Matteo Basei

Una collezione di piccoli programmi realizzati a scopo didattico.

Appunti fotografici alcune note sulla fotografia digitale

Nell'analogia occhio - macchina fotografica il sensore corrisponde alla retina e sostituisce la pellicola delle vecchie macchine fotografiche analogiche.

Dimensione del sensore

A parità di qualità di costruzione più il sensore è grande e più svolgerà bene il proprio lavoro. Riducendo la dimensione infatti si riduce necessariamente la quantità di luce incidente e quindi la possibilità di ottenere immagini con maggior luminosità e minor rumore (vedi il paragrafo "Sensibilità ISO" per una spiegazione riguardo al rumore).

Alcune delle possibili dimensioni di un sensore fotografico.
Alcune delle possibili dimensioni di un sensore fotografico.

Formato

Oltre a diverse dimensioni il sensore può avere anche diversi formati (aspect ratio in inglese), cioè diversi possibili rapporti tra larghezza e altezza del sensore. I principali sono 1:1, 3:2, 4:3 e 16:9, anche se in effetti tutte le moderne macchine fotografiche con sensore full frame o APS-C hanno rapporto 3:2 e il rapporto 4:3 viene invece usato per compatte e smartphone. Il formato può essere cambiato dalle impostazioni, in questo modo però, rimanendo il sensore il medesimo, si avrà per forza di cose un taglio dell'immagine (crop) e una parte del sensore non verrà utilizzata.

Risoluzione

La risoluzione è il numero di pixel, indicano normalmente in megapixel (milioni di pixel). Un sensore con formato 4:3 potrebbe ad esempio avere una risoluzione di 4000 x 3000 pixel che corrisponde a 12 megapixel. Avere più megapixel ci permette di tagliare di più senza perdere qualità nel caso avessimo sbagliato la composizione della foto. Inoltre ci permette di stampare, se la cosa ci interessa, in formati più grandi.

Occhio però che con una composizione corretta ci ritroviamo sistematicamente con risoluzioni molto più alte del necessario e spesso si sottovalutano le controindicazioni di sensori con molti megapixel. A parità di dimensione e qualità del sensore, infatti, un sensore con risoluzione maggiore ripartirà la stessa quantità di luce su più pixel, sarà quindi meno luminoso e più rumoroso. Ricordiamoci che un monitor full HD ha risoluzione 1920 x 1080 e che probabilmente non dovremo stampare dei cartelloni pubblicitari con le nostre foto.

DPI e PPI

Piccola parentesi in relazione alla risoluzione di un'immagine. Diffidate da chi parla (e non sono in pochi), riferendosi ad un'immagine digitale, di DPI (dot per inch) per riferirsi ad un'ipotetica qualità dell'immagine digitale. I DPI hanno senso solo quando si riproduce fisicamente l'immagine, essendo per definizione il rapporto tra il numero di punti e la dimensione fisica dell'immagine riprodotta. Quindi non sono una caratteristica dell'immagine digitale in sé, ma dipendono da come essa viene riprodotta. Questo errore comune deriva dal fatto che nelle immagini digitali è effettivamente possibile memorizzare un valore per i DPI, ma questo valore è puramente indicativo (come riferimento per l'utilizzo che se ne vuole fare) oppure riguarda informazioni sull'acquisizione nel caso di immagini acquisite tramite scansione.

A rigore c'è poi un'ulteriore errore di terminologia. Quasi sempre quando sentite parlare di DPI ci si stà in realtà riferendo ai PPI (pixel per inch), pixel per pollice. I DPI dovrebbero riferirsi invece ai punti per pollice, intesi come punti fisicamente stampanti, che per ragioni tecniche riguardanti la stampa sono maggiori dei PPI. Quindi parlare di DPI non sarebbe comunque corretto nemmeno quando si parla di immagini a video e, quando si parla di stampe, viene spesso fatto in modo errato. In ogni caso parlarne per un'immagine digitale di per se stessa non ha senso.

