Fotocamere digitali

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Inviato da david 13/04/2009 @ 19:12

Tags : fotocamere digitali, fotografia, digitale, high tech

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Fotografia digitale

Per fotografia digitale si intende il procedimento che consente di ottenere immagini mediante tecnologie elettroniche direttamente in forma digitale e di memorizzarle su un supporto magnetico, ottico o elettronico.

I metodi più comuni per ottenere fotografie digitali consistono nell'effettuare la scansione di un'immagine (stampata oppure sotto forma di negativo o diapositiva) con uno scanner d'immagini oppure di effettuare uno scatto con una fotocamera digitale.

Un sensore area array legge l'intera immagine, mentre un sensore linear array lavora con modalità simile a quella di uno scanner.

Fatta eccezione per alcuni modelli del tipo linear array (in fascia alta) e per le webcam (in fascia bassa), viene utilizzata una memoria digitale (di solito una memory card; i floppy disk e i CD-RW sono molto meno comuni) per memorizzare le immagini, che possono essere trasferite su PC in seguito.

La maggior parte delle macchine fotografiche digitali permettono di realizzare filmati, talvolta con sonoro. Alcune possono essere utilizzate anche come webcam, altre supportano il sistema PictBridge per connettersi direttamente alle stampanti, altre ancora possono visualizzare le fotografie direttamente sul televisore. Quasi tutte includono una porta USB o FireWire port e uno slot per memory card.

Alcune possono registrare filmati, con la limitazione della memoria disponibile. Una memory card da 1 GB può memorizzare approssimativamente un'ora di video in formato MPEG-4. I modelli più recenti possono catturare fotogrammi ad una frequenza di 30 immagini/secondo con una risoluzione di 640x480 pixel. Alcune possono registrare l'audio in stereo, ed essere comandate in remoto dal PC, e ovviamente, memorizzare i video sull'hard disk o su DVD tramite il masterizzatore.

Nei paragrafi che seguono la discussione verterà primariamente sulla fotografia digitale come prodotto di riprese con fotocamera digitale.

La qualità di una foto digitale prodotta da una fotocamera digitale è la somma di svariati fattori, alcuni riconducibili alle macchine fotografiche reflex. Il numero di pixel (di solito indicato in megapixel, milioni di pixel) è solo uno dei fattori da considerare, sebbene sia di solito quello più marcato dalle case di produzione.

L'analisi del rapporto fra numero di pixel e qualità delle immagini è uno dei temi centrali per capire quali sono gli elementi che danno valore ad una fotocamera digitale ed alle fotografie da essa prodotte. Si cercherà dunque di dare quelle informazioni che permettono di condurre un'analisi dei fattori di qualità di un'immagine digitale.

Il numero dei pixel è un parametro che sta ad indicare la risoluzione (cioè è un indicatore del più piccolo dettaglio della scena fotografata e registrato dalla fotocamera digitale). Questo è uno dei fattori che determina la nitidezza dell'immagine.

Per valutare la qualità complessiva dell'immagine, oltre alla dimensione del dettaglio fotografabile (tanto più piccolo, quanto più grande è la risoluzione), occorre invocare numerosi altri fattori, come la fedeltà cromatica di ogni pixel (infatti il pixel contiene il valore che esprime il preciso colore del particolare elementare dell'immagine che esso rappresenta - vedi il paragrafo sulla "fedeltà cromatica-profondità colore") e la qualità delle ottiche e dei sensori.

In un'immagine digitale il numero di pixel viene calcolato semplicemente moltiplicando il numero di pixel della base dell'immagine per il numero di pixel dell'altezza. Ad esempio un'immagine di 1,92 Megapixel (equivalenti a 1.920.000 pixel) sono il risultato di un'immagine di 1600x1200 pixel. Il megapixel, letteralmente "milioni di pixel" è un multiplo del pixel (mega=1 milione), unità di misura adeguata ed utile a comprendere la quantità totale di pixel presenti nel sensore. Il valore indicato è comunque approssimativo in quanto una parte dei pixel (in genere quelli periferici del sensore) servono al processore d'immagine per avere informazioni sul tipo di esposizione (ad esempio sulla luminosità della scena) e ricoprono in pratica il ruolo di "pixel di servizio". Dunque un sensore può essere dotato di 9,2 megapixel, ma registrare immagini di 9,10 megapixel (senza approssimazione i valori potrebbero essere 9.106.944 pixel, che corrispondono ad un'immagine di 3.488 x 2.616 pixel). La maggior parte delle macchine fotografiche digitali compatte è in formato 4:3 (1600x1200, 800x600, ...). Mentre nelle reflex digitali (DSLR=Digital Single Lens Reflex) e in alcune fotocamere compatte (con obiettivo non intercambiabile) di fascia alta ("SLR-like" o anche chiamate "prosumer") si può impostare sia il formato 4:3, sia il rapporto classico 3:2 delle fotocamere a pellicola.

