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Articolo


Fotografare l'invisibile


di Nicola Carlon
12 immagini - 749 kb
data di pubblicazione: 2 Aprile 2010

tags: articolo, carlon, filtro, infrarosso, invisibile, ultravioletto

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(5 commenti)
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L'occhio umano percepisce una piccolissima porzione dello spettro della radiazione elettromagnetica, comunemente chiamata luce.
In questo articolo viene trattato il superamento di tale limite grazie alla fotografia digitale.


Premessa

Tralasciando le profonde questioni del dualismo corpuscolare/ondulatorio della luce e semplificando al massimo, noi vediamo gli oggetti perché sono colpiti dai fotoni, particelle di cui è composta la luce.
A seconda della composizione degli oggetti alcuni di questi fotoni saranno catturati, altri invece riflessi fino ai nostri occhi. Ogni fotone vibra ad una certa frequenza e le frequenze dei fotoni riflessi dall'oggetto ci permettono di dire che quell'oggetto ha un determinato colore.
Come prodotto delle reazioni nucleari nel Sole, sulla Terra arrivano fotoni che vibrano in moltissime frequenze diverse. Alcune sono bloccate dal campo magnetico terrestre, altre dall'atmosfera, ma quelle che riescono a passare sono molte di più di quelle che noi vediamo sotto forma di colori dal rosso al viola.


articolo

Al centro dello schema c'è la porzione (banda) della luce visibile o spettro del visibile.
La frequenza è il reciproco della lunghezza d'onda.


Noi ci soffermeremo sui due tipi di luce più vicini allo spettro del visibile, gli infrarossi (IR) e gli ultravioletti (UV), posti rispettivamente prima del rosso e dopo del viola.


Perchè

IR e UV sono entrambi invisibili all'occhio umano ma non per questo meno importanti: per esempio i primi sono usati dai gufi per vedere in scarse condizioni di luminosità, i secondi dalle api per riconoscere più facilmente i fiori.
Per non parlare dell'importante ruolo che hanno nelle scienze forensi e nell'analisi di opere antiche.

Dal nostro punto di vista può essere interessante fotografare nella banda degli infrarossi per il comportamento particolare che hanno alcuni materiali nei suoi confronti.
L'acqua ad esempio li assorbe, quindi in una foto l'acqua di un fiume o di un lago risulterà quasi nera. Anche il cielo risulterà più scuro, addirittura nero se particolarmente limpido. Per contro la clorofilla delle piante li riflette quindi la foto di una prato d'erba a primavera sembrerà un campo innevato d'inverno oppure conferirà un aspetto etereo ad un albero esaltando le foglie bianche sui rami scuri.
Anche gli ultravioletti sono interessanti per la loro proprietà di esaltare alcuni materiali bianchi o fluorescenti, per fotografare fiori e anche per effettuare ritratti particolari.


articolo

Laguna di Venezia con filtro Hoya R72 e Canon EOS 300D senza IR-CUT.


Teoria

L'occhio umano1 percepisce dai 400 ai 700nanometri (1 nm=1 milionesimo di metro) mentre i sensori delle fotocamere digitali (CCD) percepiscono dai 300nm ai 1000nm
Durante l'assemblaggio delle fotocamere i produttori applicano un filtro sopra il CCD in modo da bloccare le frequenze che noi non vediamo per evitare che le immagini catturate abbiano colori “alterati” rispetto a quello che l'occhio umano percepisce.
Questi filtri, chiamati IR-CUT, non sono perfetti (ideali), cioè lasciano passare un po' di queste frequenze adiacenti allo spettro del visibile, attenuandole.
Grazie a questa attenuazione possiamo fotografare in queste bande invisibili all'occhio umano montando un filtro adeguato sull'ottica della nostra macchina fotografica digitale.
I problemi che sorgono quando si fotografa l'invisibile sono dovuti all'ottica, all'attenuazione e alla differenza di piano focale ed ora li affronteremo uno per uno.


articolo

Differenze di piano focale tra UV, Visibile e IR.


