanometri (1 nm = 1 miliardesimo di metro, 1μm =1000nm).
Lo spettro degli infrarossi (IR) è molto ampio ed a seconda della disciplina scientifica viene classificato in vari modi. La classificazione DIN/CIE, di interesse fotografico distingue tre bande: IR-A (700nm-1.4μm), IR-B (1.4μm-3μm) e IR-C (3μm-1000μm).
Lo spettro del visibile (VIS) si estende da 700nm a 400nm.


Fig. 3: Lo Spettro Visibile.

Lo spettro degli ultravioletti (UV) viene suddiviso in UV-A (400nm-315nm), UV-B (315nm-280nm) e UV-C (280nm-10nm).

Una fotocamera digitale standard ha in genere una sensibilità spettrale che copre la banda del visibile e mantiene una sensibilità residua, molto bassa, nella banda IR-A (ma questo dipende molto da marca, modello e generazione).
Fotocamere digitali modificate alle quali, cioè, è stato rimosso il filtro IR-cut che elimina l'infrarosso e gli UV, conservano una sensibilità simile a quella che hanno nel visibile, fino a lunghezze d'onda di 800-900nm. Questa variante delle fotocamere digitali trova largo impiego in molti campi disciplinari sia scientifici che artistici, come quelli documentati, ad esempio, su queste pagine con i precedenti eXperience Fotografia digitale infrarossa, l'ultima frontiera e Riflettografia nell'Infrarosso con Reflex Nikon.


Sorgenti e composizione spettrale

Una sorgente di luce in generale è composta da radiazioni a diverse frequenze e può venire caratterizzata attraverso il suo così detto spettro di emissione che è un grafico (o tabella) che indica, per ogni lunghezza d'onda, l'intensità di radiazione emessa.
Possiamo distinguere diversi tipi di spettri associati alle relative sorgenti:

  • spettri monocromatici: sono gli spettri tipici delle sorgenti laser. Tutta l'energia è concentrata intorno ad una unica lunghezza d'onda.

      Spettro Monocromatico

     
  • spettri a righe: sono l'unione di più spettri monocromatici separati da zone senza energia. Sono tipici della materia rarefatta, come i gas, portata ad eccitazione da qualche fonte di energia. Le righe corrispondono ai salti di energia che fanno gli elettroni degli atomi assorbendo e cedendo energia.

      Spettro a Righe

     
  • spettri a banda stretta nei quali tutta l'energia è concentrata in una zona molto piccola di spettro e che sono tipici delle sorgenti LED.

      Spettro a Banda Stretta

     
  • spettri continui che presentano ampie zone continue di spettro con valori di energia consistenti, tipici delle sorgenti ad incandescenza ed in generale delle sorgenti tipo corpo nero.

      Spettro Continuo

Le sorgenti di luce di gran lunga più comuni sono quelle che presentano uno spettro di radiazioni continuo. Appartengono a questa classe tutte le sorgenti che producono luce attraverso il raggiungimento di alte temperature come le lampade ad incandescenza, le lampade ad arco e lo stesso Sole che ci fornisce illuminazione ed energia. Queste ultime sorgenti rispondo ad una legge fisica che va sotto il nome di emissione da corpo nero.