Bit per pixel

Sfatati i falsi miti di DPI e PPI, oltre alla risoluzione l'unica altra caratteristica che riguarda la qualità di un'immagine digitale sono i bit per pixel (escludendo questioni legate alla compressione, vedi paragrafo successivo). I bit per pixel sono il numero di cifre binarie che rappresentano la quantità di luce incidente su un pixel. Ad esempio con 8 bit si ha un numero da 0 a 11111111, quindi in decimale da 0 a 255. I formati raw delle macchine fotografiche hanno più dei canonici 24 bit per pixel che sono più che sufficienti all'archiviazione di immagini al solo scopo di riprodurle. Questo è il principale motivo per cui un'immagine salvata in formato raw permette maggiore libertà di modifica (per approfondire questa questione vedi anche la pagina dedicata al mio programma di editing Raw Cooker).

Compressione

Pur non essendo un argomento strettamente inerente alla fotografia è buona cosa conoscerne almeno alcune caratteristiche visto che è una argomento fondamentale nell'archiviazione di immagini digitali, e qui di fotografia digitale si sta parlando. Esistono due tipi di compressione: con o senza perdita di informazioni. Il secondo caso, chiamato compressione lossless (appunto senza perdite) è concettualmente equivalente a salvare l'immagine senza alcun tipo di compressione per poi comprimere il file successivamente, ad esempio nel noto formato ZIP. Nel primo caso si utilizzano invece algoritmi strettamente legati al fatto che il file da comprimere è un'immagine, ad esempio memorizzando i pixel limitrofi con colori simili come se fossero dello stesso colore o altre tecniche più avanzate. In questo modo si ha per forza di cose una perdità di informazioni (ad esempio, salvare ripetutamente un file comporta una graduale e progressiva perdita di qualità), ma utilizzando questa tecnica con la dovuta parsimonia si possono ottenere alte compressioni senza avere perdite di qualità percettibili.

Sensibilità ISO

In base a quanta tensione viene data al sensore si può variare la sua sensibilità e quindi la luminosità della foto risultante. In base alla dimensione e alla qualità del sensore sopra una certa soglia il rumore inizia però a diventare rilevante.

Differenti livelli di rumore variando la sensibilità del sensore.
Differenti livelli di rumore variando la sensibilità del sensore.

Cos’è il rumore? Immagina di alzare il volume di uno stereo. Sopra un certa soglia inizierà a sentirsi un fruscio nei momenti di silenzio (ad esempio all'inizio e alla fine di una traccia). In pratica stiamo amplificando così tanto da esaltare il rumore di fondo inevitabilmente presente (nei cavi, nei vari componenti elettrici e nella sorgente stessa). In questo caso il segnale non è sonoro, ma luminoso, ma il concetto è lo stesso.

In fotografia viene comunemente utilizzato il termine ISO come se fosse un'unità di misura della sensibilità del sensore. La cosa, per chi conosce il termine ISO ed è abituato a vederlo nei più svariati campi, può sembrare abbastanza strana. ISO è infatti una sigla che sta semplicemente per International Organization for Standardization. Tra le varie cose standardizzate c'è anche il modo di misurare la sensibilità dei sensori fotografici, in questo caso particolare con lo standard ISO 12232:2006.

Tempo di esposizione

Nell'analogia occhio - macchina fotografica l'otturatore corrisponde alla palpebra. Il tempo di esposizione corrisponde al tempo in cui l'otturatore rimane aperto quando scattiamo. Si misura in secondi e di solito viene indicato con un rapporto (1/4 s, 1/8 s, eccetera). Aumentando il tempo di esposizione si aumenta la luminosità della foto risultante, ma si aumenta anche il cosiddetto mosso, vale a dire una diminuzione di nitidezza dovuto alle eventuali vibrazioni della fotocamera o all'eventuale movimento dei soggetti.

