Diaframma, Tempi e Sensibilità le tre grandezze base per scrivere con la luce

La parola fotografia deriva dall’unione di due parole greche photòs (luce) e graphòs (scrittura) da cui “Scrivere con la luce”.

Per poter scrivere con la luce abbiamo la necessità di avere un elemento sensibile alla luce. Sia questo chimico (la pellicola) o elettronico (il sensore).

Quando l’elemento sensibile viene colpito da una luce sufficiente a registrare l’immagine si dice che viene impressionato.

La sensibilità

La capacità dell’elemento sensibile di essere impressionato da una maggiore o minore quantità di  luce viene chiamata sensibilità.

Sono state create diversi standard per indicare la sensibilità ma l’unico attualmente utilizzato è lo standard ISO.

Progressione della scala riferita allo standard ISO:

…25-50-100-200-400-800-1600…

Come si vede la scala è fatta in modo che il valore di ogni step sia il doppio di quello che lo precede.

Al crescere della scala aumenta la sensibilità dell’elemento sensibile e pertanto è necessaria una quantità di luce minore per poter scattare la fotografia. La luce necessaria si dimezza o si raddoppia ad ogni step della scala. In altre parole se a 100 ISO è necessaria una determinata quantità di luce a 200 ISO ne basta la metà mentre a 50 ISO ne serve il doppio.

 

Il diaframma.

Per far arrivare la luce sul nostro elemento sensibile che sta in una scatola chiusa (la macchina fotografia) è necessario un foro. Questo foro ha un diametro che viene chiamato diaframma.

A meno che voi non fotografiate con un foro stenopeico la vostra macchina avrà un foro abbastanza grande su cui viene innestato un cilindro(obbiettivo) che possiede all’interno delle lenti e nella parte finale (la più vicina alla macchina) un foro a grandezza variabile creato da delle lamelle. Questo è il diaframma dell’obbiettivo attraverso cui passa la luce diretta all’elemento sensibile.

Il foro del diaframma si ingrandisce (in tal caso si dice che si apre) o si rimpiccolisce ( in tal caso si dice che si chiude)  a secondo che si voglia far passare più o meno luce.

Il movimento del diaframma non è continuo ma a passi che vengono costruiti secondo la scala:

….2,8-4-5.6-8-11-16….

Come per la scala delle sensibilità ogni passo indica il dimezzamento od il raddoppio della quantità di luce che passa.

La luce fatta passare dal diaframma a 5.6 si dimezza per il diaframma 8 e raddoppia per il diaframma 4.

La scala dei diaframmi è in f/stop per cui per indicare il valore 5.6 scriviamo f/5.6, per il valore 8 scriviamo f/8 e così via.

 

Il tempo.

L’ultima variabile è il tempo. E con questo indichiamo per quanto tempo l’elemento sensibile dovrà essere esposto alla luce.

Come per il diaframma e la sensibilità anche per il tempo esiste una scala. L’unità di misura base è il secondo. Ed i tempi più brevi del secondo si indicano mediante una frazione.

1/25, 1/50, 1/100, 1/200…….

Come le altre scale i passi della scala dei tempi sono fatti in modo da dimezzare/raddoppiare il tempo di esposizione alla luce.

Per cui se ad 1/100s passerà una determinata quantità di luce ad 1/50s ne passerà il doppio ed ad 1/200s ne passerà la metà.

 

L’esposizione.

La quantità di luce necessaria per impressionare l’elemento sensibile viene detta esposizione.

L’esposizione è quindi data dalla sensibilità (quanta luce necessita per ottenere una fotografia) e dalla coppia tempo/diaframma che determina quanta luce raggiungerà l’elemento sensibile.

Perché parlo di coppia?

Se per una fotografia correttamente esposta a 100 ISO serve la luce fatta passare dal diaframma f/5.6 con il tempo di 1/100s avrò la stessa esposizione con il diaframma f/4 ad 1/200s e con il diaframma f/8 ad 1/50s. (l’esempio classico e quello di un rubinetto (il diaframma) che lascia passare in un secondo acqua sufficiente per riempire una vaschetta (la nostra sensibilità). Raddoppiando la portata del rubinetto (aprendo il diaframma) avrò bisogno della metà del tempo (1/2s) per riempire la mia vaschetta mentre dimezzando la portata del rubinetto (chiudendo il diaframma) avrò bisogno del doppio del tempo (2s) per riempire la vaschetta).

Come si vede le tre grandezze sono strettamente collegate tra di loro. La variazione di una delle tre comporta anche la variazione di almeno una delle altre due.

