Prima di cominciare a parlare degli obiettivi per telecamere e delle loro caratteristiche, credo sia meglio spiegare cos’è un immagine e quali sono le analogie tra un obiettivo e l’occhio umano. Cominciamo col dire che la condizione necessaria per vedere è che nell’ambiente circostante ci sia della luce. Il termine luce (dal latino lux), si riferisce alla porzione dello spettro elettromagnetico visibile dall’occhio umano ed è approssimativamente compresa tra 400 e 700 nanometri di lunghezza d’onda, ovvero tra 790 e 435 THz di frequenza. Questo intervallo coincide con il centro della regione spettrale della luce emessa dal sole che riesce ad arrivare al suolo attraverso l’atmosfera. La presenza contemporanea di tutte le lunghezze d’onda visibili forma la luce bianca. La luce, come tutte le onde elettromagnetiche, interagisce con la materia, i fenomeni che più comunemente influenzano o impediscono la trasmissione della luce attraverso la materia sono: l’assorbimento, la diffusione (scattering), la riflessione speculare o diffusa, la rifrazione e la diffrazione. La riflessione diffusa da parte delle superfici, da sola o combinata con l’assorbimento, è il principale meccanismo attraverso il quale gli oggetti si rivelano ai nostri occhi, mentre la diffusione, causata dall’atmosfera, è responsabile della luminosità del cielo. L’occhio è l’organo di senso principale dell’apparato visivo ed ha il compito di ricavare informazioni sull’ambiente circostante attraverso la luce. L’occhio raccoglie la luce che gli proviene dall’ambiente, ne regola l’intensità attraverso un diaframma (l’iride), la focalizza attraverso un sistema regolabile di lenti (cristallino/cornea), e la trasforma in una serie di segnali elettrici che attraverso il nervo ottico vengono inviati al cervello per l’elaborazione e l’interpretazione. Anche l’obiettivo, come l’occhio umano, è dotato di un iride e di un sistema di focalizzazione ed è proprio in base a come vengono gestiti questi due parametri ed alla qualità delle lenti, che un obbiettivo può risultare più o meno valido per certe applicazioni e più o meno costoso.

Le lenti

Generalmente vengono usate delle lenti convesse che grazie alla loro forma geometrica hanno la caratteristica ideale di far convergere tutta la luce sul punto focale, dico ideale perché questa affermazione risulta vera solo quando i raggi luminosi che investono la lente sono paralleli tra di loro, raggi di questo tipo sono quelli emessi dal sole o dalle montagne in lontananza. Nella realtà i raggi investono l’obiettivo con molteplici angolazioni causando svariati tipi di aberrazioni ottiche. Col termine aberrazione si intende una differenza tra il comportamento reale di una lente e quello ideale, tali differenze sono provocate da leggi fisiche che governano la propagazione della luce e neanche la migliore delle lenti riesce ad eliminarle del tutto. Un’aberrazione tipica delle lenti convesse è quella della differenza di fuoco tra il centro e i bordi dell’immagine, tale differenza è causata dalla geometria della lente e viene detta aberrazione sferica. In pratica i raggi che colpiscono il centro della lente non subiscono alcuna variazione, invece quelli che colpiscono i bordi vengono deviati, con un angolo che dipende dall’angolo di incidenza, e fatti convergere in punti leggermente spostati rispetto al piano focale, il risultato sarà un immagine a fuoco al centro e meno a fuoco via via che ci si avvicina ai bordi. Per attenuare il problema dell’aberrazione sferica si può ricorrere ad un restringimento del diaframma o all’utilizzo di lenti con geometria asferica. Le lenti asferiche sono disegnate in modo che i raggi periferici, qualsiasi sia l’angolo di incidenza, vengano comunque convogliati verso il punto focale. Un altro parametro che individua la qualità di una lente è il materiale di cui è costituita che può essere il vetro (normale, Crown, Flint ecc), un cristallo minerale come il quarzo o il berillo, o un materiale plastico. La scelta è funzione della destinazione d’uso, dello spettro elettromagnetico trattato, della robustezza e deformabilità meccanica, della riduzione delle aberrazioni e soprattutto del costo finale. Il costo di una lente sale notevolmente con l’aumentare della qualità ottica dovuta alla purezza dei materiali e alle particolari lavorazioni della superficie.

Dimensione

La dimensione dell’obiettivo viene stabilita in base al sensore CCD su cui deve proiettare l’immagine e visto che esistono sensori da 1/2″, 1/3″, 1/4″ etc., esisteranno ottiche da 1/2″, 1/3″, 1/4″ etc.. Abbinando ad esempio un obiettivo da 1/2″ ad un CCD da 1/2″ si avrà la certezza che l’immagine ricreata sul piano focale sarà interamente catturata dal sensore, se invece abbinassimo un obiettivo da 1/2″ ad un sensore da un 1/3″ parte dell’immagine ricreata sul piano focale cadrebbe fuori dal sensore e andrebbe persa, al contrario un obiettivo da 1/3″ abbinato ad un sensore da 1/2″ proietterebbe sul piano focale un’immagine troppo piccola ed il risultato a video sarebbe un’immagine con gli angoli arrotondati.

La focale

La focale di un obiettivo è rappresentata dalla distanza in millimetri tra la lente ed il punto in cui essa è in grado di ricreare un’immagine a fuoco della zona ripresa. Questo parametro viene indicato con la lettera ” F ” ed insieme alle dimensioni del sensore CCD concorre a determinare l’angolo di vista orizzontale, tale parametro influenza direttamente la larghezza della ripresa. L’angolo di vista è direttamente proporzionale alla dimensione del CCD (sensore più grande angolo di vista maggiore), ed inversamente proporzionale alla lunghezza focale. A parità di sensore CCD una focale lunga ci darà un angolo di vista ristretto mentre una focale corta ci darà un angolo di vista più ampio. Per capire meglio provate a praticare un foro su un pezzo di cartone e a guardarci attraverso, avvicinando l’occhio al buco vedrete un’area maggiore se invece lo allontanate vedrete un area minore. In base al valore della focale si possono individuare tre tipologie di obiettivo: normale, grandangolare, teleobiettivo.

Obiettivo normale

Un obiettivo con una focale di 4 mm abbinato ad un CCD da 1/3″ fornisce un angolo di vista di ≈ 30°, che è lo stesso fornito dall’occhio umano, tale obiettivo viene definito “normale”.

Obiettivo grandangolare

Obiettivi con una focale minore di 4 mm offrono un angolo di vista maggiore e vengono chiamati grandangolari. A parità di dimensioni del sensore CCD l’obiettivo grandangolare fa il modo di concentrare sul sensore una quantità di spazio maggiore rispetto al “normale” per far questo rimpicciolisce le immagini col risultato che gli oggetti osservati risultano essere più piccoli, più lontani e meno dettagliati. Con focali minori di 2.5 mm le immagini potrebbero apparire un pò distorte questo effetto si chiama “fisheye” e viene oggi usato per realizzare delle telecamere con un angolo di vista compreso tra i 180° e i 360°. Il termine fisheye deriva dal fatto che l’inquadratura sembra essere fatta dall’occhio di un pesce, queste telecamere sono altamente tecnologiche e possono fornire una visione a 180° se montate a parete o a 360° se montate a soffitto, l’area ripresa può essere vista su di un monitor nella sua interezza o suddivisa in quattro aree più piccole, simulando la presenza di quattro telecamere.