Qualità dell'immagine : Ottica, sensore e pixels

La fotocamera digitale, come si è avuto di osservare, è, per certi versi, assai simile a quella a pellicola.
Da un punto di vista costruttivo, gli elementi che determinano la qualità sono:

1) la robustezza della costruzione, data dai materiali impiegati e dall'accuratezza del loro assemblaggio;
2) la precisione dei tempi di otturazione e la robustezza dell' otturatore : quest'ultima può arrivare a garantire anche 200.000 scatti senza incidenti; cosa assai importante per un professionista.
3) la robustezza del corpo macchina e dei suoi componenti;
4) la qualità dell'ottica, espressa dalla qualità dei materiali (in particolare delle lenti), lo schema ottico , la qualità della sua meccanica e la struttura del diaframma.

Se, viceversa, si considera la qualità dell'immagine prodotta, gli elementi predominanti sono :
1) la qualità dell'obbiettivo, espressa da numerosi fattori : risoluzione, contrasto, distorsione, aberrazione cromatica, coma ecc.
2) supporto di registrazione
3) il software di elaborazione dei dati registrati

L'obbiettivo è indubbiamente l'elemento predominante, nel senso che il supporto di registrazione può solo conservare al meglio quanto trasmesso dall'obbiettivo.

Ciò non diminuisce la grande importanza che assume il supporto di registrazione che deve essere in grado di conservare quanto trasmesso dall'obbiettivo.

E' quest'ultimo elemento che crea una forte differenza tra pellicola e digitale
La scelta della pellicola sia per qualità che per caratteristiche influisce fortemente sulla resa finale dell'immagine : sensibilità, grana, contrasto resa cromatica, ecc.
A tali fattori si devono aggiungere quelli successivi allo scatto : scelta dello sviluppatore. tecnica di sviluppo della pellicola, carta di stampa, bagni di sviluppo, ecc.
Nel digitale la qualità registazione dell'immagine digitale viene a dipendere da più fattori :
1) qualità e dimensioni del sensore
2) software di elaborazione degli impulsi ricevuti dal sensore.

Una particolare attenzione si deve porre al rilievo che assumono la qualità e la dimensione del sensore ed i pixel di cui dispone : elementi troppo spesso erroneamente valutati.

Di seguito vengono esaminati partitamente questi due fattori per giungere ad una corretta comprensione del loro rilievo ed alle reali ragioni degli effetti che questi producono,

Le dimensioni del sensore

Comunemente si sente affermare (o si legge ) che un sensore piccolo produrrà una immagine di qualità inferiore a quella che può fornire un sensore di maggiori dimensioni in quanto l'immagine che l'obbiettivo proietta sul sensore è di dimensioni più piccole e, pertanto, dovrà subire un maggiore ingrandimento rispetto a quella proiettata su sensori più grandi.

Si viene quindi ad applicare alle immagini digitali la stessa logica delle immagini prodotte su pellicola.

Orbene, cerchiamo di capire.

E' certamente vero che l'immagine che si forma su un sensore più piccolo è più piccola di quella stessa immagine che si formerebbe su un sensore più grande, ma i successivi processi concernenti la registrazione dell'immagine e la sua riproduzione su carta ( o schermo) sono assolutamente diversi.

Con la pellicola, l'immagine si forma su di essa per un processo chimico che, praticamente, la "disegna" in tutti i suoi particolari.
La successiva riproduzione avviene mediante proiezione dell'immagine formatasi sulla pellicola (proiezione su carta o schermo). E' quindi assolutamente corretto parlare di ingrandimento e rapporto di ingrandimento.
E' infatti del tutto evidente che se si proietta una immagine di 24 x 36 mm. se si vuole ottenere una riproduzione di 30 x 45 cm, occorrerà ingrandire di più di quanto non si renda necessario usando una pellicola di 4 x 6 cm o, addirittura, di 9 x 13 cm.
E' quindi ben comprensibile come ad un maggiore ingrandimento corrisponda una minore definizione della riproduzione.

Nella fotografia digitale però il processo di registrazione e quello di riproduzione dell'immagine sono completamente diversi.

L'immagine proiettata su un sensore da 6 megapixel viene ad essere come un mosaico composto da 6 milioni di "tessere". Ogni "quadretto" (pixel) registra un frammento di immagine. Sin qui il parallelo con la pellicola può ancora essere accettato.

Successivamente, però, tutto cambia. La fotocamera non registra sul sensore "un disegno" dell'immagine. Ogni frammento presente su ciascun pixel viene trasformato in un "impulso elettrico" che, opportunamente elaborato dal processore, genera un numero che, insieme a quelli prodotti dagli altri pixel, costituiscono un file formato da sequenze di numeri, il cui insieme forma l'immagine.

La riproduzione non è altro che il processo inverso : passaggio da una sequenza numerica ad impulsi in grado di generare un'immagine visibile.
E' quindi assolutamente fuori luogo parlare di ingrandimento.

Ogni pixel genera un impulso elettrico trasformato in numero; la riproduzione trasforma il numero in impulso elettrico che genera l'immagine visibile.
Il processo non muta in funzione delle dimensioni dei pixels che formano il sensore.

Quanto detto non deve tuttavia far pensare che le dimensioni del sensore siano ininfluenti sulla qualità dell'immagine. Ma lo sono per motivi del tutto diversi.