Tecnica infrarossi

Il filtro più diffuso e facilmente reperibile è l'Hoya R72 che blocca tutta la luce con una lunghezza d'onda superiore ai 720nm, corrispondente al vicino infrarosso (NIR).
Per contro il nostro IR-CUT montato dai produttori della nostra digitale blocca tutto ciò che sta al di sotto degli 800nm quindi teoricamente montando il filtro R72 non vedremo nulla.
Come già detto, in pratica, grazie all'attenuazione dovuta alla non idealità del filtro si riuscirà comunque a fotografare, ma la luce sarà veramente scarsa e si dovranno impostare tempi di posa veramente lunghi e sempre in condizioni di forte luce solare (principale fonte di infrarossi).


articolo

Curve di taglio delle frequenze luminose. Il punto di sovrapposizione dei due grafici è la finestra che consente la fotografia IR nelle Canon digitali non modificate
(dati acquisiti con spettrofotometro e illuminante D65, Università di Padova, DEI).


A questo punto sorgono altri tre problemi: il puntamento, gli hot-spot e la messa a fuoco.

1. Il primo problema è semplicemente dovuto al fatto che una volta inserito il filtro Hoya R72 non possiamo vedere nulla ed è risolvibile inquadrando prima di mettere il filtro o usando un viewfinder da inserire nella slitta del flash.

I produttori disegnano le ottiche tenendo conto della loro resa nella luce visibile mentre gli infrarossi possono comportarsi diversamente quando attraversano il cammino ottico dei sempre più sofisticati obiettivi.
La presenza di un elevato numero di lenti, soprattutto negli obiettivi zoom/grandangolari, può causare quelli che vengono chiamati hot-spot cioè aree circolari particolarmente luminose al centro del fotogramma dovute a riflessi che nell'infrarosso vanno a sommarsi e si fanno molto visibili con diaframmi piccoli.


articolo

Hotspot: scattata con Canon EOS 450D e Tamron 17-55 a f/22 e filtro Hoya R72.

2. Come abbiamo visto nella Figura 2, i raggi infrarossi hanno un piano focale arretrato rispetto a quello del visibile2: operativamente se si vuole fotografare qualcosa ad una certa distanza è necessario mettere a fuoco come se il soggetto fosse più vicino della posizione effettiva. Questo crea grossi problemi nelle digitali che non hanno la possibilità di mettere a fuoco manualmente perché la messa a fuoco automatica è resa impossibile dalla scarsa quantità di luce che entra nel sensore per via dell'attenuazione vista prima. Anche nelle DSLR senza sistema LiveView il problema impone l'esecuzione di una serie di scatti per verificare la corretta messa a fuoco.
Con alcuni obiettivi la messa a fuoco è agevolata dalla presenza di una tacca di messa a fuoco per gli infrarossi3.


articolo

Alcuni modelli hanno un pallino rosso o un riga rossa, altri come  il Canon FD 50mm  hanno una “R”  o una “IR.”.

Una soluzione alternativa potrebbe essere tenere un diaframma molto chiuso, con tutte le conseguenze del caso sugli eventuali hot-spot e sui sicuri tempi di posa più lunghi che possono peggiorare la qualità dell'immagine in termini di rumore elettronico, trattandosi di fotografia digitale.

Per questo prima di comprare il filtro R72 è meglio verificare di possedere un'ottica adeguata4.


Tecnica ultravioletti
Per fotografare gli ultravioletti esistono due tecniche: l'utilizzo di una fonte luminosa unicamente UV come le Lampade di Wood, spesso usate nelle discoteche; oppure utilizzare un particolare filtro, però difficile da reperire, come il B+W 403, l'Hoya U-360 (fuori produzione) o il Kodak Wratten 18A.
Come per gli infrarossi ci sono gli stessi problemi di attenuazione dovuti alla presenza del filtro IR-CUT che impongono tempi di posa abbastanza elevati.

