La macchina fotografica prende il nome di camera metrica quando consente la lettura dei dati relativi all’orientamento interno ed a quello esterno del fascio di raggi proiettante l’immagine destinata ad essere fissata sul materiale sensibile. Per orientamento interno s’intende l’orientamento del fascio di raggi, proiettante l’immagine, rispetto al piano della superficie sensibile. Esso può essere determinato mediante:
- la distanza del centro di proiezione dal piano contenente l’emulsione sensibile (distanza principale);
- un sistema di riferimento cartesiano ortogonale, avente l’origine nel punto principale. Si ricorda, a tal proposito, che il punto principale è il punto di intersezione, con il piano della superficie sensibile, della perpendicolare condotta dal centro di proiezione (raggio del fascio perpendicolare al piano stesso o raggio principale).
Per ogni camera metrica, la distanza principale viene determinata in fabbrica con la precisione del centesimo di millimetro e viene riportata sull’esterno della camera o, all’interno, in modo da apparire sul fotogramma. Il sistema di riferimento cartesiano ortogonale viene, in genere, individuato mediante quattro riferimenti riportati sul quadro di appoggio del materiale sensibile in modo da essere fissati, insieme all’immagine, sul fotogramma durante la ripresa. Detti riferimenti rappresentano gli estremi di due segmenti che si intersecano nel punto principale, il quale (è opportuno precisare) può non appartenere all’asse ottico dell’obiettivo. La definizione della camera metrica, sopra riportata, ha un valore puramente teorico in quanto ogni costruttore, al momento di realizzarla deve decidere tra una serie di compromessi, quali:
A)la planeità della superficie sensibile. Si tratta di una scelta puramente convenzionale, in quanto la superficie sensibile, nei limiti concessi dalla profondità di fuoco, potrebbe essere comunque deformata se fosse possibile mantenere inalterata la deformazione fino a tutta la fase di restituzione. Il formato del fotogramma, nelle camere metriche, varia tra 6,5x9 cm e 23x23 cm e, perché la pellicola, al momento dello scatto, risulti perfettamente piana, una prima scelta che s’impone è quella del supporto (su cui viene applicata l’emulsione sensibile) che può essere costituito da:
- una lastra rigida rettificata, per esempio in vetro, con tutti gli inconvenienti che questo materiale presenta (fragilità, peso elevato, difficile manovrabilità, alto costo);
- materiale trasparente, flessibile ed inestensibile, che, nella soluzione più banale può essere pressato tra due superfici piane. Nel caso dei grandi formati, si può impiegare un piano aspirante oppure un aumento di pressione all’interno della camera (al momento dello scatto), ma si tratta di sistemi che incidono sul costo e sulla manovrabilità della stessa camera. Ogni scelta, per quanto semplice, può porre problemi secondari che non vanno sottovalutati: per esempio pressando la pellicola tra due superfici, una di esse, che per ovvie ragioni sarà trasparente per essere attraversata dal fascio di raggi proiettante l’immagine, provocherà fenomeni di rifrazione che influiranno sia sulla deformazione dell’immagine che sul valore della distanza principale.
B) l'obiettivo. Premesso che un obiettivo perfetto esiste solo in teoria e che il diagramma costo-qualità presenta una curva asintotica, una scelta del costruttore consiste nell’individuare un tipo di obiettivo capace di offrire sufficienti garanzie di precisione e costi non troppo elevati: per avere un’idea delle caratteristiche più comuni agli obiettivi impiegati in fotogrammetria è sufficiente prendere nota della distorsione (che mediamente risulta inferiore a 5 micron: la distorsione radiale viene considerata positiva quando il raggio luminoso, che colpisce l’obiettivo, viene deviato rispetto all’asse ottico in modo da spostare il punto-immagine verso l’esterno), e del potere risolutivo, che è compreso tra 50 e 100 linee per mm. Per non alterare l’orientamento interno, la soluzione più logica sarebbe di impedire qualsiasi movimento relativo dell’obiettivo rispetto alla superficie sensibile: quindi vengono esclusi il decentramento variabile, l’intercambiabilità dell’ottica (quando si parla di ottica intercambiabile ci si riferisce al blocco obiettivo-portanegativi) e, nella maggior parte dei casi, la messa a fuoco che, quando non è fissa, viene effettuata su posizioni predeterminate o mediante anelli distanziatori. Il tempo di esposizione può variare, mediamente, da 1 s a 1/500 s (oltre alla posa B) ed è regolato mediante otturatore centrale comandato meccanicamente o elettromagneticamente. L’apertura può essere variata con diaframma (i cui valori sono compresi tra f:5,6 e f:64) utilizzabile per regolare la profondità di campo. L’angolo di ripresa, corrispondente al lato maggiore del formato, generalmente è compreso tra 60° e 80°.
