{"id":54345,"date":"2023-08-09T00:01:24","date_gmt":"2023-08-08T22:01:24","guid":{"rendered":"http:\/\/www.ocean4future.org\/savetheocean\/?p=54345"},"modified":"2026-03-22T18:38:46","modified_gmt":"2026-03-22T17:38:46","slug":"principi-di-ottica-subacquea-diffusione-parte-ii-di-andrea-mucedola","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ocean4future.org\/savetheocean\/archives\/54345","title":{"rendered":"Principi di ottica subacquea: Diffusione e tecniche di polarizzazione – parte II"},"content":{"rendered":"tempo di lettura: <\/span> 7<\/span> minuti<\/span><\/span>

.<\/span><\/p>\n

livello medio<\/span><\/a>
\n.<\/span>
\nARGOMENTO: FOTOGRAFIA
\nPERIODO: XXI SECOLO<\/strong><\/span>
\nAREA: DIDATTICA<\/span>
\n<\/strong>parole chiave: ottica subacquea<\/p>\n

 <\/p>\n

Soluzioni migliorative<\/span> <\/strong><\/span>
\nDopo aver visto nella prima parte i fenomeni ottici che influenzano la fotografia e il filming sott’acqua, andiamo ora ad esaminare come poter ridurre il loro effetti negativi.<\/p>\n

Diffusione
\n<\/span><\/strong><\/span>Il fattore che influenza maggiormente la visione subacquea \u00e8 la componente retroscatterata della diffusione<\/span><\/strong>, detta comunemente \u201cbackscattering<\/span><\/strong>\u201d.<\/p>\n

\"Questa
esempio di immagine affetta dal fenomeno del backscatter <\/span><\/strong><\/figcaption><\/figure>\n

L\u2019energia luminosa viene riflessa dal particolato verso l\u2019obbiettivo, talvolta fino a saturare l\u2019immagine (\u00e8 il tipico caso dell\u2019uso degli abbaglianti in condizioni di nebbia che, invece di migliorare la visione, saturano il campo visivo impedendoci di vedere davanti a noi). Per ridurre il backscattering, la tecnica standard \u00e8 quella di separare lateralmente e verticalmente la sorgente di luce, cos\u00ec da non illuminare il volume d\u2019acqua tra l\u2019obbiettivo e l\u2019oggetto stesso. Vedremo che questa tecnica sia pi\u00f9 efficace con obiettivi fotografici fino a 21mm, a causa del restringimento dell\u2019angolo visivo. Per valutare quale sia la tecnica di illuminazione ambientale migliore \u00e8 necessario determinare il backscattering considerando, a parit\u00e0 di condizioni ambientali, le differenti geometrie tra sorgente luminosa e telecamera.<\/p>\n

Radianza<\/span><\/strong><\/span>
\nPartiamo dalla definizione di radianza ovvero la grandezza che quantifica la quantit\u00e0 di radiazione elettromagnetica riflessa (o trasmessa) da una superficie di area unitaria, e diretta verso un angolo solido unitario in una direzione indicata. Sembra complicato, allora limitiamoci a definirla come il flusso di energia emesso per unit\u00e0 di superficie radiante (ad esempio un metro quadro). <\/p>\n

La radianza L ad una certa profondit\u00e0 \u00e8 data:<\/p>\n

\"Questa
\ndove I*<\/span><\/strong> \u00e8 l\u2019irradiazione incidente (intensit\u00e0 radiante), \u03c3<\/span><\/strong> \u00e8 il coefficiente angolare del backscattering e dx<\/span><\/strong> \u00e8 lo spessore dell\u2019acqua considerato.<\/p>\n

Considerando trascurabili le perdite di attenuazione L*<\/span><\/strong><\/span>:<\/p>\n

\"Questa<\/p>\n

dove:<\/p>\n

Io<\/sub>*<\/span><\/strong><\/span> \u00e8 l\u2019irradianza alla sorgente (intensit\u00e0 radiante ) e r<\/span> <\/strong><\/span>\u00e8 la distanza tra la sorgente luminosa e l’oggetto.<\/p>\n

Se la sorgente di luce non fosse montata direttamente sulla telecamera (ad esempio su una staffa laterale) avremo che 
\nr\u00b2 = D\u00b2 + x\u00b2<\/span><\/strong>, dove D<\/span><\/strong> \u00e8 la distanza tra la sorgente di luce e la telecamera. Da cui il valore di L* diverr\u00e0:<\/p>\n