Si tenga presente che un sensore da 6 Megapixel ( 3.000 x 2000 pixels ) di una fotocamera Reflex avente un sensore di 24 x 16 circa mm sarà formato da 2000 "righe" di pixels, ciascuna costituita da 3000 pixels.
Ciò vuol dire che in un sensore di 23,7 x 15,6 mm. ogni pixel sarà costituito da un quadrato il cui lato è pari a mm. 23,7 : 3000 ; vale a dire il lato di un pixel sarà di circa 8/1000 di millimetro. In realtà le sue dimensioni saranno un pochino più piccole in quanto ogni pixel è separato dal vicino da uno spazio cieco (blind space).
Si può ben comprendere quale capacità di risoluzione debba avere l'obbiettivo.
Immaginarsi se queste dimensioni vengono più che dimezzate !

Per ottenere la stessa qualità da sensori più piccoli ( costituiti da pixel estremamente piccoli) sarebbe necessaria un ottica in grado di "proiettare" sul sensore anche i dettagli più minuti.
E' facilmente comprensibile come questo comporterebbe la progettazione di ottiche di altissima qualità e, quindi, assai costose. Viceversa, come tutti sanno, i sensori più piccoli sono impiegati nelle fotocamere digitali compatte, meno costose delle Reflex e destinate ad un pubblico di fotoamatori meno attento alla qualità e più sensibile ad altre caratteristiche (dimensioni, leggerezza, ecc.) .
Tuttavia, anche se l'ottica è di buona qualità, le minori dimensioni di ciascuna cellula che costituisce il pixel implica una minore sensibilità alla luce ricevuta. Ciò costringe ad una maggiore amplificazione del segnale elettrico (non della proiezione ottica) che comporta un decadimento della qualità dell'immagine : resta tuttavia vero che l'ottenimento di immagini di maggiori dimensioni constringe ad una maggiore amplificazione del segnale e, quindi, ad un maggiore decadimento della stessa.

Il numero dei pixels

E' convinzione della stragrande maggioranza dei fotografi dilettanti che il numero dei pixels di cui dispone la fotocamera sia l'elemento che determina la definizione dell'immagine : convinzione basata sul grande risalto che le case costruttrici danno a questa caratteristica.
Come si è chiarito nella parte appena comclusa ciò non è vero : ciè che più conta è la qualità dell'ottica, il sensore ed il software di elaborazione.
Si potrebbe tuttavia pensare che apparecchi che si considerano equivalenti sotto gli aspetti accennati forniscano una migliore qualità aumentando il numero dei pixel.
Si sente spesso affermare che un apparecchio da 12 megapixel ha una risoluzione doppia rispetto ad uno da sei megapixel : è una clamorosa inesattezza !
Come precisato in altra parte del corso, la risoluzione è data dal numero di pixel presenti su una stessa riga e non dal loro numero complessivo.
Così se, ad esempio, un sensore da sei megapixels (formato 3 : 2) disporrà di 3000 x 2000 pixel ed un altro da 12 megapixel, di uguali dimensioni, avrà 4000 x 2666 pixelx.
Appare evidente che la risoluzione del secondo ha una risoluzione, rispetto al primo, superiore del 33% e non doppia (100%).
Infatti il rapporto è dato da 4000 : 2666 = 1, 42; un 42% in più.
Ove il formato fosse 4 : 3, tipico delle compatte e bridge, il sensore da 6 megapixel avrebbe 42828 x2121 pixel, mentre quello da 12 megapixel disporrebbe di 4000 x 3000 pixel.
La risoluzione, anche in questo caso, aumenterebbe di circa il 42% ( 4000 : 2828 = 1,414) Più in generale si può dire che l'incremento della risoluzione è dato dalla radice quadrata del rapporto esistente tra il numero complessivo di pixels : 12 : 6 = 2. Radice quadrata di 2 = 1,42.
Analogamente se si vuole passare da 6 a 10 megapixel l'aumento della risoluzione sarebbe pari alla radice quadrata di 1,66 = 1,288 (29% e non 66%).

Vi sono poi almeno altre 2 ulteriori considerazioni da fare circa il beneficio effettivo:
1) la dimensione della cellula che sul sensore costituisce il singolo pixel. Aumentando il numero dei pixels lasciando invariata la dimensione del sensore ciascuna cellula diviene più piccola e, quindi in grado di ricevere meno luce; ciò determina la necessità di amplificare maggiormente il segnale elettrico generato dal sensore con gli effetti sopra considerati.
2) una cellula più piccola non è in grado di ricevere il cerchio che riproduce un punto della ripresa che non si trovi sul piano di messa a fuoco.
Il cerchio massimo ammissibile per considerare un punto riprodotto come "sufficientemente nitido"( circolo di confusione) è dato dalle caratteristiche dell'ottica, ma corrisponde, in una reflex, a circa 2/100 di mm.
In un sensore da 6 megapixel la singola cellula del sensore ha, approssimativamente tale dimensione.
Aumentando il numero dei pixel, ma lasciando invariate le dimensioni del sensore, la singola cellula risulterà sensibilmente più piccola del circolo di confusione. Ogni punto non collocato sul pano di messa fuoco verrà quindi ad eccitare cellule prossime sulle quali convergono circoli generati da altri punti prossimi.
Tale fatto, evidentemente, non può non avere una influenza negativa sulla qualità effettiva dell'immagine. Analogo discorso vale per le compatte e le bridge anche se le loro ottiche sono caratterizzate da circoli di confusione assai più piccoli : infatti anche le singole cellule hanno dimensioni assai inferiori avendo sensori di dimensioni assai più ridotte di una qualsiasi Reflex.
CONCLUSIONE: non è tutto oro quel che luccica.
Un maggior numero di pixel dovrebbe accompagnarsi a maggiori dimensioni del sensore : un reflex full frame ha un sensore di 36 x 24 mm. : stesso formato della tradizionale pellicola formato "leica".

Indice	Le vostre domande