Un approfondimento delle caratteristiche che attribuiscono qualità ai sensori si trova nel paragrafo "Il sensore" della voce correlata fotocamera digitale.

Come anticipato sopra, occorre fare delle distinzioni concettuali fra alcuni elementi che costituiscono il sensore per analizzare alcuni fattori di qualità della fotografia digitale ed anche per capire il sistema fotografico digitale. Pertanto le descrizioni che seguono relative a photosite, elemento unitario fotosensibile (o photodetector') e pixel si ritengono necessarie per chiarire, sia la modalità di funzionamento dei vari tipi di sensori usati in fotografia digitale, sia per evitare confusione e quindi fraintendimenti sulla reale risoluzione delle immagini prodotte con i vari sensori. La risoluzione è infatti uno dei fattori più evidenziati nelle caratteristiche delle fotocamere digitali, ma dalla analisi delle caratteristiche tecniche, sia di fotocamere, sia specificamente di sensori, questa distinzione non è sempre chiaramente ed univocamente dichiarata. Nelle specifiche tecniche, probabilmente per ragioni di marketing, non distinguere pixel da photodetector consente di indicare valori numerici maggiori, fatto, questo, che forse si ritiene abbia più efficacia in termini di comunicazione commerciale.

Per comprendere i fattori che determinano la qualità delle immagini dal punto di vista del sensore occorre considerare specifici elementi tecnologici dei sensori che impongono la introduzione del concetto di "photosite" che può essere definito come "luogo di cattura del più piccolo dettaglio dell'immagine".

Il pixel è un concetto informatico, che appartiene quindi alla categoria del software e il suo contenuto informativo è un gruppo di dati che descrive le caratteristiche cromatiche del più piccolo dettaglio dell'immagine.

Mentre il "photosite" è un luogo fisico, appartenente quindi alla categoria dell'hardware. Si tratta dunque di uno spazio con uno o più elementi fotosensibili a semiconduttore che sono in grado di trasformare un flusso luminoso in una determinata quantità di cariche elettriche. Nel photosite inoltre è presente generalmente un microscopico sistema ottico che sovrasta il photodetector formato da un piccolo cristallo con forma a calotta quasi-sferica avente la funzione di catturare la maggior parte di luce possibile di quella incidente sulla superficie del sensore. Talvolta questo cristallo (o resina trasparente) è un elemento unitario colorato "R" o "G" o "B" del filtro Bayer, il cosiddetto C.F.A. (Color Filter Array).

Il photosite è inoltre la parte unitaria di un luogo più ampio che è chiamato generalmente sensore. Le caratteristiche del photosite permettono di capire, sia dal punto di vista elettrico, sia da quello ottico, il modo con cui vengono catturati i singoli elementi che formano le immagini.

La funzione dell'elemento fotosensibile (chiamato anche photodetector) è quella di trasformare un flusso luminoso in un segnale elettrico di intensità proporzionale alla intensità del flusso luminoso in quel punto. In entrambe le tecnologie (CCD e CMOS) l'elemento unitario fotosensibile riesce dunque a registrare solamente livelli di intensità di luce monocromatica.

Poiché ogni colore può essere riprodotto dalla mescolanza di tre componenti primarie della luce (rosso, verde, blu - RGB), dall'elemento unitario fotosensibile occorre ottenere un segnale elettrico relativo alla componente R o alla componente G o a quella B. Questo lo si ottiene filtrando la luce che investe l'elemento fotosensibile con filtri ottici in modo che su di esso giunga solamente la componente desiderata. Questo principio vale per tutte le tecnologie costruttive e per tutte le tipologie di sensori.