\"Questa<\/p>\n

Il backscattering totale, lungo un particolare raggio, si otterr\u00e0 integrando l\u2019espressione per un dato illuminamento, considerando costante il valore di \u03c3<\/span><\/strong><\/span>, che non varia molto per angoli tra 90\u00b0 e 180\u00b0.<\/p>\n

Poniamo ora il caso che la sorgente luminosa abbia un\u2019intensit\u00e0 radiante costante, in funzione solo dell\u2019angolo considerato. Essendo necessario variare l\u2019angolo per differenti geometrie di illuminamento, le variabili della nostra equazione saranno quindi solo D <\/span><\/strong>e<\/span> x<\/span><\/strong>.<\/p>\n

Integrando l\u2019equazione precedente avremo che:<\/p>\n\n\n\n
\"Questa<\/td>\n\"Questa<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Da cui per x =<\/sub> 0<\/strong>, la radianza L*<\/strong>  \u00e8 infinita come quando la sorgente luminosa \u00e8 posta troppo vicino all\u2019obiettivo e satura la pellicola.<\/p>\n

Un calcolo del backscattering, per una sorgente posta sull\u2019asse ottico del sistema, \u00e8 riportato in Tav. 2<\/span><\/strong>.<\/p>\n

\"Questa<\/p>\n

Tav. 2 – Fonte: tesi specialistica di oceanografia in riferimento<\/span><\/strong><\/p>\n

Guardando la tabella osserviamo un esempio di varie geometrie di illuminamento; la prima riga ci da il backscattering con una sorgente di luce montata orizzontalmente ad una distanza D = 3,5 piedi (circa un metro), con una differenza verticale uguale a 0.<\/p>\n

Il valore del suo backscatter \u00e8 stato posto, per ragione di semplicit\u00e0, al valore unitario per un angolo uguale a zero. Portando l’inclinazione della sorgente ad un angolo di 57\u00b0 il backscatter sar\u00e0 tre volte maggiore (3,19). Se poniamo la sorgente luminosa ad una distanza di 15 ft verticale, notiamo che il backscatter si ridurr\u00e0, per un angolo di 0\u00b0, al 24% e nel caso di 57\u00b0 al 31%.<\/p>\n

\"Questa<\/p>\n

diminuzione del backscatter quando ci allontaniamo dalla macchina fotografica – diagramma estratto da
\n(PDF) Use of In Situ Acoustic Backscatter Systems to Characterize Spent Nuclear Fuel and its Separation in a Thickener (researchgate.net)<\/a><\/span><\/strong><\/p>\n

Nel calcolo precedente, non \u00e8 stato tenuto conto delle perdite per attenuazione, che comportano una diminuzione dell\u2019illuminazione con un gradiente maggiore di quello delle perdite per diffusione sferica<\/span><\/strong>. Ci\u00f2 comporta che il backscatter laterale sar\u00e0 predominante su quello retroattivo, favorendo ancora di pi\u00f9 la geometria precedentemente descritta.<\/p>\n

\"Questa<\/p>\n

il fastidioso effetto del backscatter nella fotografia subacquea rivelato dal  flash – Autore  Peter Southwood – CC Attribution-Share Alike 3.0  <\/span><\/strong>Backscatter example P1066667.JPG – Wikimedia Commons<\/a><\/p>\n

La tecnica di porre le luci dietro la camera \u00e8 comunemente chiamata LIBEC<\/u><\/span><\/strong>, per \u201cLight behind the camera<\/span><\/strong>\u201d. Il metodo fu usato per la prima volta durante la ricerca del sottomarino USS Tresher<\/a> ed \u00e8 oggigiorno, spesso inconsapevolmente, usato da tutti i fotografi subacquei.<\/p>\n

\"Questa
schema del sistema LIBEC – appunti Oceanografia Accademia Navale<\/span><\/strong><\/figcaption><\/figure>\n

Tecniche di polarizzazione<\/span><\/strong>
\nUn\u2019altra tecnica per ridurre il backscattering \u00e8 quella di usare filtri polarizzanti<\/span><\/strong>. In parole molto semplici, un’onda elettromagnetica \u00e8 un’onda trasversale che consiste di un’onda di campo elettrico che oscilla in un piano perpendicolare ad un’onda di campo magnetico, entrambe perpendicolari alla direzione del movimento. Poich\u00e9 una radiazione elettromagnetica agisce come un’onda, allora un’onda luminosa avr\u00e0 una frequenza ed una lunghezza d’onda associata ad essa.<\/p>\n

