Sensore in fotografia: dimensioni e qualità dell’immagine

Una fotocamera digitale è una fotocamera che utilizza, al posto della pellicola fotosensibile, un sensore digitale in grado di catturare l’immagine e trasformarla in un segnale elettrico. La selezione delle impostazioni per fare una fotografia (ISO, velocità dell’otturatore, diaframma) e gli attributi della qualità dell’immagine (gamma dinamica, rumore, profondità di bit) sono impossibili da comprendere senza capire il funzionamento del sensore nella fotocamera.

 

Cos’è un sensore per fotocamera?

Il sensore di una fotocamera, noto anche come sensore d’ immagine, è un dispositivo elettronico che raccoglie le informazioni luminose, costituite da colore e intensità dopo il passaggio attraverso l’apertura dell’obiettivo (diaframma), per una certa velocita (tempo di esposizione).

Tipi: Sensori CCD e CMOS

Esistono due tipi comuni di sensori digitali: i sensori CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) e sensori CCD (Charge-Coupled Device). Il sensore CMOS si trova in quasi tutte le moderne fotocamere digitali a causa delle migliori prestazioni, in particolare in condizioni di scarsa illuminazione, e per il costo inferiore. I sensori CMOS differiscono per dimensione (ampiezza dell’area per l’acquisizione delle informazioni luminose) e per numero di pixel che raccolgono le informazioni sulla luce.

Cos’è un pixel in fotografia?

Il sensore della fotocamera è una griglia rettangolare contenente milioni di minuscoli pixel quadrati. Un pixel è l’unità minima convenzionale della superficie di un’immagine digitale. Il termine Pixel è la contrazione di “picture element”, cioè “elemento dell’ immagine”. Il sensore è composto da milioni di pixel, e ogni pixel è composto da una microlente e da un elemento elettrico che trasforma la luce in segnale digitale.

Poiché le informazioni sul colore non possono essere determinate direttamente dal numero di elettroni in ciascun pozzetto di pixel, un filtro di colore viene posizionato su ciascun pixel. La maggior parte dei sensori CMOS utilizza un filtro Bayer, che assomiglia a una trapunta di schermi rossi, verdi e blu (vedi immagine sopra).

Ogni pixel viene, pertanto, coperto da un filtro colorato, rosso, verde o blu. Il colore di ciascun pixel è determinato dal colore della luce (frequenza dell’onda luminosa) che passa attraverso questo filtro. Il filtro Bayer è composto di filtri pixel 50% verdi, 25% rossi e 25% blu, perché nell’occhio umano, la luminosità percepita del verde è maggiore di quella del rosso o del blu. Ogni pixel può solo raccogliere le informazioni sul colore primario del filtro rosso, verde o blu assegnato. Usando queste informazioni e una serie di algoritmi e interpolazioni, la fotocamera determina il colore di ciascun pixel contenuto nella griglia del sensore. La precisione e l’accuratezza con cui queste informazioni vengono comunicate e visualizzate nell’immagine finale sono determinate dalla profondità di bit.

Profondità di Bit

Un bit è la più piccola unità di dati conosciuta e, nell’accezione di cifra binaria (“binary digit”) può avere solo due valori: “0” oppure “1”, “bianco” o “nero”. La profondità bit si riferisce alle informazioni sul colore memorizzate in un’immagine. Maggiore è la profondità di bit di un’immagine, maggiore è il numero di colori che può memorizzare. L’immagine più semplice, un’immagine a 1 bit, può mostrare solo due colori, bianco e nero. Un’immagine a 8 bit può memorizzare 256 possibili colori, mentre un’immagine a 24 bit può visualizzare oltre 16 milioni di colori e così via. All’aumentare della profondità di bit, la dimensione del file dell’immagine aumenta, perché è necessario memorizzare più informazioni sul colore per ciascun pixel nell’immagine.

Più mega pixel più qualità di immagine?

Si potrebbe pensare che il modo migliore per avere delle immagini di alta qualità sia riempire il sensore di più fotodiodi (pixel) possibili. Il marketing delle case che vendono fotocamere spinge il consumatore a pensare questo, dando sempre un grande risalto al numero di pixel dei nuovi modelli in commercio. Tuttavia, spesso il numero di pixel su un sensore viene incrementato a scapito delle dimensioni dello stesso, ovvero riducendo la dimensione del pixel stesso. Più i fotodiodi sono piccoli, meno saranno capaci di catturare la luce, generando molto più rumore digitale. Meglio allora sempre un sensore più grande, rispetto al parametro del numero di pixel.

Dimensioni del sensore

La dimensione del sensore determina la quantità di luce che la fotocamera utilizza per creare un’immagine. In termini molto semplici, i sensori fotografici sono formati da milioni di punti sensibili alla luce (fotositi) che servono per registrare le informazioni di ciò che viene visto attraverso l’obiettivo. Pertanto, è ovvio che un sensore più grande possa ottenere più informazioni di uno più piccolo e produrre immagini migliori. La dimensione del sensore è, pertanto, un parametro fondamentale da guardare quando si acquista una fotocamera in quanto incide sulla qualità dell’immagine, sulla profondità di campo, sulla quantità di rumore e sulla lunghezza focale delle lenti. I sensori sono, per convenzione, misurati in pollici.

Dimensione sensore e qualità dell’immagine

Più il sensore digitale è grande, migliore sarà la qualità dell’immagine. Questo dipende dal fatto che sensori grandi hanno la possibilità di usare fotodiodi più grandi, che producono molto meno rumore digitale. Inoltre, consentono la cattura di una grande gamma dinamica dell’immagine, ovvero dell’intervallo di sfumature dal bianco puro al nero pieno che un sensore è in grado di registrare. Tuttavia i sensori grandi hanno un costo maggiore. Come potete vedere nell’immagine sopra, la differenza fra un sensore APC e un sensore full frame è minima. La differenza tra i due tipi di sensori è dettata molto più dal marketing fotografico, che da un divario tale da giustificare un cambio di attrezzatura. Diverso, in termini di dimensioni, sarebbe il passaggio al Medio Formato.

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