Nelle fotocamere digitali possiamo trovare sensori aventi photosite che hanno un solo photodetector, due o tre photodetector. Poiché ogni pixel, come si può comprendere nel paragrafo successivo, deve contenere informazioni, dati, su ognuna delle tre componenti primarie della luce, è evidente che se in un photosite si trova un solo photodetector, occorrerà calcolare per interpolazione cromatica i dati relativi alle due componenti mancanti; se nel photosite vi sono tre photodetector ogni componente monocromatica primaria sarà rilevata e nulla andrà calcolato.

Vi è al momento un particolare tipo di sensore il Super CCD SR a marchio Fuji che ha due photodetector specializzati in ogni photosite. Questi però non catturano due componenti cromatiche diverse, ma due intensità diverse di flusso luminoso della stessa componente cromatica. In questi sensori - dotati di Color Filter Array (C.F.A.) - l'effetto che si ottiene con una tale struttura dei photosite è quello di avere una gamma dinamica maggiore nelle immagini catturate.

Per valori numerici elevati di ogni canale cromatico, tendenti cioè al valore decimale 255, si ha la massima intensità del rispettivo colore saturo, mentre valori decimali su ogni canale tendenti a zero corrispondono a colori di ogni canale tendenti al nero. Valori numerici del singolo pixel "0 R, 0 G, 0 B" corrispondono ad un pixel rappresentante il nero; valori "255 R, 255 G, 255 B" corrispondono ad un pixel rappresentante il bianco. I dati binari del pixel RGB nel caso sopra riportato sono composti da tre byte in totale (=24 bit, il dato della profondità colore ha qui la sua origine). Questo corrisponde ad un byte per ogni canale colore. Nel caso il pixel appartenga ad un file di tipo CMYK esso sarà composto in totale da quattro byte (=32 bit, pari a un byte per ogni canale colore). Nel caso di immagini campionate a 16 bit, invece che a 8 bit, come nel caso esposto, la struttura dei dati binari del pixel prevederà la presenza di due byte (=16 bit) per ogni canale colore, così che il pixel di un file RGB sarà composto da 48 bit in totale. In altri termini si può parlare, in questo caso, di pixel per formare un'immagine con profondità colore di 48 bit.

Le caratteristiche del pixel permettono quindi, acquisendo molti pixel, di comporre i dati necessari a formare l'intera immagine per mezzo di periferiche di output come monitor, stampanti, ecc.

Come si è visto nelle periferiche di input (come le fotocamere e gli scanner) l'elemento hardware elementare di acquisizione dei dati del pixel è il photosite, mentre nelle periferiche grafiche di output, l'elemento hardware elementare, complementare al photosite, che riproduce i dati del pixel, è chiamato dot ("punto" in inglese). I dots che vanno a formare l'immagine saranno costituiti fisicamente in modo diverso a seconda che si tratti di un monitor CRT o LCD, così come sarà ancora diverso se si tratta di una stampante laser o inkjet o di qualunque altra periferica, così come diversi saranno i procedimenti di formazione del pixel e dell'immagine finale usati nei vari tipi di periferiche di output.

Nei sistemi con Color filter array (con Filtro Bayer RGB o RGB-E) - che possono essere costruiti sia in tecnologia CCD o C-MOS - ogni photosite ha un solo elemento fotosensibile e cattura una sola delle tre componenti (o R, o G, o B), in questo modo le altre componenti di ogni pixel devono essere calcolate dal processore d'immagine attraverso una procedura di interpolazione. Così il prodotto finale di una fotocamera per es. da 3,4 Megapixel è un file con 3,4 megapixel dove ogni pixel ha le tre componenti RGB, ma una è realmente catturata dall'elemento fotosensibile e due calcolate. Un approfondimento sul funzionamento di questi sensori si trova alla voce correlata RAW (immagine). Per chiarire invece le diverse modalità di interpolazione adottate in fotografia digitale si rimanda al paragrafo interpolazione della voce correlata Fotocamera digitale.