Se ho una esposizione corretta a 100 ISO f/5.6 1/100s avrò ancora una esposizione corretta a

200 ISO f/8 1/100s
200 ISO f/5,6 1/200s
100 ISO f/8 1/50s

E queste sono solo alcune delle combinazioni possibili.

Per quale motivo utilizzare una combinazione piuttosto che un’altra esula da questo articolo ma pubblicherò presto un altro post dove cercherò di spiegare gli effetti delle varie combinazioni.

L’esposizione nel digitale

Gli automatismi per l’esposizione hanno ormai raggiunto livelli di precisione impensabili fino a qualche anno fa. Ma il problema rimane sempre lo stesso gli esposimetri per come sono tarati tendono a riportare tutto al grigio medio.
Gli apparecchi digitali con la possibilità di visualizzare l’istogramma della luminosità della foto ci vengono incontro.
L’istogramma è un grafico dove sull’asse orizzontale vengono rappresentati i livelli di luminosità da 0 (nero puro) a 255 (bianco puro). L’asse verticale rappresenta il numero di pixel che hanno una determinata luminosità. In genere oltre alla luminosità generale possiamo visualizzare anche gli istogrammi dei canali RGB.
Una fotografia con un contrasto medio presenta un istogramma con un picco nella parte centrale dell’istogramma e la possiamo considerare esposta correttamente ma ne siamo sicuri? Per dare una risposta alla domanda dobbiamo cercare di capire i principi base del digitale.
La vecchia pellicola e l’occhio umano hanno un comportamento simile nei confronti della luce e cioè adottano una risposta non lineare ciò significa che se raddoppiamo la luce noi non percepiamo una luminosità pari al doppio della luce anche se vediamo una scena più luminosa. Si verifica quella che viene definita compressione dei dati e più aumenta la luminosità più aumenta la compressione. I pixel invece hanno un comportamento lineare rispetto alla luce infatti se questa raddoppia si registra una quantità doppia senza alcuna compressione. Questo comportamento e funzione di una precisa gerarchia: la metà dei livelli dei pixel va alla zona più luminosa (il primo stop) e gli stop successivi seguono la regola che quello successivo prende la metà di ciò che rimane.
In una scena che abbia un contrasto di 5 stop (molto scuro/scuro/medio/luminoso/molto luminoso) che sia ripresa col metodo raw a 12 bit effettivi vi saranno 4096 livelli di profondità colore per pixel (cioè 2 (i pixel possono assumere solo il valore 0 ed 1) elevato alla 12.). A causa della gerarchia adottata dai pixel non si disporrà per ognuno dei 5 stop di 850 bit (4096/5) ma della metà (2048) per il primo stop (il più luminoso); della metà
rimanente per il secondo stop (1026), della metà del rimanente per il terzo stop e così via fino ad arrivare ai soli 128 pixel del 5° stop. Esponendo in maniera classica otterremo un istogramma prevalente posizionato nella
metà sinistra. I pixel che dovevano registrare le zone luminose non sono stati sfruttati. Privilegiando le ombre e riducendo la gamma dinamica a 4 stop perdiamo la metà dei pixel disponibili. Infatti escludendo lo stop relativo alla parte più luminosa, anziché sfruttare 4096 livelli ne sfruttiamo 2048. Questo comporta un peggioramento della qualità dell’immagine in quanto peggiora il rapporto segnale/disturbo. Il disturbo è dato dal rumore
elettronico generato dai fotodiodi ed appare come un’impurità molto più fastidiosa della vecchia grana. Se immaginiamo un segnale luminoso pari a 20 ed un rumore di 2, avremo un rapporto segnale/disturbo pari a 10. Dimezzando il segnale luminoso
avremo un rapporto di 5 con il rumore che rimanendo invariato diventa più evidente e l’immagine perde in qualità.
E’ questo il motivo per cui dobbiamo esporre per le alte luci, cioè dobbiamo spostare a destra l‘istogramma in modo da sfruttare tutti i pixel ottenendo un favorevole rapporto segnale/rumore. E’ importante, però, non eccedere. Non dobbiamo addossare l’istogramma al limite del lato destro otterremmo delle bruciature che, essendo prive di particolari, non possono essere recuperate.
Esponendo per le luci otterremo una immagine più chiara ma sarà poi facile riportarla alla giusta esposizione senza perdita di qualità.
Dunque, è buona norma imparare ad utilizzare l’istogramma attuando la cosiddetta esposizione verso destra che porta l’esposizione il più vicino possibile al margine destro dell’istogramma senza mai raggiungerlo perché, lo ripeto, significherebbe bruciare i dettagli delle zone più luminose.