Com’è fatta una fotocamera, funzionamento della macchina fotografica – Corso di Fotografia Digitale

Nel precedente articolo del corso di fotografia ho parlato delle varie tipologie di fotocamera digitale, in questa sede spiegherò il funzionamento e la componentistica di base di una macchina fotografica.

Il funzionamento di una fotocamera reflex digitale è estremamente complesso, ma può essere spiegato molto semplicemente se si evita di entrare in tecnicismi che non sono utili ai fini del corso, la luce (la freccia gialla nell’immagine in alto) passa attraverso l’obiettivo e viene deviata dallo specchio sul pentaprisma (o pentaspecchio nelle reflex più economiche), il quale ci permette di vedere la scena attraverso il mirino della nostra macchina fotografica. Quando viene premuto il pulsante di scatto lo specchio e la tendina dell’otturatore si sollevano permettendo alla luce di colpire il sensore ed ottenere così la nostra immagine. Tutto ciò è spiegato più in dettaglio nei paragrafi successivi di questo articolo.

Nelle mirrorless e nelle compatte mancando lo specchio e il pentaprisma il funzionamento è un po’ diverso, la luce colpisce direttamente il sensore.

Qui di seguito andrò ad analizzare nel dettaglio i singoli componenti di una fotocamera digitale.

L’OBIETTIVO FOTOGRAFICO

Un obiettivo potrebbe essere fissato in modo permanente a una fotocamera, come nel caso delle compatte e delle bridge, o potrebbe essere intercambiabile con altri obiettivi con lunghezze focali, diaframmi e altre caratteristiche differenti.

La luce che passa attraverso l’obiettivo viene dosata da un meccanismo circolare o poligonale formato da sottili lamine metalliche chiamato diaframma.

Ho dettagliatamente parlato del diaframma e dei tipi di ottiche fotografiche nel seguente articolo: Guida ai tipi di obiettivo, la scelta dell’ottica – Corso di Fotografia Digitale.

SPECCHIO E PENTAPRISMA / PENTASPECCHIO

Le reflex o anche SLR (Single Lens Reflex) hanno questa denominazione per via del loro sistema di mira composto da uno specchio posto a 45° rispetto all’obiettivo e da un pentaprisma / pentaspecchio.

Lo specchio riflette la luce che passa attraverso l’obiettivo per poter visualizzare l’immagine dal mirino, il pentaprisma ha il compito di aggiustare l’immagine che altrimenti presenterebbe i lati destro e sinistro invertiti. Durante la fase di scatto lo specchio si solleva in modo che l’immagine possa essere catturata dal sensore; nella posizione sollevata lo specchio chiude la finestrella dello schermo di messa a fuoco evitando l’ingresso di luce parassita dal mirino. Questo meccanismo consente di osservare nel mirino della macchina fotografica la stessa immagine catturata dall’obiettivo.

Come già detto, per quanto riguarda le fotocamere compatte, bridge e mirrorless questo sistema di visione ottica non è presente, la luce passa attraverso l’obiettivo della fotocamera e colpisce direttamente il sensore, la visione della scena avverrà quindi direttamente dallo schermo LCD posteriore e, se presente, dal mirino elettronico.

L’assenza dello specchio e del pentaprisma / pentaspecchio comporta numerosi vantaggi, quali: possibilità per i produttori di realizzare fotocamere più piccole e leggere, maggiore velocità di messa a fuoco, maggiore velocità di scatto ed assenza di micro movimenti dovuti all’alzamento dello specchio, che durante le esposizioni lunghe possono generare micro mosso.

L’unico svantaggio evidente delle mirrorless rispetto alle reflex è legato al maggiore consumo di energia e quindi a una minore durata delle batterie.

OTTURATORE

L’otturatore invece è il dispositivo che ha il compito di controllare per quanto tempo il sensore resta esposto alla luce, tempo che viene regolato tramite la funzione dei tempi di scatto della nostra fotocamera. È composto da due superfici di stoffa o metallo disposte parallelamente lungo il piano focale, scorrendo verticalmente formano una fessura che lascia passare la luce.

Dei tempi di scatto parlerò in un articolo apposito.

IL MIRINO E IL DISPLAY LCD

Il mirino è quel dispositivo che permette di visualizzare la scena inquadrata.

Sulle fotocamere digitali sono presenti due tipi di mirino, ottico e digitale.

Il mirino ottico è usato nelle fotocamere reflex (digitali e analogiche), per motivi economici soltanto negli apparecchi di fascia professionale questo tipo di mirino permette una visione completa della scena inquadrata, nei modelli entry level e semi-pro viene reso visibile solo il 90-95% del campo inquadrato.

Il mirino digitale (denominato anche mirino elettronico) è presente nelle fotocamere digitali non reflex, è costituito da un display che visualizza in tempo reale l’immagine acquisita.

Quando si usa il display si dice che si attiva il modo visione Live View, la luce arriva direttamente sul sensore, le informazioni vengono elaborate dal processore e visualizzate nel monitor posteriore della fotocamera. Sulle reflex mentre il modo visione live view è attivo, la luce non raggiunge il mirino della fotocamera poiché lo specchio è sollevato.