Anche la messa a fuoco sarà problematica per il fatto che il piano focale degli UV è avanzato rispetto al visibile, quindi la messa a fuoco andrà impostata come se il soggetto fosse più lontano della posizione effettiva.
In più il fuoco all'infinito negli UV sarà pressoché impossibile in quanto l'obbiettivo non può permettere la messa a fuoco oltre l'infinito, rendendo necessaria una chiusura dell' diaframma allungando ulteriormente i tempi.

Per quanto riguarda l'ottica, i moderni trattamenti anti-riflesso di alcuni obiettivi assorbono parte degli UV, quindi utilizzare ottiche vecchie può essere una soluzione, così come usare obbiettivi a focale fissa in quanto la quantità di lenti all'interno dell'obbiettivo può incidere sull'attenuazione di questo tipo di luce. Anche usare obbiettivi specifici come il Nikkor UV 105mm f/4.5 può essere vantaggioso.


articolo

Scattata con Canon EOS 450D, lampada UV 100W, desaturata in post-produzione.
Gli UV evidenziano la sclera degli occhi e i denti che contengono fluoro.


Soluzioni

Prima di iniziare a scattare negli infrarossi bisogna verificare che il filtro IR-CUT non sia troppo aggressivo puntando il telecomando del televisore verso l'obiettivo e premendo un qualunque tasto5. Se si riesce a vedere il led luminoso significa che la digitale in questione può effettuare scatti negli infrarossi con un filtro Hoya R72, con tempi di posa lunghi (circa 30sec) e un'ottica adeguata che non produca hot-spot con diaframma chiuso e magari autofocus.

La soluzione definitiva a quasi tutti i problemi che sorgono durante la fotografia IR e UV è la rimozione del filtro IR-CUT. L'operazione è costosa, critica, laboriosa e soprattutto irreversibile.

Rimuovendo il filtro IR-CUT il problema dell'attenuazione sparirà, consentendo la messa a fuoco automatica (anche se non sempre questa funziona) e consentendo di fotografare con tempi di posa convenzionali e diaframmi chiusi (se l'ottica è adeguata).
Per contro una fotografia convenzionale scattata con una digitale senza filtro IR-CUT vira visibilmente sul rosso e anche dopo un adeguata personalizzazione del bilanciamento del bianco per eliminare il viraggio la vegetazione sarà più chiara, l'acqua sarà più scura ed in generale i rossi saranno più chiari.


articolo

IR con Canon EOS 300D a cui è stato rimosso il filtro IR-CUT,  Canon FD 50mm a f/22 1/40sec ISO1600  con fuoco all'infinito per infrarossi e filtro HoyaR72 sull'obbiettivo.


articolo

IR e visibile con Canon EOS 300D a cui è stato rimosso il filtro IR-CUT, Canon FD 50mm a f/22 1/40sec ISO1600 senza alcun filtro IR sull'obbiettivo.


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Visibile con Canon EOS 450D non modificata, Canon FD 50mm a f/22 1/40sec ISO1600.


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IR con Canon EOS 450D non modificata, Canon FD 50mm a f/22 30sec ISO1600 con filtro Hoya R72.


Rimuovendo il filtro IR-CUT si guadagna anche nelle alte frequenze quindi sarà possibile effettuare fotografie UV più facilmente, accorciando i tempi di posa anche se il problema della messa a fuoco all'infinito negli UV rimarrà comunque.


Conclusioni
Se siete interessati alla sperimentazione di questo tipo di tecniche vi consiglio di partire con un filtro Hoya R72, di diametro piccolo perché altrimenti il prezzo aumenta di molto.
Scattando in questo modo si otterranno fotografie che virano fortemente sul rosso. Per questo è necessaria una conversione in bianco e nero; un bilanciamento del bianco personalizzato oppure uno scambio di canali come illustrato nella figura seguente per ottenere risultati più artistici.


articolo

Inversione dei canali Rosso e Blu.

