La camera oscura, anche detta camera ottica o fotocamera stenopeica (la fotocamera più semplice), è un dispositivo ottico composto da una scatola oscurata (a prova di luce), solitamente con un obiettivo stenopeico sul fronte ed un piano di proiezione per l'immagine sul retro (ovvero, la «fotografia» della realtà); in alcuni casi, viene usato uno specchio piano per dirigere l'immagine in una posizione migliore.
La camera oscura è alla base della fotografia e della fotocamera, per questo motivo gli apparecchi fotografici vengono ancora oggi chiamati “camere”: le prime camere oscure erano infatti delle vere stanze al cui interno i pittori e gli scienziati lavoravano e studiavano.
Storia
Già nel IV secolo a.C., Aristotele accennò la possibilità di «conservare la configurazione del sole e della luna, guardati attraverso un foro di qualunque forma». Nell'XI secolo, con largo anticipo sugli studi successivi, se ne occupò l'arabo Alhazen.Ibidem. I suoi studi sui raggi luminosi e sulla teoria della visione furono tradotti dal monaco Vitellione nell'opera Opticae thesaurus Alhazeni arabis. Nel 1292 Guglielmo di Saint-Cloud per le sue osservazioni astronomiche utilizzò la proiezione dell'immagine del Sole su uno schermo mediante una camera oscura, il cui funzionamento è spiegato nel prologo della sua opera Almanach planetarum. Il 24 gennaio 1544 Gemma Rainer detto Frisius, un fisico olandese, osservò l'eclissi di Sole proprio per mezzo di una camera oscura.
Leonardo da Vinci descrisse nel 1515, nel Codice Atlantico, un procedimento per disegnare edifici e paesaggi dal vero, che consisteva nel creare una camera oscura nella quale veniva praticato un unico foro su una parete, sul quale veniva posta una lente regolabile (come verificò Gerolamo Cardano). Sulla parete opposta veniva così a proiettarsi un'immagine fedele e capovolta del paesaggio esterno, che poteva essere copiata su un foglio di carta ("velo") appositamente appeso, ottenendo un risultato di estrema precisione. Con la camera oscura Leonardo intendeva dimostrare che le immagini hanno natura puntiforme, si propagano in modo rettilineo e vengono invertite dal foro stenopeico, arrivando a ipotizzare che anche all'interno dell'occhio umano si avesse un analogo capovolgimento dell'immagine. L'espressione camera obscura fu utilizzata per la prima volta da Giovanni Keplero nel 1604 nel suo primo trattato di ottica, Ad Vitellionem paralipomena.
Nella sua opera del 1568, Pratica della prospettiva, Giovanbattista della Porta descrisse una camera obscura con lente, che permetteva lo studio della prospettiva. Da allora le camere oscure furono largamente utilizzate dai pittori nell'impostazione di quadri con problemi prospettici: molti quadri del Canaletto sono stati dipinti col suo ausilio. Anche Antonio Vallisneri possedeva una camera ottica nella propria collezione. La camera oscura risultava ancora usata nel XVIII secolo, da pittori come Bellotto e Canaletto (la cui camera oscura originale si trova al Museo Correr di Venezia), i quali, grazie a questo strumento, acquisirono quella precisione "fotografica" nel fissare i paesaggi che ancora li rende celebri. Questi studi furono alla base dello sviluppo della lanterna magica, spettacolo di proiezioni antenato del cinema, fin dall'inizio infatti era previsto di poter eventualmente usare la camera oscura anche come lanterna magica, cioè come una sorta di proiettore di diapositive.
Un esempio di camera oscura risalente al Settecento, molto ben conservato, tuttora funzionante e visitabile, si trova nel Liceum della città di Eger in Ungheria.
Descrizione Principio di funzionamento
Una camera oscura può essere composta da una semplice scatola chiusa (a prova di luce), con un piccolo foro (stenopeico) su una faccia, che funge da obiettivo e che lascia entrare la luce. Questo obiettivo proietta sulla faccia opposta, all'interno della scatola, una immagine capovolta, speculata ed invertita, esattamente come succede con qualsiasi altro tipo di obiettivo fotografico.
L'obiettivo stenopeico è il più semplice ed anche il più «preistorico» di tutti, è un piccolo foro analogo ad un diaframma massimamente chiuso (intorno a ƒ/150), che non fa uso di lenti né di specchi, tuttavia non può essere focalizzato a distanze inferiori del infinito (è a fuoco fisso sull'infinito) e richiede una alta luminosità degli oggetti ripresi, risultando di uso esclusivamente diurno o con tempi di esposizione molto lunghi (in architettura urbana, veniva usato per "eliminare" i passanti).
Il principio di funzionamento di questo obiettivo è la diffrazione della luce, mentre il naturale "rovesciamento" delle immagini, avviene parimenti nella camera oscura, come nella macchina fotografica e anche nell'occhio umano. Il fenomeno è da attribuire ad una importante proprietà della luce stessa, ovvero la legge della propagazione rettilinea, per cui, essa viaggia in linea retta ed è dunque incapace di compiere modifiche al proprio asse, salvo la presenza di superfici riflettenti o rifrangenti. Lo stesso fenomeno si può osservare attraverso la formazione delle ombre; esse ci dimostrano che il fascio luminoso non possa aggirare il corpo che incontra, ma questo ne interrompe la traiettoria.
