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Dimensione del sensore e qualita´dell´immagine

La dimensione del sensore della fotocamera e´il fattore piu´importante nel determinare le prestazioni complessive della fotocamera e la qualita´delle immagini ottenute.

Indice

  • Sensore e qualita´dell´immagine (Fondamenti)
  • Dimensioni del sensore
  • Rumore e dimensione del sensore
  • Dynamic range, ISO e dimensione del sensore

Sensore e qualita´dell´immagine (Fondamenti)

Per riuscire a utilizzare le migliori impostazioni della fotocamera  (ISO,
F-Stop, ecc) e ottenere immagini di qualita´, bisogna capire come funziona il sensore della fotocamera.

Cos´e´un Sensore fotografico

Il sensore della fotocamera e´un dispositivo elettronico che raccoglie “informazioni di luce” (cioe´colore e intensita´) dopo che la luce passa attraverso le lenti dell´obbiettivo e colpisce il sensore all´apertura del diaframma (cioe´quando viene premuto il pulsanti di scatto).
Shutter speed indica la quantita´ di tempo che il diaframma rimane aperto, e cioe´il tempo durante il quale le “informazioni di luce” vengono raccolte dal sensore.
ISO determina l´amplificazione del segnale durante la fase di creazione
dell´immagine sulla memory card  (vedere sezione: ISO e ISO Invariance)

Esistono due tipi di sensori fotografici:

  • CMOS (Complementary Metal-Oxid Semiconductor): grazie alle sue elevate prestazioni, soprattutto in situazioni di scarsa luce, e costi di produzione inferiore, e´il piu´ diffuso nelle fotocamere moderne
  • CCD (Charge-Couple Device)

I sensori CMOS sono definiti in funzione delle loro dimensioni (cioe´l´area superficiale che cattura le informazioni di luce) e il numero di pixel che caratterizza questa superficie.

Cos´e´un Pixel in fotografia

Il sensore e´una griglia rettangolare che contiene milioni di piccoli Pixel di forma quadrata.
Si puo´definire Pixel un contenitore (in inglese well, da cui il nome >Pixel wells) per le “informazioni di luce” e costituiscono l´unita´base del sensore fotografico.

La fotografia digitale e´ il processo di registrazione dei colori e dei toni di una scena del mondo reale attraverso i singoli Pixel. Un singolo Pixel rappresenta una piccolissima porzione dell´intera immagine caratterizzato da un solo colore.
La combinazione di milioni di piccoli Pixel di differenti colori genera
l´immagine digitale.

Creazione dell´immagine

Quando i parametri di scatto (ISO, F-Stop, Shutter speed) sono impostati correttamente, ogni singolo pixel sulla griglia del sensore raccoglie e registra il colore corretto della scena inquadrata; questa viene definita “esposizione corretta“.

Se invece i parametri di scatto non sono impostati correttamente, ogni singolo pixel registrera´un colore non corrispondente alla scena inquadrata.

Il fotografo deve trovare le corrette impostazioni di scatto per ottenere
un´immagine che rappresenti piu´ fedelmente possibile la scena inquadrata (le interpretazioni artistiche che poi possono avvenire in fase di Post-Produzione sono un altro argomento).

Dimensioni del sensore

Oltre al numero di pixel presenti sulla superficie, i sensori delle fotocamere sono caratterizzati da una grandezza fisica espressa in termini di larghezza e altezza (espressa in mm).
Una dimensione standard del sensore e´ 36mm x 24mm conosciuto anche come “Full Frame” 35mm.

Esistono pero´anche altri formati (utilizzati dai diversi produttori):

Dimensione dei sensori

(fonte wikipedia)

Ovviamente maggiore sara´la superficie del sensore, maggiore sara´la quantita´di “informazioni di luce” catturate durante la fase di esposizione.
Da notare la notevole differenza di dimensione del sensore tra APS-C e Full Frame (che garantisce una notevole differenza di qualita´di immagine prodotta).

