Oggi miei cari affronteremo un tema a dir poco fondamentale per tutto il mondo fotografico, parleremo dell'elemento simbolo del passaggio tra la fotografia analogica e quella digitale: il sensore fotografico.
Analizzeremo insieme importanti argomenti come:
- Le principali caratteristiche del sensore cmos e del sensore ccd.
- L'importanza delle dimensioni del sensore fotografico.
- Cosa sono i megapixel.
- e molto altro.
Che tu possegga una compatta o una reflex direi che non puoi assolutamente perderti quest'articolo visto che: il sensore rappresenta il cuore della tua macchina fotografica ,il centro nevralgico del sistema, il magico luogo dove la luce si trasforma e prende vita.
Vista l'importanza dell'argomento direi di interrompere i preamboli e tuffarci subito in questa avvincente sfida tra sensori fotografici, scoprendo il migliore tra: cmos vs ccd.
Il sensore fotografico
Il sensore fotografico è un dispositivo elettronico che una volta colpito dai raggi luminosi provenienti dall'obiettivo, raccoglie ed elabora tutte le informazioni relative alla luce incidente.
È quindi all'interno del sensore, che le informazioni di intensità e gamma cromatica vengono elaborate per poi essere trasferite alla Memory card.
Possiamo quindi immaginare il sensore come un grande deposito, dove la luce viene immagazzinata e impacchettata per poi essere trasferita alla scheda sd.
La quantità e la qualità della luce accumulata nel magazzino, dipendono dall'efficienza dei molti fornitori del quale si serve:
- il diaframma, aprendosi e chiudendosi, regola la quantità di luce che colpirà il sensore.
- La velocità dell'otturatore, stabilisce il tempo in cui queste informazioni vengono raccolte.
- Il valore di iso, determina quanto deve essere amplificata l'informazione della luce prima di arrivare al sensore.
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Sensore cmos vs sensore ccd
Queste due tipologie di sensori, pur essendo state entrambe inventate alla fine degli anni '60 e '70, hanno seguito un percorso di crescita nettamente differente.
Subito dopo la nascita, il sensore ccd ottenne praticamente il monopolio delle fotocamere in commercio fino agli '90, mentre il sensore cmos sembrò sparire nel nulla.
La causa principale di questo fenomeno era da ricercare nelle grande complessità di costruzione del sensore cmos, che per fattori economici ne limito fortemente l'espansione.
Cmos vs ccd: oggi è meglio il sensore cmos o il sensore ccd?
Recentemente si è assistito a un'inversione di tendenza, dato che le due tipologie di sensori praticamente si equivalgono.
Questo cambio di rotta è avvenuto, come spesso accade, per interessi puramente economici.
Il sensore cmos è ormai presente su quasi tutte le fotocamere in commercio per via:
- Dei costi minori di produzione
- Delle migliori prestazione in condizioni di luce critica
I sensori ccd, si trovano ormai nelle fotocamere medio formato, visto che la resa cromatica risulta ancora essere migliore di quella dei sensori cmos e in alcune compatte e bridge.
Come è fatto un sensore fotografico?
Uno degli sbagli che si compie più di frequente quando si parla del sensore fotografico è pensarlo come un singolo elemento che lavora per conto proprio.
Questa piccola componente, oltre ad essere formata da milioni di fotositi o pixel, è un sistema molto complesso, caratterizzato da più elementi che interagiscono tra loro.
Possiamo avere, per esempio:
- Filtro di colore come il filtro Bayer o quello Foveon
- Matrice di sensore
- Amplificatore
- Controller Digitale
- Convertitore A/D
- ..
La rappresentazione di un singolo pixel, immagina cosa sia il sensore fotografico.
Uno degli sbagli che si compie più di frequente quando si parla del sensore fotografico è pensarlo come un singolo elemento che lavora per conto proprio.
