#164 – Il sensore fotografico

#164 – Il sensore fotografico

 
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Catturare la luce e memorizzarla su una scheda di memoria non è affatto semplice e soprattutto è un lavoro molto stressante in fatto di trasmissione di dati.

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Ciao a tutti e bentornati all’ascolto di Pillole di Bit, questa è la puntata 164 e io sono, come sempre, Francesco.

Inizio con un errata corrige. nella puntata scorsa ho dato i prezzi dell’hosting su cui è appoggiato pillole di bit e li ho dati completamente errati. 
Il pacchetto tutto incluso costa 50€ all’anno più IVA compreso di nome a dominio, quindi per un totale di 61€, basta, non ci sono altre spese. Scusate per le informazioni errate.

Più di 160 puntate e non ho mai parlato di fotografia, ho parlato mille anni fa, con Alex, del podcast cugino, Technopillz, che se non ascoltate, beh, dovreste, del formato JPG nella puntata 23.
Ma non ho mai parlato di come si compone uno scatto fotografico, come si salva su una memoria e tutte le altre mille sfaccettature della fotografia digitale. Andiamo per gradi e parliamo del sensore fotografico.
Qui ci va una enorme, enormissima, introduzione di fisica, come in altre decine e decine di puntate di questo podcast, purtroppo io non sono un fisico e vi dovrete accontentare di un po’ di nozioni all’acqua di rose.
La fotografia è fermare la luce in un determinato istante, quindi l’ingrediente unico e fondamentale per la fotografia è la luce, senza luce non esiste fotografia.
Come si cattura la luce?
Si cerca di imprigionare l’attimo desiderato su una superficie sensibile, che possa rimanere impressionato e memorizzi esattamente quell’attimo lì.
Prima del digitale c’era la pellicola, che, tenuta sempre al buio, veniva esposta, per pochi istanti alla luce e ne memorizzava forme e composizioni, dando così vita, dopo sviluppo e stampa, alla fotografia. Con il digitale le cose sono cambiate parecchio, ma la meccanica è rimasta la stessa.
C’è una superficie sensibile alla luce che resta al buio, queste viene esposta alla luce per un determinato tempo e memorizza il fascio di luce che la colpisce, con informazioni del colore e delle forme, poi torna al buio.
La luce, quella che noi vediamo arrivare dal sole, la luce più bella di tutte, è composta, contemporaneamente da onde elettromagnetiche che coprono tutto lo spettro visibile, per questo noi la vediamo bianca.
Un tale che tutti conosciamo per la questione di una mela, Newton, scoprì questa bellissima cosa usando un prisma, riuscì a scomporre la luce in tutti i suoi colori.
Quindi, se la pellicola memorizza, lo dico per semplicità, le immagini in piccoli grani di argento, come fa il sensore?
E’ un po’ più complicato.
Il sensore è un rilevatore di luminosità molto elaborato.
Immaginiamo di avere un sensore molto grezzo, lui vede solo quanta luce bianca c’è in un solo punto, più luce c’è, più restituisce un segnale analogico forte, che poi viene convertito da un ADC, convertitore analogico digitale, in un segnale digitale a 14 bit, quindi un valore tra 0 e 16384, dove 0 è buio e 16384 è pieno sole.
Ricordate, che ci torneremo, i bit sono 14 e non 8 come il JPG, non sembra, ma questa cosa farà molta differenza, ma ne parleremo in seguito.
Di un puntino bianco ce ne facciamo poco, a noi servono le informazioni dei colori.
Allora prendiamo questo sensore e lo dividiamo in tre.
In informatica, il colore viene sempre diviso in 3 colori fondamentali, RGB, Red, Rosso, Green, Verde e Blu, per fare questo ai tre sensori, che continuano a leggere una luce incolore, applichiamo un filtro colorato.
Li sottoponiamo al fascio di luce ed ecco che otteniamo tre valori di rosso, verde e blu, con una profondità di 14 bit, quindi 16384 valori ciascuno, che ci aiuteranno a comporre non solo l’intensità del fascio colorato, ma anche di che colore è, ricomponendo i tre colori.
La magia, passatemi il termine, è questa: se il sensore legge la luce non colorata, ma io la filtro, il sensore leggerà solo la parte di luce che passerà attraverso il filtro, quindi, se metto un filtro rosso, il sensore mi dirà quanta luce rossa sta vedendo in quel momento.
Se adesso prendiamo una superficie abbastanza estesa, come ad esempio la superficie di una pellicola, quindi 24x36mm e la tappezziamo di questi piccoli, piccolissimi sensori di lunminosità, le cose iniziano ad essere interessanti.
Abbiamo ottenuto la stessa superficie di una pellicola con del materiale fotosensibile, tanto materiale fotosensibile, talmente tanto, che lo si conta in Megapixel, milioni di Pixel.
Un sensore di questa dimensione è detto full-frame e la Canon 5D Mark 4, ad esempio, ha 30,4 Mega Pixel sul sensore, quindi più di 30 milioni di piccoli sensorini che catturano la luce.