\"Questa<\/p>\n

da <\/a>Bacheca di fisica: Appunti video esperimenti (prof. Sergio La Malfa) (bachecaesperimenti.blogspot.com)<\/a><\/span><\/strong><\/p>\n

Quando un raggio luminoso viene fatto passare attraverso un filtro polarizzatore (lo sanno bene i fotografi), il filtro fa passare solo<\/span><\/strong> la porzione di luce con linee di campo elettrico orientate<\/span> parallelamente<\/span> <\/strong>al filtro da attraversare. Di conseguenza, la luce si polarizza linearmente. La luce proveniente da sorgenti luminose come i fari o i flash non \u00e8 polarizzata. <\/p>\n

Nel 1957, A. M. Nathan<\/span><\/strong> present\u00f2 l\u2019uso di un sistema ottico attivo, con polarizzatori incrociati, per vedere attraverso al nebbia. In seguito Briggs e Hatchett<\/span><\/strong> utilizzarono dei polarizzatori incrociati in acque torbide ed ottennero un modesto miglioramento della visibilit\u00e0. Nel 1966 Gilbert e Pernicka<\/span><\/strong> utilizzarono un polarizzatore circolare<\/span><\/strong> ed ottennero aumenti di contrasto fino al 19,5%<\/span><\/strong>. Tutte queste tecniche sono basate sulla possibilit\u00e0 di creare un campo altamente polarizzato. Quando i livelli di luce ambientale sono bassi, si pu\u00f2 sopperire ponendo un filtro polarizzante davanti alla sorgente di luce.<\/p>\n

\"Questa<\/p>\n

attenuazione dei disturbi con polarizzatori lineari (linear polarized) – Fonte e autore Smouss<\/span><\/strong> Cross linear polarization.gif – Wikimedia Commons<\/a><\/p>\n

Considerando che la polarizzazione del backscatter ha la stessa direzione dell\u2019illuminazione incidente polarizzata, si potr\u00e0 ottenere una polarizzazione incrociata rispetto alla sorgente utilizzando un filtro polarizzato posto davanti alla camera. In questo modo, quasi met\u00e0 della riflessione del bersaglio sar\u00e0 trasmessa dal filtro, mentre passer\u00e0 solo una piccolissima porzione del backscatter. Il backscatter verr\u00e0 cos\u00ec riflesso aumentando il contrasto nell’immagine. Qualsiasi depolarizzazione causata dal mezzo ne ridurr\u00e0 ovviamente l\u2019efficacia, per cui oggetti che non depolarizzano<\/span><\/strong> la luce riflessa subiranno una riduzione di contrasto fino ad ottenere l\u2019invisibilit\u00e0. Nel caso della polarizzazione circolare<\/span><\/strong> il backscatter \u00e8 principalmente polarizzato in senso opposto a quello della sorgente. Dovr\u00e0 essere quindi utilizzato un filtro che abbia lo stesso senso di polarizzazione circolare della sorgente. Una gran parte del backscatter verr\u00e0 respinto, mentre la luce dell’oggetto subir\u00e0 una riduzione della met\u00e0.<\/p>\n

La polarizzazione circolare ha, sulla polarizzazione lineare, il vantaggio pratico di non richiedere un allineamento accurato tra la sorgente ed i filtri polarizzatori della camera. Inoltre gli aumenti di visibilit\u00e0 ottenuti con la polarizzazione circolare sono decisamente maggiori di quelli ottenuti con la polarizzazione lineare.<\/span><\/strong><\/p>\n

Curiosit\u00e0<\/span><\/strong><\/span>
\nGli scienziati hanno scoperto che alcuni copepodi<\/span><\/strong> (zaffiri di mare) possiedono un derma composto da strati microscopici di cristalli disposti a nido d\u2019ape. Questa conformazione fa riflettere la luce in maniera diversa in funzione dell\u2019angolo di incidenza della stessa. Ci\u00f2 comporta una variazione luminosa degli stessi (usata come richiamo sessuale) dandogli la capacit\u00e0 di diventare invisibili.<\/p>\n