Se poi ci si appassiona è bene considerare la rimozione del filtro IR-CUT (da fare in un centro specializzato). Recentemente si possono trovare anche fotocamere digitali già modificate, a cui è stato inserito al posto dell'IR-CUT un filtro infrarosso direttamente sopra il sensore, risolvendo i problemi di puntamento e di messa a fuoco, però vincolandoci a scatti solo nella frequenza specifica del filtro, impedendo sperimentazioni miste di visibile+infrarosso o di fotografia UV.



Note
  1. Articolo "Retina e CCD":  http://www.photocompetition.it/articolo_page.php?id_articolo=13
  2. Le ottiche correggono l’aberrazione cromatica solo nel visibile, cioè la differenza di piano focale dei vari colori.
  3. Solitamente le tacche si riferiscono a infrarossi sugli 800nm e va considerato che più grande è la lunghezza d’onda e più l’aberrazione cromatica sarà marcata.
  4. http://dpanswers.com/content/irphoto.php
  5. Il telecomando è dotato di un led infrarosso con il quale invia i comandi al televisore, i comandi vengono inviati ad impulsi quindi se non si ha la funzione LiveView bisogna effettuare più di uno scatto per essere sicuri di vederlo.



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commenti
  kruger  [28 Dicembre 2014 - 11:49]
rileggere questi articoli è sempre interessante
  EnneKappa  [10 Maggio 2010 - 18:06]
Aggiungo alcune informazioni che ho scoperto grazie al libro "Fotografia con l'infrarosso", G. Wagner, ed. Effe 1970

1)La fotografia infrarossa permette di fotografare oggetti a una distanza di circa quattro volte superiore al normale grazie al fatto che la foschia atmosferica non attenua le radiazioni infrarosse (per questo la fotografia infrarossa nacque in ambito bellico per le riprese aeree).
Le particelle della foschia hanno un diametro minore di 1 micrometro (1000nm) e quindi non influenzano gli infrarossi più spinti (di lunghezza d'onda di circa 1000nm). La nebbia invece, essendo formata da particelle d'acqua dai 5 ai 25 micrometri di diametro, non può essere eliminata con questo tipo di fotografia. (O.Helwich 1937)


2)L'effetto di schiarimento della vegetazione viene chiamato "effetto Wood" dal nome dello scopritore (1910). La maggior parte delle radiazioni luminose vengono assorbite dalla clorofilla fino a 680nm (verde foglia), la parte restante viene riflessa dal parenchima lacunoso ed assorbita durante il secondo passaggio dal parenchima colonnare (vedi figura), solo le radiazioni verdi escono dalle foglie. Le radiazioni infrarosse invece raggiungono senza ostacoli il parenchima lacunoso, vengono riflesse e abbandonano la foglia quasi senza indebolimento.


3)L'effetto di oscuramento del cielo o "effetto notte" veniva utilizzato in passato (quando la sottoesposizione era un grosso problema tecnico) per poter girare scene notturne in pieno giorno, purché il cielo fosse privo di nuvole. In questo modo con le pellicole infrarosse si potevano evitare i problemi di illuminazione che si sarebbero presentati durante le riprese notturne vere e proprie.
  EnneKappa  [7 Aprile 2010 - 12:08]
Grazie! Se qualcuno ha provato la fotografia infrarossa ed ha qualcosa da aggiungere i commenti sono benvenuti!
Io mi sono basato solo sulla mia esperienza e su qualche informazione trovata on-line.
  kruger  [3 Aprile 2010 - 10:18]
Bravo ,hai realizzato un ottimo servizio.
  melisendo  [3 Aprile 2010 - 09:46]
I miei più vivi complimenti, un articolo interessantissimo ed esauriente su una tema piuttosto ostico quale è l'"invisibile".
E' un mondo parallelo che ai tempi ho cercato di esplorare con pellicole dia e bn ma che è stato impossibile sviluppare per oggettive difficoltà tecniche, di mercato, di laboratori.
Il tuo articolo riapre il discorso, e ti ringrazio molto per questo.



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