Una piccola nota, di solito questi sensori sono disposti sulla superficie che cattura la luce in una griglia ortogonale e il rapporto è che per ogni pixel rosso e ogni pixel blu ci sono due pixel verdi, perché alla sensibilità dei nostri occhi questa cosa piace molto di più.
Quindi cosa succede quando voglio fare la fotografia?
La tendina si apre, la luce passa, ogni sensorino viene colpito da una certa quantità di luce, questa luce viene tradotta in un segnale elettrico, che viene poi convertito in un segnale digitale e viene memorizzato in un file sulla scheda di memoria della macchina fotografica.
Tutto questo in una frazione di secondo.
Nelle pellicole c’era l’ISO, che indicava la sensibilità della pellicola alla luce. Le si comprava ISO 200, 400 o 800, le si montava e si sapeva che tutta la pellicola aveva quella sensibilità. 
Più l’ISO era alto, più la pellicola era sensibile alla luce.
Se in macchina c’era una ISO 800 per fare le foto di interni e c’era una bella giornata di sole, pazienza, le foto al sole non si potevano fare, perché si rischiava di ottenere le foto bruciate per la troppa luce
Con la digitale, l’ISO si cambia ad ogni scatto, pazzesco, comodissimo. Ma cosa vuol dire modificare l’ISO?
Faccio un esempio con l’audio.
Ho un file MP3 ben registrato, faccio play e lo sento bene, non ho bisogno di alzare il volume, sono felice. Questo è l’ISO 100 in una bella giornata di sole.
E se mi passano una registrazione fatta con un volume bassissimo? Come posso fare per riuscire a sentirla in modo accettabile?
E’ semplice: alzo il volume dell’impianto stereo.
La sento, ma sento anche un sacco di rumore di fondo, di norma come rumore bianco o fruscio.
Ecco, questo potrebbe essere una foto di sera tardi con iso 3200.
Nel sensore, visto che ogni pixel rileva quanta luce lo colpisce e ne restituisce un segnale analogico, posso agire con un analogo del pomello del volume e amplificare il segnale.
Questo mi permette di avere un segnale elettrico più alto anche se c’è poca luce e quindi far finta che ci sia più luce.
Il costo di questa amplificazione forzata è il rumore che introduco, che si trasforma nella foto in disturbo sotto forma di puntini che nella realtà non ci sono.
I dati analogici, convertiti in digitale non sono pochi, facendo due conti, sempre sulla Canon 5D da 30 mega pixel, abbiamo 30 milioni di pixel che scrivono 14 bit ciascuno, facendo un rapido conto siamo a 52 Megabyte da scrivere sulla scheda per ogni scatto.
Vi renderete conto che la capacità di calcolo della macchina fotografica deve essere elevata e soprattutto la velocità di scrittura della memoria flash su cui vengono memorizzate le immagini deve essere di un certo pregio.
Se voglio fare una raffica di scatti a piena risoluzione, senza compressione in JPG, magari in pieno sole, con 10 scatti al secondo, la scheda di memoria e il processore devono poter elaborare e scrivere quasi mezzo giga al secondo, non è proprio una banalità.
I sensori non sono solo grandi come le vecchie pellicole, possono essere più grandi, come i medio formato delle hasselblad o più piccoli, come il formato APSC delle reflex più economiche oppure molto più piccoli, come quelli che abbiamo negli smartphone.
Superficie più piccola vuol dire pixel più vicini tra di loro, meno luce catturata e più disturbi tra di essi, portato all’estremo, i disturbi simili alla diafonia di cui abbiamo parlato nella puntata del vectoring, i segnali molto vicini tra di loro si danno fastidio.
Un sensore più piccolo, per effetto ottico, aumenta la profondità di campo, per questo i bellissimi sfocati che si ottengono con i grandi sensori, si possono ottenere con gli smartphone solo con foto elaborate digitalmente in un secondo tempo.
Ma avremo modo di parlarne in qualche puntata più in là.
Le immagini salvate sulle memorie senza compressione, vengono detta RAW, tradotto letteralmente crude, queste immagini permettono una quantità di elaborazioni che sulle JPG o anche sulle BPM sono inimmaginabili e impossibili, ma anche di questo parleremo. La fotografia, come le reti, è un ambito vastissimo.
Una cosa importante, da non dimenticare mai, è che la quantità di pixel in un sensore no è l’indicazione unica della qualità del sensore. CI sono sensori con meno pixel, ma che con ISO molto alti riescono a non avere rumore, oppure, che semplicemente, riescono a scattare immagini di qualità più elevata.
Per comporre una buona fotografia, inoltre, il sensore non è l’unico componente in gioco, c’è anche la qualità della lente che convoglia la luce su di esso e l’occhio del fotografo che sa cosa inquadrare e come, queste due componenti sono altrettanto importanti.
Ma Pillole di Bit non è un podcast di fotografia e per oggi ci fermiamo qui.
I contatti
Tutte le informazioni per contattarmi, sostenere il podcast, compresi tutti i link di cui ho parlato in puntata li trovate su www.pilloledib.it
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Grazie a chi ha contribuito!

