Occhio, anatomia generale (disegni di Margherita Vetrano)
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Prima di introdurre la fotometria, apro una piccola parentesi per spiegare il motivo per cui solo la porzione di spettro tra 380nm e 780nm sia visibile ai nostri occhi. Per questo motivo è necessario affrontare qualche aspetto di fisiologia. L'occhio umano è un organo su cui la ricerca continua a scoprire interessanti novità anatomiche e fisiologiche. Fino a poco tempo fa eravamo tutti convinti che i recettori visivi, annegati al di sotto delle cellule nervose della retina, si dividessero soltanto in due gruppi principali: coni e bastoncelli. Più recentemente è stata scoperta una ulteriore classe di cellule che la dice lunga su quanto ci sia ancora da scoprire su questo organo tanto piccolo quanto complesso e meraviglioso.

Senza entrare nel dettaglio nell'anatomia, fisiologia, neurologia e psicologia del sistema visivo umano, mi fermerò per il momento solo al livello dei coni e dei bastoncelli e alla loro sensibilità alle varie lunghezze d'onda: aspetti che erano stati già ipotizzati nel corso del secolo XVIII e perfezionati nel secolo scorso (anno 1923). Più recentemente, il funzionamento dei coni e la loro sensibilità sono aspetti verificati scientificamente con la tecnologia attuale: l'ultima revisione proposta è relativa al 2005. I coni sono costituiti da tre classi ben distinte di cellule sensoriali che descriverò nel dettaglio nell'articolo dedicato alla colorimetria.

Sezione retina - coni e bastoncelli (disegni di Margherita Vetrano)
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I bastoncelli, di forma più allungata rispetto ai coni, sono molto numerosi (più di 100 milioni di cellule per occhio), sono presenti uniformemente in tutta la retina, sono sensibili solo alle differenze di intensità luminosa e sono responsabili della visione quando c'è pochissima luce. In altre parole sono responsabili della visione "notturna" (scotopica) e sono caratterizzati da tre aspetti fondamentali: 1- non permettono di distinguere i colori. 2- la risoluzione della visione esclusiva con queste cellule sensoriali è bassissima; 3- i tempi di risposta e integrazione sono molto alti. Se consideriamo il livello d'illuminamento durante la visione delle immagini riprodotte da display o videoproiettori, raramente i bastoncelli vengono attivati e partecipano alla visione in maniera esclusiva. Nel grafico qui in basso, a sinistra (linea azzurra), c'è la curva di sensibilità dei bastoncelli, con un picco attorno ai 507 nanometri.

Visione fotopica (CIE - anno 1924) e scotopica (CIE - anno 1955)

I coni sono meno numerosi dei bastoncelli (meno di un ordine di grandezza), la loro presenza è concentrata nella fovea (è la zona centrale della retina in corrispondenza dell'asse ottico), vengono attivati da un flusso luminoso decisamente più sostanzioso rispetto ai bastoncelli e per questo motivo sono responsabili della visione diurna (fotopica). La visione fotopica è caratterizzata da tre aspetti che sono opposti alla visione scotopica: 1- c'è percezione dei colori; 2- i tempi di risposta e integrazione sono ridotti; 3- la risoluzione è molto elevata, benché solo nella zona centrale del campo visivo, pari a circa 2 gradi. I coni sono divisi in tre classi e sono sensibili a tre rispettive porzioni dello spettro elettromagnetico (blu, verde e rosso). Per convenzione, quando deve essere quantificata l'intensità luminosa, viene presa come riferimento soltanto la curva dei coni sensibili al "verde", evidenziata in alto a destra (linea verde), con picco centrato a circa 555 nm. La curva di sensibilità reale è comunque differente: approfondimenti in questa pubblicazione.

Come già anticipato, le due curve di sensibilità generale dei nostri occhi (scotopica, fotopica) sono in relazione al livello di illuminamento. In particolare, la curva di sensibilità della visione scotopica (notturna) si riferisce a livelli di illuminamento compresi tra 1 lux e 0,00001 lux. La visione fotopica (diurna) è attiva per livelli di illuminamento compresi tra 0,01 lux e più di 100.000 lux. Per livelli d'illuminamento compresi tra 0,01 lux e 1 lux, sono attive entrambe le classi di cellule sensoriali, con la somma delle due relative curve di sensibilità: in questo caso la visione è detta mesopica.