Questa piccola componente, oltre ad essere formata da milioni di fotositi o pixel, è un sistema molto complesso, caratterizzato da più elementi che interagiscono tra loro.
Possiamo avere, per esempio:
- Filtro di colore come il filtro Bayer o quello Foveon
- Matrice di sensore
- Amplificatore
- Controller Digitale
- Convertitore A/D
- ..
La rappresentazione di un singolo pixel, immagina cosa sia il sensore fotografico.
Sensore fotografico e pixel
Cerchiamo ora di capire come funziona il sensore fotografico e sopratutto come riesce a percepire ogni colore della scena inquadrata.
Quando i fotoni, che trasportano le informazioni della luce, si scontrano e interagiscono con gli elementi silicei del sensore, vengono rilasciati degli elettroni e si forma una piccola scarica elettrica.
Questo fenomeno è noto come effetto Foto elettrico.
Gli elettroni che si liberano vengono raccolti dai singoli pixel, ogni pixel ha una capacità massima di elettroni che può raccogliere.
Questo massimo è noto come piena capacità del pixel.
Un pixel può visualizzare solo un singolo colore, il colore di ciascun pixel è determinato dalla quantità e dal tipo di informazioni che raccoglie dalla luce.
Più elettroni si accumulano su un pixel, più chiaro è il corrispondente valore tonale nell'immagine.
Quindi per esempio in una fotografia:
- Un pixel bianco contiene la quantità massima di elettroni.
- Mentre un pixel nero non contiene elettroni.
- Tutti i valori compresi tra i primi due casi elencati, producono valori tonali in scala di grigio.
Il colore nei sensori fotografici
Questo processo avviene perché il sensore fotografico, non è in grado da solo di determinare il colore tramite il conteggio degli elettroni e ha bisogno di un filtro di colore.
All'interno del filtro, combinando il valore tonale del grigio ricevuto e le informazioni di colore intrinseche del filtro, viene determinato il colore finale per ciascun pixel.
Il filtro che solitamente viene usato è un filtro Bayer che prevede un pattern di pixel: rosso - verde - blu - verde.
Il verde viene usato due volte nel tentativo di imitare più da vicino la visione della vista umana, che vede questo colore meglio di tutti.
Il pattern di ripetizione di un filtro Bayer RGB. Wiki
Dimensioni sensore fotografico
Una delle classificazioni più importanti dei sensori fotografici si basa sulla loro dimensione fisica, che viene solitamente espressa in mm e con i termini di altezza e larghezza.
La dimensione universalmente riconosciuta come standard è quella equivalente al formato in dotazione nelle fotocamere a pellicola, che è di 36 mm x 24 mm.
Nelle fotocamere moderne i sensori con queste dimensioni sono montati solo nelle fotocamere professionali Full Frame.
Con la nascita della fotografia digitale, per ragioni semplicemente economiche, sono stati costruiti diversi modelli di sensore di dimensioni minore rispetto al formato standard.
Questa differenziazione dei sensori fotografici, ha portato alla nascita del fattore di crop e al termine di focale equivalente.
Come puoi notare dall'immagine sottostante, c'è una differenza enorme tra il medio formato (l’unico sensore con dimensioni superiori a quelli full frame) e gli altri formati.
Le differenze scendendo nella scala si assottigliano, ma rimangono evidenti come evidenti saranno gli effetti causati da questa diversità.
Le differenti dimensioni del sensore fotografico. Wiki
Sensore fotografico: dimensione e qualità d'immagine
Le differenti dimensioni del formato incidono in maniera evidente anche sulla qualità dell'immagine prodotta.
Come abbiamo visto, il sensore fotografico è composto da tante piccole unità di immagazzinamento luce, chiamati photosite o pixel.
Anche queste unità come i sensori, possono variare di dimensione tra i diversi modelli di fotocamere.
Ciò vuol dire che:
A parità di pixel, un sensore di dimensione minore dovrà avere dei pixel più piccoli di un sensore di dimensioni maggiori.