Più il foro è piccolo e più l'immagine risulta nitida e definita (più specificamente, a fuoco). Il pregio maggiore di una camera oscura così semplice è che tutti gli oggetti terrestri appaiono a fuoco (anche se nessuno lo è effettivamente), a prescindere dalla loro distanza dal foro: in altre parole, l'obiettivo stenopeico si comporta come un obiettivo con lunghezza focale fissa e a fuoco fisso. Aspetto negativo, è che il piccolo foro lascia passare pochissima luce, per cui si possono fotografare solo oggetti immobili.
Nelle fotocamere moderne, il piccolo foro è stato via-via sostituito da un obiettivo fotografico (un sistema complesso di lenti), corredato dei dispositivi per i controlli di apertura del diaframma e di messa a fuoco (manuale o automatica), per migliorare la quantità e la qualità della luce dell'immagine che viene proiettata sul piano pellicola o sensore (negli apparecchi digitali).
La fotografia stenopeica
Le prime testimonianze della tecnica stenopeica provengono dal mondo anglosassone, terminologie e studi su questo fenomeno ottico, applicato a strumentazioni e successivamente ad apparecchiature ottiche, provengono da studi e pubblicazioni del secolo XVIII provenienti da oltre Manica, come ad esempio la prima testimonianza del termine foro stenopeico (pinhole in lingua inglese) nel contesto dell’ottica che si deve a James Ferguson, dove nel 1764 sul testo “Lezioni su argomenti selezionati in meccanica, idrostatica, pneumatica e ottica” cita questo termine.
Un altro esempio di come questa tecnica abbia le radici nel Regno Unito è la prima pubblicazione accreditata sulla tecnica della fotografia stenopeica nel libro intitolato “ The Stereoscope” pubblicato nel 1856 dall’inventore scozzese David Brewster, dove menziona la possibilità di "una macchina fotografica senza obiettivi e con solo un foro stenopeico".
Ulteriori testimonianze storiche attestano che tra i primi fotografi a provare la tecnica del foro stenopeico furono altri sudditi della corona britannica come Sir William Crookes e William de Wiveleslie Abney.
Caratteristiche della fotografia stenopeica
Le caratteristiche che contraddistinguono la fotografia stenopeica sono principalmente tre, come elencate qui di seguito
Le fotografie stenopeiche hanno una profondità di campo quasi infinita, qualsiasi oggetto a qualsiasi distanza dal foro sarà sempre a fuoco; sia che esso sia all'infinito o che sia a pochi centimetri da esso. Poiché non vi è distorsione dell'obiettivo, le immagini grandangolari rimangono rettilinee. I tempi di esposizione sono solitamente lunghi, con conseguente scia degli oggetti in lento movimento, inoltre gli oggetti che si muovono troppo velocemente non vengono impressionati sul supporto fotosensibile.
Le fotografie ottenute mediante una fotocamera stenopeica risultano meno definite rispetto a quelle ottenute con una fotocamera con lenti. Questa sfocatura delle immagini dipende dalla geometria del foro stenopeico e di come questo convoglia la luce all'interno della fotocamera, questo fenomeno e conosciuto come diffrazione. Come dimostrato dalla figura qui a lato i raggi di luce riflessi dall'oggetto inquadrato passano attraverso il foro stenopeico che non può convergere i raggi in un punto focale come una lente. Mediante un sapiente dimensionamento del foro stenopeico si riesce a minimizzare l'effetto di diffrazione dei contorni della fotografia.
Nel caso della fotografia grandangolare una fotocamera stenopeica dà il meglio di se stessa. Grazie a fotocamere stenopeiche opportunamente dimensionate che sfruttano la proprietà del foro stenopeico di mantenere inalterata la linearità dei raggi luminosi, si ottengono fotografie grandangolari prive di quelle distorsioni a barilotto prodotte da obiettivi super grandangolari o fish-eye.
Una caratteristica che contraddistingue la fotografia stenopeica è il tempo di esposizione. Le fotocamere stenopeiche sono prive di qualsiasi sistema di gestione della temporizzazione dello scatto, solo grazie a calcoli ben definiti si può determinare il tempo di apertura dell'obiettivo. Il tempo di apertura dell’otturatore dipende da tre fattori che sono: luce ambientale, la sensibilità del supporto sensibile e il rapporto di f-stop della fotocamera. Va comunque considerata anche la reattività dell'essere umano nell’aprire e chiudere il foro stenopeico, questa ultima variante esclude quindi combinazioni luce/sensibilità della pellicola che producono tempi di esposizione inferiori al secondo, perché difficili da realizzare tramite l’apertura manuale del foro stenopeico senza incorrere ad una sovraesposizione del supporto fotosensibile. La fotografia stenopeica si concilia quindi meglio con tempi di esposizione lunghi.
Caratteristiche distintive delle fotocamere stenopeiche Esistono varie tipologie di fotocamere stenopeiche sviluppate per effettuare differenti tipi di fotografie. La conoscenza degli elementi costruttivi che le caratterizzano permettono al fotografo di scegliere la fotocamera più adatta per ottenere i risultati ricercati per il suo progetto.
Gli elementi costruttivi che contraddistinguono le fotocamere stenopeiche sono i seguenti:
Lunghezza focale Diametro del foro stenopeico Geometria della superficie di appoggio della pellicola Numero di fori stenopeici Formato della fotografia Materiale di costruzione Tipologia di otturatore
Lunghezza focale