Avendo a disposizione un cavalletto e fotografando oggetti perfettamente fermi possiamo aumentare a piacimento il tempo di esposizione per aumentare la luminosità, in tutti gli altri casi è necessario trovare un compromesso.

Lunghezza focale

La lunghezza focale è la distanza, in mm, tra il centro ottico dell'obiettivo e il sensore. Aumentando la lunghezza focale riduciamo l'angolo di campo e diminuiamo la distorsione a barile. Facendo tendere ad infinito la lunghezza focale la distorsione tende a zero, e il risultato tende quindi ad una proiezione ortogonale.

Stessa dimensione del soggetto in foto con differente lunghezza focale (rispettivamente 10 e 37 mm), ottenuta variando la distanza dal soggetto. Per gentile concessione di Carlo Maria Busato.
Stessa dimensione del soggetto in foto con differente lunghezza focale (rispettivamente 10 e 37 mm), ottenuta variando la distanza dal soggetto. Per gentile concessione di Carlo Maria Busato.

La variazione di distorsione può essere evidenziata chiaramente aumentando la distanza dal soggetto mano a mano che aumentiamo la lunghezza focale, in modo da compensare la riduzione dell'angolo di campo mantenendo quindi la stessa dimensione del soggetto in foto.

Rapporto focale

Se l'otturatore è la palpebra, il diaframma è l'iride. È collocato idealmente in corrispondenza del centro ottico dell'obiettivo, quindi la sua distanza dal sensore corrisponde alla lunghezza focale. Si apre e si chiude per aumentare e diminuire la quantità di luce in ingresso e quindi la luminosità della foto risultante, può quindi essere regolato in modo da mantenere bassa la sensibilità ISO e/o il tempo di esposizione per evitare rumore e mosso.

Il parametro regolabile dal fotografo non è però direttamente il diametro di apertura del diaframma in mm, ma il rapporto focale, cioè il rapporto tra la lunghezza focale (in mm) e il diametro di apertura (in mm).

Il motivo di ciò è dare la possibilità al fotografo di variare la lunghezza focale mantenendo la medesima esposizione. La macchina fotografica per mantenere il rapporto focale impostato varia l'apertura del diaframma quando il fotografo regola la lunghezza focale. In questo modo il cono di luce incidente resta il medesimo.

Mantenere il medesimo rapporto focale variando la lunghezza focale equivale a mantenere costante l'esposizione. Per farlo viene variata l'apertura del diaframma.
Mantenere il medesimo rapporto focale variando la lunghezza focale equivale a mantenere costante l'esposizione. Per farlo viene variata l'apertura del diaframma.

Essendo il rapporto tra due lunghezze in mm il rapporto focale è una grandezza adimensionale. Viene indicato con un f/x dove x è il valore del rapporto. I valori tipici possono variare tra f/1.8 a f/11. Con una lunghezza focale di 28 mm questi valori indicano quindi aperture del diaframma da circa 15,5 mm a circa 2,5 mm.

Profondità di campo

Il piano di fuoco è il piano in cui le immagini appaiono nitide.

La profondità di campo è la distanza totale, di fronte e dietro il piano di fuoco, entro la quale le immagini rimangono comunque sufficientemente nitide. In pratica è la profondità del volume intorno al piano di fuoco in cui la sfocatura è impercettibile all'occhio.

La profondità di campo varia in base a:

Riepilogo

Concludo con una tabellina riepilogativa, utile come rapido promemoria, dei quattro principali parametri regolabili dal fotografo con le relative grandezze da essi influenzate.

$\pm$ sensibilità ISO $\pm$ esposizione
$\pm$ rumore
$\pm$ tempo di esposizione $\pm$ esposizione
$\pm$ mosso
$\pm$ lunghezza focale $\mp$ angolo di campo
$\mp$ distorsione a barile
$\pm$ rapporto focale $\mp$ esposizione
$\pm$ profondità di campo