CORSO DI FOTOGRAFIA

Lezione 9 Il Sensore

9. IL SENSORE

Il sensore è il cuore della fotocamera digitale. E’ l’elemento sensibile alla luce. 

E’ uno strumento elettronico composto da una serie di sensori veri e propri che catturano la luce, chiamati fotodiodi. I fotodiodi si trovano alla fine di una struttura complessa e piccolissima, composta da un filtro contro i raggi infrarossi, un filtro anti aliasing, delle micro lenti ed il filtro di Bayer. 

Il sensore è costruito come una griglia bucata dove ad ogni buco corrisponde un fotodiodo.

Quando si scatta una foto con una macchina digitale, il sensore campiona la luce e la converte in segnali elettrici. I segnali luminosi sono molto deboli, e devono essere amplificati prima di essere inviati ad un convertitore analogico/digitale (A/D) che trasforma i segnali in numeri.

Questi numeri vengono poi passati a un computer interno alla fotocamera (detto processore) per l’elaborazione dei dati. Una volta che esso ha calcolato l’immagine finale, i dati della nuova immagine sono archiviati in una memory card. 

Il sensore cattura solo la luce, senza il colore. Per determinare il colore c’è bisogno di un filtro, che viene posto sopra il sensore ed è detto filtro di Bayer. Esso è una griglia a scacchi rossi verdi e blu. 

Ogni pixel è il risultato dell’interpolazione di almeno 3 fotodiodi, per ottenere i colori RGB. Questo processo è detto demosaicizzazione. Non c’è una relazione diretta tra pixel e fotodiodi, nel senso che ad un fotodiodo non corrisponde un pixel.

Il sensore ha una sensibilità alla luce, che si misura in ISO. Più è grande il sensore (più sono grandi i fotodiodi), più è sensibile e migliori sono le foto che riesce a creare e minore sarà la quantità di rumore digitale.

church of santorini and blue and white dome

Dunque un sensore Full Frame (36x24mm) è migliore di uno APSC (28x18mm) o di un sensore di una compatta da un pollice (13x8mm) o di un 4/3 (17x13mm) e così via. Nello schema possiamo vedere le differenze di dimensioni tra sensori e capire dunque perché un sensore è più performante di un altro solo guardando appunto la loro grandezza. Capirete che un full frame paragonato agli altri è un vero gigante.

Infatti più saranno grandi le celle fotosensibili, più il sensore risulterà sensibile alla luce e performante.

La sua sensibilità ha una gamma lineare, al doppio dell’intensità luminosa corrisponde un immagine il doppio più chiara. Per capirci meglio, l’occhio ha una gamma logaritmica, al doppio dell’intensità non corrisponde un’immagina il doppio più chiara.

I sensori più comuni sono: 

• CCD (charge-coupled device)
• CMOS (Complementary metal oxide semiconductor) 
• Foveon

La differenza sta nella costruzione delle celle fotosensibili e nella produzione del colore tramite il filtro.

• Nel sensore CCD ogni cella fotosensibile è costituita da un fotodiodo e da un condensatore, l’amplificatore e il convertitore A/D sono esterni alla cella.
• Nel sensore CMOS ogni cella fotosensibile contiene al suo interno il fotodiodo l’amplificatore ed il convertitore A/D.
• Il sensore Foveon si distingue per un diverso sistema di costruzione del colore, non ha un filtro di bayer a scacchi ma ha 3 filtri sovrapposti, uno rosso uno verde ed uno blu. Si ha una superficie sensibile maggiore, per ogni colore si ha il 100% della superficie a differenza del 25% dei sensori CCD e CMOS.

Il sensore si trova sul piano focale ed segnato sul corpo macchina.

Il sensore in una certa misura determina la qualità dell’immagine per quanto riguarda la sua nitidezza e la comparsa del rumore digitale. Ad ISO molto alti si ha una perdita progressiva della nitidezza, le immagini vanno via via perdendo definizione.

Il rumore digitale si manifesta come artefatti luminosi o colorati che compaiono soprattutto nelle immagini scattate a basse luminosità. Il rumore aumenta a valori ISO elevati di solito sopra i 1600 ISO, ma con le fotocamere di ultima generazione il limite si sta alzando. Il rumore può essere di CROMINANZA o di LUMINANZA.

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Il rumore di LUMINANZA (anche detto grana digitale) si nota sulle parti più scure dell’immagine e si manifesta con la comparsa di una serie di artefatti, fino ad un certo limite è accettabile e viene spesso paragonato alla grana della pellicola. E’ molto più evidente nei sensori di piccole dimensioni.

Il rumore di CROMINANZA (anche detti Hot Pixel)si verifica con la comparsa di punti verdi rossi o blu, all’interno dell’immagine.

• La prima causa del rumore digitale è l’amplificazione del segnale luminoso, che amplificando il segnale pulito amplifica anche il rumore che diventa visibile e fastidioso. 
• La seconda deriva direttamente dalle prestazioni del sensore, un sensore di piccole dimensione soffre molto di rumore digitale e compare già a ISO medio bassi, rispetto ad un Full Frame o un APSC. 
• La terza causa è il riscaldamento del sensore e provoca per lo più il rumore di crominanza. Più si riscalda il sensore più crea rumore elettrico, cioè falsi segnali dovuto al calore emesso, causando rumore cromatico. Avviene soprattutto nelle lunghe esposizioni e nelle riprese notturne. 

Gli artefatti dovuti al rumore digitale si possono correggere con i software utilizzati per lo sviluppo delle immagini. Vedremo nella lezione sui software come si fa.

Il sensore è soggetto ad alcuni difetti. I più comuni sono:

• SMEAR VERTICALE si ha la comparsa di una striscia luminosa verticale sull’immagine sulle alte luci
• ALIASING si nota sui bordi delle immagini, appaiono delle scalette sulle linee oblique.
• MOIRE’ è l’effetto griglia che si ha riprendendo le texture.
• ROLLING SHUTTER si ritrova nelle riprese di movimenti o azioni veloci, i soggetti appaiono allungati e curvi.