\"Questa<\/p>\n

zaffiri di mare … Quando l\u2019angolo \u00e8 stretto, anche la lunghezza d\u2019onda della luce riflessa si accorcia. Ci\u00f2 pu\u00f2 esaltare la colorazione azzurra o violetta, ma quando l\u2019incidenza dell\u2019angolo aumenta troppo, la lunghezza d\u2019onda entra nell\u2019ultravioletto, a noi invisibile, per cui questi copepodi ai nostri occhi diventano invisibili – copepodi Pontella mimocerami – Autore Marguerite E. Hunt
\nhttps:\/\/journals.plos.org\/plosone\/.\/journal.pone.0011517#s4<\/a>
\n<\/span><\/strong><\/p>\n

Le prestazioni delle tecniche di polarizzazione<\/span><\/strong> dipendono dalle propriet\u00e0 di riflettivit\u00e0 dell\u2019oggetto e dal backscattering del particolato. Se l’oggetto da fotografare ha una superficie scabra, la luce riflessa non sar\u00e0 polarizzata (essendo il risultato delle miriadi di riflessioni della superficie scabra). Se avr\u00e0 un\u2019alta capacit\u00e0 riflettiva avremo una piccolissima depolarizzazione e la luce diffusa del bersaglio verr\u00e0 ridotta quanto quella del backscatter. Lo svantaggio pratico delle tecniche di polarizzazione<\/span><\/strong> \u00e8 che riducono le potenze utilizzate del 50%<\/span><\/strong>. Nel caso di un oggetto scabro (che abbiamo detto irradier\u00e0 il 50% di quanto ricevuto), la risposta sar\u00e0 quindi solo il 25% dell\u2019intensit\u00e0 luminosa iniziale. Per compensare questa riduzione si usa aumentare l\u2019apertura focale di 2  f-stop. Per quanto sopra, la tecnica di polarizzazione \u00e8 limitata da condizioni ambientali di bassa visibilit\u00e0 come nei porti.<\/span><\/strong><\/p>\n

Fine II parte – continua<\/span><\/strong><\/p>\n

Andrea Mucedola<\/span><\/strong><\/p>\n

 <\/p>\n

foto di copertina di Francesco Pacienza<\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Alcune delle immagini possono essere state prese dal web, citandone ove possibile gli autori e\/o le fonti. Se qualcuno desiderasse specificarne l\u2019autore e le fonti o rimuoverle, pu\u00f2 scrivere a infoocean4future@gmail.com e provvederemo immediatamente alla correzione dell\u2019articolo<\/p>\n

 <\/p>\n

PAGINA PRINCIPALE<\/span><\/a>
\n.<\/span><\/p>\n

PARTE I<\/span><\/a> PARTE II<\/span><\/a> PARTE III<\/span><\/a><\/p>\n

PARTE IV<\/span><\/a> PARTE V<\/span><\/a> PARTE VI<\/span><\/a><\/p>\n

 <\/p>\n

Fonti<\/span><\/strong><\/span>
\nTesi specialistica Ottica subacquea e sue applicazioni nella guerra mine, 1985, autore Andrea Mucedola
\nUnderwater Optical Imaging: Status and Prospects di Jules S. Jaffe, Kad D. Moore, John McLean e Michael R Strand
\nIn Water Photography”, Mertens, 1970 
\nwikipedia
\n,<\/span><\/p>\n

 <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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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).\",\"sameAs\":[\"http:\/\/www.ocean4future.org\"],\"url\":\"https:\/\/www.ocean4future.org\/savetheocean\/archives\/author\/andrea-mucedola\"}]}<\/script>\n<!-- \/ Yoast SEO plugin. -->","yoast_head_json":{"title":"Principi di ottica subacquea: Diffusione e tecniche di polarizzazione - parte II • OCEAN4FUTURE autore","robots":{"index":"index","follow":"follow","max-snippet":"max-snippet:-1","max-image-preview":"max-image-preview:large","max-video-preview":"max-video-preview:-1"},"canonical":"https:\/\/www.ocean4future.org\/savetheocean\/archives\/54345","og_locale":"it_IT","og_type":"article","og_title":"Principi di ottica subacquea: Diffusione e tecniche di polarizzazione - parte II • OCEAN4FUTURE autore","og_description":"tempo di lettura: 7 minuti. . 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