C) la profondità di campo. Per una nota legge dell’ottica le immagini di tutti i punti di un oggetto tridimensionale possono essere proiettati nitidamente, su di uno stesso piano, solo quando l’oggetto si trova all’infinito: per le camere metriche destinate ad effettuare solo riprese a grandissima distanza (per esempio le camere per fotogrammetria aerea) non esistono problemi, in quanto è sufficiente metterle a fuoco su infinito. Quando, invece, la distanza di ripresa non può essere considerata infinita, la profondità di campo dipende dalla distanza obiettivo-oggetto, dalla distanza focale, dall’apertura di diaframma e dal diametro del cerchio di confusione. Onde evitare calcoli complicati, in genere, si preferisce preparare, per ogni camera, tabelle o abachi ottenuti in funzione del diametro del cerchio di confusione (per esempio 0,05 mm) e di distanze fisse (per es. 2,5m, 4m, 25m). In realtà anche questo problema non è risolvibile con formule matematiche. Per esempio il diametro accettabile del cerchio di confusione potrebbe aumentare con il diminuire della distanza di ripresa, a parità di oggetto fotografato, in quanto l’immagine dell’oggetto stesso risulta più grande: ma se detta distanza è stata diminuita per migliorare la leggibilità dell’immagine? e nel tentativo di fissare un’immagine più nitida, abbiamo tenuto conto dell’emulsione sensibile e quindi della relativa "grana"? Non bisogna credere, infine, che faccia sempre comodo una grande profondità di campo. La base di ripresa scelta consente una buona visione stereoscopica solo dell’oggetto, per la cui distanza è stata calcolata: in teoria la profondità di campo dovrebbe coincidere con la profondità del campo di ripresa stereo (insieme di punti aventi una distanza superiore a cinque volte la base ed inferiore a venti volte la base stessa) in modo da poter favorire la concentrazione dell’attenzione solo sugli oggetti che interessano la ripresa.
D) il supporto. Per conoscere l’orientamento esterno, la camera deve essere dotata di un supporto, orientabile con precisione, in funzione del quale essa prende il nome di:
- fototeodolite, se collegata con un teodolite;
- monocamera, quando lo stesso supporto viene tarato per consentire orientamenti predeterminati;
- stereocamera o, più comunemente, camera stereometrica o bicamera, quando il supporto comporta orientamenti predeterminati ed è in grado di ricevere due camere metriche, la cui distanza può essere fissa o variabile.
Anche in questo caso la scelta dipende da una molteplicità di fattori ma, in linea di massima, è opportuno tener presente che:
- i fototeodoliti sono da preferirsi quando la base di ripresa è molto grande e non si dispone di strumenti di precisione per rilevare la base stessa ed i punti di controllo;
- le monocamere, che possono effettuare riprese anche con asse ottico verticale, consentono (come i fototeodoliti) di adattare la base alla distanza di ripresa, ma nelle grandi distanze devono essere integrate da distanziometri per il rilievo della base e dei punti di controllo;
- le stereocamere sono caratterizzate dalla facile manovrabilità, riducono enormemente i tempi di ripresa, forniscono direttamente le coppie di fotogrammi stereo, ma possono operare solo su distanze brevi fisse o comunque variabili entro limiti ridotti.