È sempre bene scegliere una fotocamera con un display LCD posteriore articolato, perché permette di scattare fotografie in situazioni che con un display fisso sarebbero altrimenti molto difficili da gestire. Per esempio, durante i concerti non è insolito avere la necessità di scattare fotografie con la fotocamera posizionata sopra la nostra testa, grazie alla possibilità di orientare il display verso il basso non sarà difficile inquadrare al meglio la scena, viceversa, potremmo avere la necessità di fotografare con la fotocamera poggiata a terra o a pochi centimetri da essa, in queste tipo di situazioni mi è sempre stato utile poter orientare il display verso l’alto.

Gli schermi LCD sono spesso scarsamente visibili in condizioni di forte illuminazione, per questo nelle fotocamere senza specchio il display può essere accompagnato da un piccolo mirino ottico di tipo galileiano (OVF, optical viewfinder) oppure da un mirino elettronico (EVF, electronic viewfinder).

Nelle reflex noi vediamo la scena per come è realmente attraverso il nostro obiettivo, solo dopo aver scattato possiamo vedere l’effetto delle nostre regolazioni sulla foto, mentre nelle mirrorless vi è la possibilità di vedere un’anteprima costante di come verrà la foto a seconda dei settaggi da noi usati.

IL SENSORE

Prima dell’avvento del digitale l’immagine era impressionata su pellicola, oggi, nelle moderne fotocamere digitali su sensore.

I sensori più usati nelle fotocamere sono il CCD (Charge-Coupled Device) e il CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), esiste anche il FOVEON attualmente impiegato solo sulle macchine fotografiche prodotte da Sigma.

CCD e CMOS hanno caratteristiche e destinzioni d’uso differenti:

• Il CCD ha una qualità di immagine superiore e genera meno rumore del CMOS.
• Il CMOS consuma molta meno energia del CCD.
• Il CMOS è più economico del CCD.
• Il CMOS permette una maggiore velocità nella raffica.

Per via delle caratteristiche appena viste il CMOS è stato implementato su compatte e smartphone, mentre il CCD è stato destinato a tutti quegli apparecchi fotografici che puntavano ad alte prestazioni in termini di qualità dell’immagine. Sebbene un tempo la distinzione tra CCD e CMOS fosse molto netta, con l’avanzare della tecnologia le differenze tra i due sono andate assottigliandosi, adesso non è raro vedere CMOS anche su fotocamere di fascia medio – alta.

Cosa sono i Megapixel

La risoluzione di un sensore si indica con i Megapixel. In fotografia digitale un megapixel equivale a un milione di pixel, ed è un termine usato per indicare sia il numero di pixel dell’immagine sia quanti pixel totali sono presenti sul sensore della fotocamera, per calcolare i megapixel si deve prendere la somma totale di pixel generati moltiplicando le due dimensioni, ad esempio, un sensore che produce immagini da 4288×2848 pixel ha 12,2 megapixel (4288 × 2848 = 12.212.224).

Per via del troppo marketing ingannevole si è portati a pensare che un più alto numero di megapixel corrisponda automaticamente a una maggiore qualità dell’immagine, non è del tutto vero, un numero più elevato di pixel permette, in linea teorica, un maggior potere risolutivo che influenza le dimensioni di stampa, ma la qualità dell’immagine dipende anche dai seguenti parametri:

• Gamma dinamica: la capacità del sensore di registrare dettagli nelle zone con alte luci (zone molto illuminate) e nelle zone d’ombra (zone molto scure).
• Sensibilità ISO: la sensibilità alla luce di un sensore viene definita nello standard ISO (International Standard Organization), più aumenta il livello tecnologico dei sensori e minore sarà il rumore nell’immagine ad alti ISO.
• Nitidezza: quando si parla di “nitidezza” della foto si fa riferimento alla chiarezza complessiva di un’immagine in termini sia di messa a fuoco che di contrasto. Quando il soggetto di un’immagine è nitido, l’immagine appare chiara e realistica, con dettagli, contrasto e trama elevati. Le immagini prive di nitidezza o “morbide” possono apparire sfocate e con scarsi dettagli.

La gamma dinamica e la sensibilità ISO sono parametri che dipendono esclusivamente dal sensore e sono dipendenti sia dalle sue dimensioni sia dalla sua tecnologia, mentre la nitidezza dipende non solo dal sensore ma anche dalla qualità dell’obiettivo.

Questi concetti sono in realtà molto complessi ed ho cercato di esprimerli in questo articolo nel modo più semplice possibile, gli dedicherò degli articoli a parte in questo corso di fotografia.

Per dirla in modo semplice, a parità di tecnologia e megapixel più un sensore sarà grande e più gamma dinamica e meno rumore ad alti ISO avrà rispetto alla sua controparte di dimensioni più ridotte. Per questo in termini qualitativi avere 18 megapixel su un sensore largo 36x24mm (full frame) sono ben altra cosa rispetto ad averli su un sensore delle dimensioni di 6.16×4.62mm.