4.1. La camera a foro stenopeico

Prima che vi sia un sensore, vi è un’immagine da formare, e la geometria di tale immagine è determinata dall’elemento ottico che si trova davanti al sensore. L’elemento più semplice di questo tipo è un foro stenopeico – una singola piccola apertura in una parete altrimenti opaca, e l’antenato concettuale di ogni obiettivo fotografico.

4.1.1. Formazione dell’immagine

Una scena deve essere illuminata perché vi sia qualcosa da riprendere. La luce del sole, di una lampada o di qualsiasi altra sorgente colpisce gli oggetti nella scena; ogni punto di ogni oggetto assorbe parte di quella luce e diffonde il resto in ogni direzione. Quei raggi diffusi sono ciò che la camera raccoglie.

La maggior parte dei raggi che lasciano un qualsiasi punto della scena colpisce la parete della scatola e si arresta; quei pochi che attraversano il foro stenopeico viaggiano ciascuno in linea retta e colpiscono il fondo della scatola in un singolo punto determinato dalla geometria del foro stenopeico.

Ogni punto della scena si proietta attraverso il foro stenopeico su un punto unico della parete di fondo. Poiché i raggi si incrociano in corrispondenza del foro stenopeico, l’immagine risulta capovolta.

L’alto e il basso si scambiano, e con essi si scambiano anche la sinistra e la destra. Le camere annullano entrambe le inversioni più avanti nella pipeline, così che l’immagine finale appaia diritta.

4.1.2. Geometria della proiezione

Sia \(f\) la distanza dal foro stenopeico alla parete di fondo e \(D\) la distanza dal foro stenopeico a un punto della scena di altezza reale \(H\). Un raggio rettilineo dalla cima del punto della scena attraverso il foro stenopeico atterra sulla parete di fondo a un’altezza immagine pari a

\[h = H \cdot \frac{f}{D}\]

Un oggetto alto 1 m a 5 m di distanza, osservato da un foro stenopeico posto a 25 mm dalla parete di fondo, si proietta in un’immagine di dimensione \(25 / 5000 = 1/200\) rispetto alla sua dimensione reale – una freccia capovolta alta 5 mm sulla parete.

La distanza \(f\) è qui la lunghezza focale della camera. È utile incontrare il termine in un contesto in cui è letteralmente una lunghezza – la profondità tra il piano di formazione dell’immagine e l’elemento che vi focalizza la luce. Ogni obiettivo che sostituirà più avanti questo foro stenopeico avrà anch’esso una lunghezza focale, e si applicherà la stessa scala di proiezione \(f / D\).

4.1.3. Il compromesso dell’apertura

Un foro stenopeico che sia matematicamente un punto forma un’immagine perfettamente nitida di ogni punto della scena, ma un punto non raccoglie alcuna luce – l’immagine è invisibilmente fioca. Allargare il foro lascia passare più luce, così l’immagine è più luminosa, ma ogni punto della scena ora si proietta su una macchia delle dimensioni del foro anziché su un singolo punto. L’immagine diventa al tempo stesso più luminosa e più sfocata, e non esiste una dimensione del foro che dia un’immagine al contempo nitida e luminosa.

Un obiettivo elimina il compromesso. È un’apertura più ampia che inoltre rifocalizza ogni raggio che vi entra di nuovo in un singolo punto sulla parete, così che l’immagine sia sia luminosa (perché l’apertura è ampia) sia nitida (perché i raggi si incontrano comunque in un solo punto). La pagina successiva lo introduce in questi termini.