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livello medio
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ARGOMENTO: FOTOGRAFIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: ottica subacquea
Il futuro è già arrivato
Come abbiamo visto, purtroppo la torbidità dell’acqua rende complessa la raccolta di immagini ottiche subacquee di qualità. Negli ultimi dieci anni si è assistito a un forte progresso nella capacità di visualizzare e documentare oggetti in mare anche in condizioni di scarsissima visibilità grazie all’attuale progresso nei sistemi di trattamento del segnale e nelle tecnologie di rilevamento. I campi di impiego che sono interessati da queste tecniche sono molteplici: dalla fotografia artistica agli impieghi scientifici e ingegneristici.
Le tecniche di imaging consentono oggigiorno di unire più immagini e realizzare delle ricostruzioni tridimensionali estremamente significative. Nel filmato in alto vediamo la ricostruzione 3D di un relitto di un peschereccio fotografato ad una profondità di circa 8 metri al largo di San Marco di Castellabate, Italia. Per realizzarlo furono scattate più di centodieci immagini con una fotocamera full frame Nikon D750 da 24 Mpx con un obiettivo grandangolare Nikkor AF 24 mm f2.8 / D, che vennero poi trattate con un software di imaging.
La fotografia tridimensionale
Nella storia della fotografia va menzionata la fotografia stereoscopica nata per duplicare la visione umana naturale e dare un’impressione visiva il più vicino possibile alla realtà. Per ottenere delle foto stereo è ovviamente necessario scattare sempre una coppia di immagini stereoscopiche.
Lo sviluppo tecnologico permette oggi di andare oltre, arrivando a ricostruire immagini tridimensionali attraverso la “somma” di diverse immagini. Con un modello 3D possono essere documentati relitti di navi o aerei anche ad alte profondità, utilizzando immagini scattate con mezzi autonomi o filoguidati remoti. Le applicazioni possibili sono ormai in tutte le discipline e consentono di ottenere la scena nei minimi dettagli.
nuvola di punti in una foto digitale tridimensionale – da
Diving into underwater photogrammetry | Pix4D
Un altro settore scientifico promettente è quello della microscopia confocale che è una delle tecniche più apprezzate per ottenere immagini tridimensionali di dimensioni … microscopiche. In parole semplici, il metodo di formazione dell’immagine si basa su un fascio di illuminazione che investe l’intero soggetto e forma istantaneamente l’immagine sul rivelatore.
Un esperimento di imaging ad apertura sintetica e imaging confocale. La foto è stata scattata ad un soldatino in piedi dietro una pianta. L’aggiunta di immagini scatatte da una serie di 16 telecamere produce una vista sintetica (b) con una profondità ridotta di campo; il petto del soldato – che giace a metà del piano focale è a fuoco, ma le sue braccia e la pianta sono sfocate. L’imaging confocale, utilizzando una serie di 16 proiettori, produce l’immagine (c), in cui solo le superfici vicino al piano focale sono luminose, lasciando braccia e pianta oscurate. Sommando le 16 immagini si produce l’immagine (d), in cui la pianta è sempre scura ma anche sfocata, e mettendo quindi in evidenza solo il soldatino. da whoi_tr09.pdf (stanford.edu)
L’uso di questa tecnica permette di indagare il soggetto nelle tre dimensioni spaziali (3D) con un metodo non invasivo. In pratica, viene prodotto uno spot di luce puntiforme da un pinhole posto davanti alla sorgente, in sostituzione del diaframma di campo, che risulta così fisso e molto ridotto.
La luce viene poi focalizzata dal collettore e da un condensatore (o da un obiettivo, nel caso di configurazione in luce riflessa) sul soggetto, per poi essere raccolta dall’obiettivo e dall’eventuale oculare e quindi focalizzata su un secondo pinhole. In corrispondenza di questo è presente anche il rivelatore d’immagine, che produce un segnale proporzionale all’intensità della luce che lo colpisce. Il pinhole di illuminazione e quello di rivelazione appartengono a piani focali confocali, da cui il nome di questa particolare tecnica microscopica.
La quasi totalità dei sistemi confocali moderni utilizza la configurazione in luce riflessa, che aumenta la simmetria e la risoluzione del sistema anche se a spese della luminosità.
Oltre ad un leggero aumento in risoluzione, il vantaggio primario è l’eliminazione del backscattering in quanto la luce diffusa non è confocale né con la sorgente laser né con l’apertura del foro stenopeico. Utilizzando questa tecnologia potrebbero essere sviluppati nuovi sistemi di imaging subacquei per eliminare la retrodiffusione.
Schema di un tubo fotomoltiplicatore (PMT). Il fotone gamma (color viola) va allo scintillatore risultando in fluorescenza, un’emissione di luce visibile (mostrata in rosso). Colpiscono il materiale fotosensibile, con conseguente emissione di fotoelettroni. Il PMT moltiplica il numero di fotoelettroni, mediante l’emissione di elettroni secondari. Infine, dopo una serie di moltiplicazioni, otteniamo l’output sui pin del connettore (PDF) Effect of alteration of distance from a radioactive source on the efficiency of a Ge detector and generation of coincidence data of 60 Co by employing Monte-Carlo methods (researchgate.net)
Non ultimo, l’ultima generazione di componenti ottici continua a creare nuovi sistemi di imaging ottici subacquei con l’utilizzo di sorgenti laser blu-verdi sempre più efficienti e dotati di adeguata potenza. Nel caso dell’hardware di rilevamento, vanno menzionati i nuovi sviluppi nella fabbricazione di array Multianode photomultiplier tube (PMT), rivelatori elettronici di luce estremamente sensibili nell’ultravioletto, in luce visibile e nel vicino infrarosso. Questi sensori potrebbero trovare applicazione nel campo dell’imaging oceanografico fornendo ulteriori opportunità per raccogliere immagini subacquee nei sistemi subacquei di futura generazione.
Ci fermiamo qua … ci sarebbe molto da dire anche perché la tecnologia avanza ogni giorno, fornendo sempre nuovi mezzi per i fotografi e film maker … ma torneremo presto sull’argomento.
Andrea Mucedola
foto di copertina Francesco Pacienza
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Fonti
Tesi specialistica Ottica subacquea e sue applicazioni nella guerra mine, 1985, autore Andrea Mucedola
Underwater Optical Imaging: Status and Prospects di Jules S. Jaffe, Kad D. Moore, John McLean e Michael R Strand
In Water Photography”, Mertens, 1970
wikipedia
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ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con numerosi Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. Ricercatore subacqueo scientifico dal 1993, nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione della cultura del mare. Fa parte del Comitato scientifico della Fondazione Atlantide e della Scuola internazionale Subacquei scientifici (ISSD – AIOSS).