Senza andare troppo nello specifico delle formule matematiche necessarie ad individuare il “Fattore di Crop”, possiamo dire che:

Fattore di Crop = 43,3 / lunghezza della diagonale del sensore

Volendo paragonare i fattori di Crop dei vari formati piu´diffusi :

  • Full Frame= 1
  • APS-H = 1,29
  • APS-C = da 1,5 a 1,6 (dipende dai modelli di fotocamera)

C´e´ pero´da fare una precisazione: sebbene le immagini generate da una Full Frame siano qualitativamente superiori a quelle prodotte da una APS-C, visto il veloce sviluppo tecnologico che caratterizza ormai il settore,
andra´anche tenuto in considerazione l´anno di produzione del sensore; un sensore APS-C di produzione recente avra´sicuramente prestazioni superiori di un corrispettivo datato.

Le dimensioni contano veramente?

Sebbene, come visto in precedenza, la dimensione del sensore generi una notevole differenza in termini di qualita´, non e´comunque l´unico fattore da tenere in considerazione; esistono smartphone con fotocamere da 40 Megapixel che pero´ producono immagini non di alta qualita´ (e in alcuni casi neanche paragonabili a quelle prodotte da una APS-C).

Per definire correttamente la qualita´dell´immagine generata da una fotocamera, si dovranno considerare i seguenti fattori:

  • Dimensione del sensore: Indica l´area superficiale del sensore che raccoglie la luce
  • Qualita´del sensore: La qualita´e l´anno dell´Hardware usato per la produzione del sensore (in pratica la tecnologia utilizzata durante la produzione)
  • Software della fotocamera: gli algoritmi e il codice del sistema operativo della fotocamera e della generazione dei file. (generalmente software/firmware recenti dovrebbero garantire risultati migliori)
  • Larghezza dei Pixel: determina la superficie di ogni singolo pixel
  • Megapixel: Indica il numero di Pixel contenuti sulla superficie del sensore
  • Bit-depth: indica quanti colori e valori tonali il sensore e´in grado di catturare e visualizzare nell´immagine finale

Rumore e dimensione del sensore

Per quanto riguarda il processo di creazione dell´immagine digitale e la produzione del rumore durante la fase di creazione dell´immagine, vi rimando a quanto descritto nella sezione: ISO e ISO Invariance.

Il risultato ottimale si ottiene riempiendo ogni pixel well al suo  corrispondente valore tonale massimo senza perdita di informazioni incrementando il rapporto segnale/rumore.

Immagini che contengono una grossa porzione di valori tonali scuri, avranno inevitabilmente un rapporto segnale/rumore basso, rivelando un maggior rumore visibile (cio´ che accade nella fotografia notturna).
Per contro immagini che presentano valori tonali chiari, avranno un rapporto segnale/rumore maggiore e mostreranno un rumore visibile minore.

In una normale Landscape fotography e´possibile sovraesporre l´immagine (utilizzando il comando “exposure compensation” ) sempre tenendo sotto controllo l´istogramma per non bruciare le luci (Tecnica chiamata Expose to the Right o ETTR ) che garantisce un rapporto segnale/rumore maggiore e quindi una qualita´di immagine complessiva superiore.
Nel caso di fotografia notturna, anche le fotocamere con i sensori migliori, genereranno comunque un po´di rumore.

Dynamic range, ISO e dimensione del sensore

Si definisce Dynamic Range la differenza (range) tra il piu´forte segnale non distorto (il valore tonale piu´chiaro) e il piu´debole segnale non distorto (il valore tonale piu´scuro) catturato dal sensore in una singola immagine.
Quindi maggiore sara´il dynamic range, maggiore sara´il range di valori tonali che il sensore sara´in grado di catturare.

Incrementi

[errata corrige: “segnale prodotto” nella zona bianca delle colonne “iso basso” e “iso medio” e´sbagliato; corretto e´: “segnale richiesto”]

Nell´immagine si puo´vedere come all´incrementare dei valori di ISO anche la quantita´di rumore prodotta aumenta (derivante dall´amplificazione del segnale) e come meno luce (segnale) sia necessaria per produrre lo stesso valore tonale, riducendo quindi il dynamic range (indipendentemente dal tipo di sensore, l´incremento dei valori di ISO determina una riduzione del dynamic range nel file RAW finale).

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