Curve di sensibilità spettrale
Se vogliamo caratterizzare dal punto di vista spettrale un dispositivo sensibile alla luce, abbiamo bisogno di tracciare la sua curva di sensibilità spettrale.
È possibile ottenere questo in modi diversi, uno dei quali, tra i più precisi, richiede l'uso congiunto di una sorgente di luce ad ampio spettro, di un monocromatore e di uno spettroradiometro.
La procedura consiste nell'esporre il sensore ad una sequenza di stimoli monocromatici (sorgente + monocromatore). Ad ogni stimolo, cioè per ogni lunghezza d'onda impostata sul monocromatore, viene misurata con lo spettroradiometro l'energia spettrale “vista” dal sensore, ed allo stesso tempo viene registrato il valore numerico fornito dal sensore in risposta a quello stimolo.
Il rapporto tra il valore numerico prodotto dal sensore e l'energia raccolta dallo stesso, per ogni lunghezza d'onda, determinerà la sensibilità spettrale del sensore.
Fig. 18: Sensibilità spettrale Nikon D700 senza Filtro IRcut.
La Fig. 18 mostra la sensibilità di una fotocamera Nikon D700 priva del filtro di blocco degli IR e degli UV. Come si può notare la sensibilità della fotocamera si estende fino ad oltre i 900nm. In questo caso abbiamo tre curve di sensibilità perché i photo-site (pixel) del sensore sono coperti dalla matrice di Bayer costituita da una scacchiera di filtri rosso verde e blu, e di conseguenza è necessario misurare la sensibilità spettrale per ciascun tipo di filtro.
Curve di trasmittanza spettrale
Altro uso che si può fare di una strumentazione come quella descritta è la misura della trasmittanza spettrale. La trasmittanza spettrale è una curva che assume valori compresi tra 0 ed 1 (dallo 0% al 100% di segnale trasmesso) in funzione della lunghezza d'onda. Un filtro colorato, ad esempio, presenterà una trasmittanza spettrale caratteristica che ne determinerà il colore.
La trasmittanza è semplicemente la quantità di luce che viene fatta passare dal filtro in funzione della lunghezza d'onda. Per determinarla, prima si misura lo spettro di emissione di una sorgente di luce ad ampio spettro, e poi si misura lo spettro di emissione della stessa lampada ma visto attraverso il filtro. La seconda misura diviso la prima, lunghezza d'onda per lunghezza d'onda, fornirà la trasmittanza spettrale.
Fig. 19: Trasmittanza Filtro IRcut di una Nikon D300.
Sensibilità spettrale dell'occhio
Sulla Terra la fonte di luce primaria è sempre stata il Sole. Il Sole ha uno spettro di emissione che raggiunge valori massimi tra i 400 ed i 700nm, con un picco a 555nm. La vita sulla Terra si è dunque sviluppata ed adattata a questa sorgente di luce. Infatti lo spettro visibile per l'Uomo coincide proprio con la banda da 400 a 700nm e la sensibilità massima si ha proprio a 555nm.
Fig. 20: Sensibilità alla luce diurna (efficienza fotopica).
La Fig. 20 mostra la curva complessiva di sensibilità dell'occhio alla luce diurna. Questa è una curva di efficienza che traccia la sensibilità dell'occhio a prescindere dai colori. È stata misurata anche una curva analoga, ma relativa alla visione notturna (scarsità di luce). Questa seconda curva ha la stessa forma ma il culmine è spostato verso sinistra, verso il blu.
Radiometria vs Fotometria
La curva di sensibilità fotopica, detta anche curva di efficienza V(λ), dove λ indica la lunghezza d'onda, è l'anello che mette in corrispondenza le misure radiometriche con le misure fotometriche.
Le misure fotometriche, qualunque esse siano, sono sempre riferite al campo di sensibilità dell'occhio. Una misura fotometrica parte da una misura radiometrica che viene moltiplicata lunghezza d'onda per lunghezza d'onda per la curva di efficienza V(λ), oltre che per altri fattori di scala. Qualsiasi misura fotometrica, quindi, effettuata in una zona di spettro elettromagnetico esterna al visibile, risulterà nulla.