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Da qualche tempo, se andate a cercare nel sito, nel menu Informazioni, c’è una nuova pagina, che si chiama Indice delle puntate, lì trovate tutta la lista delle puntate in ordine cronologico inverso, magari vi è più comodo se stavate cercando qualcosa di specifico oppure, se non sapete cosa ascoltare, per farvi ispirare da uno dei titoli.


Il tip

Questo tip non c’entra nulla con la fotografia e con i bit, è più una curiosità, data dal fatto che già passano un sacco di ambulanze sotto casa, ma ultimamente ne passano di più, per ovvi motivi.
Avete mai fatto caso che sul tetto di ogni ambulanza c’è un numero, scritto bello grande?
Quel numero non serve per identificarle in un grande parcheggio, ma ha una sua funziona in servizio, soprattutto se il mezzo ha un supporto aereo da parte dell’elisoccorso.
Il numero stampato è la sigla radio alla quale il mezzo risponde, un po’ come il numero di telefono, quando l’ambulanza esce su un servizio e ha in supporto l’elicottero, il numero della radio viene comunicato all’elicottero in modo che posso trovare l’ambulanza dall’alto e che possa mettersi in comunicazione direttamente con lei e non con altri mezzi di soccorso che potrebbero essere, per altri servizi, in quella zona.

Bene è proprio tutto, non mi resta che salutarvi e darvi appuntamento alla prossima puntata,come al solito il lunedì mattina.

Ciao!