Ma come abbiamo visto ogni pixel ha una capienza massima di elettroni.
Quindi questo vuol dire che i pixel di dimensioni maggiori, conterranno una quantità maggiore di informazioni di luce rispetto a uno più piccolo.
Maggiori informazioni vogliono dire un maggior dettaglio della qualità di immagine e un minor rumore digitale del prodotto finale.
Un'immagine afflitta da evidente rumore digitale, quella sottile grana su tutta la superficie.
Sensore Cmos vs sensore Ccd: le differenze
Cerchiamo ora di capire come funzionano le differenti tipologie di sensore ccd e cmos.
Entrambi i tipi di sensori fotografici funzionano sulla base dell'effetto foto-elettrico di cui abbiamo parlato poc'anzi.
La differenza di acquisizione nei due sensori risiede nel sistema di lettura degli elettroni.
Quando finisce il tempo di esposizione:
- Nel sensore ccd, gli elettroni eccitati dai fotoni, migrano verso la base del sensore. Il trasferimento avviene per variazione dei voltaggi tra i vari pixel, le informazioni vengono amplificate e convertite in segnale analogico.
- Nei sensori cmos, la codifica delle informazioni generate dagli elettroni avviene direttamente sul pixel. Successivamente il segnale dei singoli fotositi viene raccolto per trasformare i dati in immagine, usando un segnale digitale.
Cosa sono i megapixel?
Una delle caratteristiche invece più sponsorizzate sul mercato è il numero di pixel totali contenuti nei sensori, questa grandezza viene generalmente espressa in megapixel (1 Megapixel = 1 milione di pixel).
Ad esempio, un sensore della fotocamera da 30 Megapixel conterrà 30 milioni di pixel al suo interno.
Ora spero non ti crolli il mondo addosso ma ti dico che:
I megapixel sono importanti, ma non come la grandezza fisica del sensore fotografico.
Più i pixel sono vicini, più gli elettroni in esso contenuti interagiscono uno con l'altro creando quel fastidioso problema noto come rumore di fondo (vedi immagine precedente).
Questo è il motivo per cui un sensore fotografico di dimensioni maggiori con meno pixel, ha una qualità d'immagine migliore di un piccolo sensore riempito di pixel, ricordatelo quando comprerai la tua fotocamera.
Se ci pensi è per questo motivo che le macchine fotografiche compatte, pur avendo tanti megapixel hanno una qualità dell'immagine nettamente inferiore a una reflex, perché il sensore è piccolissimo a confronto.
Sensore Cmos Vs Sensore Ccd: le conclusioni
Se sei arrivato fino a questo punto, dovresti ormai aver capito un bel po' di cose riguardo al sensore fotografico e alle sue potenzialità.
Tieni ben presente tutto quello che hai imparato e non dimenticarti mai delle tue esigenze fotografiche:
- Se per esempio, hai necessità di un'altissima definizione delle tue fotografie, magari per delle grosse stampe o pensi di effettuare dei grossi ritagli in post produzione, potrebbe avere senso comprare una fotocamera con sensore standard.
- Ma se il tuo massimo utilizzo della fotocamera, consiste nello scattare delle semplici fotografie da condividere con gli amici, non ha senso spendere tanti soldi per un corpo macchina professionale. Piuttosto compra un paio di lenti ottiche e sicuramente ti divertirai di più in fase di scatto.
Ad ogni modo, quando pensi al sensore fotografico, immagina che sia una vela su una bellissima barca bianca e che la luce sia il vento che la sospinge e ricorda che:
Più grande sarà la vela, maggiore sarà la superficie che il vento potrà sfruttare per migliorare la tua navigazione.
Grazie per la bellissima delucidazione. Molto interessante e sopratutto utile.
Ciao Fabrizio grazie a te,
sono contento che l’articolo ti sia servito, ripassa a trovarci.
Buon giornata.
Simone