Percezione dell'occhio umano

La luce

La luce altro non è che una radiazione elettromagnetica, un fenomeno fisico del tutto simile alle onde radio, in cui il segnale viaggia con una lunghezza d'onda tra i $400nm$ (nanometri) e i $700nm$.

Spettro ottico.

Al variare della frequenza del segnale, l'occhio umano percepisce colori diversi; un occhio animale potrebbe percepire colori diversi da quelli dell'uomo (per esempio, potrebbe vedere nel vicino infrarosso al di sopra dei $700nm$) oppure potrebbe vedere meno colori, a seconda della struttura che lo compone.

Solitamente, si è abituati a classificare le onde elettromagnetiche in base alla loro frequenza, non in base alla loro lunghezza d'onda; tuttavia, nel mondo dell'ottica, è prassi normale utilizzare come unità di misura la lunghezza d'onda, dal momento che questo valore molto spesso è legato alle dimensioni fisiche che le strutture devono assumere per poter interagire in maniera costruttiva con la luce.

La lunghezza d'onda è definita come

$\lambda =\frac{c}{f}$

dove $c$ è la velocità della luce nel mezzo,

$c=\frac{c_0}{n}$

con $n$ l'indice di rifrazione (una grandezza della materia) e $c_0$ la velocità della luce nel vuoto,

$c_0\simeq 3\times 10^8\left[\frac{m}{s}\right]=300^{\prime }000\left[\frac{km}{s}\right]$

Di conseguenza, si ha che

$f=\frac{c}{\lambda }=\frac{3\times 10^8}{\lambda }$

Si ottiene, quindi,

• $\lambda =400nm=400\times 10^{-9}\Rightarrow f=\frac{c}{f}=\frac{3\times 10^8}{4\times 10^2\times 10^{-9}}=\frac{3}{4}\times 10^{8+9-2}\simeq \frac{3}{4}\times 10^{15}$
• $\lambda =700nm\Rightarrow f\simeq \frac{3}{7}\times 10^{15}$

Esistono due modelli predominanti per descrivere la natura della luce:

• la luce come onda;
• la luce come particella.

Nel caso della luce come onda, si utilizza il modello dell'irradiamento elettromagnetico per descrivere l'andamento della luce; nel caso della luce come particelle, invece, si devono introdurre i fotoni, della materia che possiede un'energia

$E_{ph}=h\times \nu$

Per descrivere la luce, si può definire la funzione plenoptica $L$, come

$L=L(x,\omega ,t,v,\gamma )$

dove si ha

• polarizzazione della luce $\gamma$;
• fluorescienza $v$;
• tempo $t$;
• direzione $\omega$;
• posizione $x$.

Radiometria

La radiometria ha un approccio squisitamente fisico:si tratta di una misura dell'energia che possiede una certa radiazione ottica,

$\left[\frac{W}{m^2}\right]$

Spettrometria

Rappresentazione spettrografica dell'emissione luminosa di una lampada ad incandescenza (sinistra) e di una lampada fluorescente (destra)

La misura di fotometria, al contrario, si concentra sulla quantità di luce percepita dall'occhio umano, non considerando la potenza che viene irradiata al di fuori dello spetto del visibile; le unità di misura di questa grandezza sono i lumens, lux, o candelas.