Nei sistemi invece basati su sensori FOVEON (costruiti in tecnologia CMOS) ogni photosite cattura tutte e tre le componenti RGB, dunque vi sono tre elementi fotosensibili su ogni photosite. Qui per ottenere un'immagine finale da 3,4 Megapixel occorre avere un sensore con 10,2 milioni di elementi fotosensibili collocati in 3,4 milioni di photosite, ogni photosite è composto da tre strati, su ogni strato è collocato un photodetector. Qui ogni photosite (che numericamente) corrisponderà al pixel, ha tutte e tre le componenti RGB catturate da tre elementi fotosensibili e nessuna delle tre componenti è stata stimata con una procedura di calcolo, ma la mancata distinzione fra photosite, pixel ed elemento fotosensibile genera una non immediata comprensione della risoluzione dell'immagine prodotta. Infatti se può essere vero che le immagini finali hanno una migliore resa cromatica ed una minore presenza di interferenze (come l'effetto Moiré), è altrettanto vero che 10,2 milioni di elementi fotosensibili danno origine ad una immagine con una risoluzione di 3,4 megapixel. Le specifiche tecniche del sensore FOVEON testualmente recitano: "Total number of pixel sensors in image sensor: effective Pixels: 10.2 million pixels (3.4R, 3.4G, 3.4B), 2268 columns x 1512 rows x 3 layers". Solo un tecnico con buone conoscenze nel campo della informatica grafica comprende immediatamente che con quei 10,2 megapixel si producono con FOVEON immagini da 3,4 megapixel, mentre un normale utilizzatore potrebbe essere indotto a ritenere che il sensore produca immagini con una risoluzione maggiore di quella reale. È evidente che se fosse introdotto e correttamente applicato il concetto di photosite sarebbe immediatamente chiaro che in quel sensore vi sono 3,4 milioni di photosite ognuno dei quali contiene tre elementi fotosensibili e il risultato è un file di immagine da 3,4 milioni di pixel. Solo così si ritiene possa essere attribuito al pixel la corretta accezione informatica che esso possiede, e si eviterebbe di confondere pixel con elemento fotosensibile e con photosite.

Questo accorgimento è stato studiato per consentire di ottenere immagini con una dinamica molto più elevata rispetto ad altri sensori, il che significa avere immagini con sfumature distinguibili su una maggiore estensione di luminosità rispetto ad altri sensori. L'effetto finale è che in una stessa scena si possono distinguere così contemporaneamente, sia le sfumature delle zone scure della scena ripresa, sia quelle più luminose. Con questi sensori le immagini catturate con 12 milioni di elementi fotosensibili producono immagini con una risoluzione di 6 megapixel. La Fujifilm nelle specifiche tecniche del sensore parla 12 milioni di pixel (per una risoluzione finale delle immagini di 6 megapixel), ma nelle descrizioni introduce il concetto di photosite.

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Fotocamera digitale

Una fotocamera digitale è una macchina fotografica che utilizza, al posto della pellicola fotosensibile, un sensore (CCD, CMOS) in grado di catturare l'immagine e trasformarla in un segnale elettrico di tipo analogico. Gli impulsi elettrici vengono convertiti in digitale da un convertitore A/D nel chip di elaborazione e trasformati in un flusso di dati digitali atti ad essere immagazzinati in vari formati su supporti di memoria.

Una fotocamera digitale è in quasi tutti gli aspetti esattamente identica ad una macchina fotografica convenzionale, se non per il fatto che invece della pellicola fotografica in rullino usa un sensore elettronico che può essere di diversi tipi. Questo converte l'immagine in una sequenza di informazioni digitali che adeguatamente elaborate andranno a formare un file (archivio).

Per questo motivo si rimanda all'articolo sulle macchine fotografiche per ogni informazione concernente lo strumento in sé. In particolare, per le macchine digitali vale come per quelle analogiche, e con lo stesso significato, la distinzione fra fotocamera compatta e reflex. Vi sono comunque formati di fotocamera chiamati “prosumer” (dalla fusione di due termini “professional” e “ consumer”) o anche chiamati “SLR-like” (SLR sta per Single-Lens Reflex – nome tecnico delle macchine fotografiche REFLEX) che hanno caratteristiche funzionali e di qualità immagine estremamente vicine, o a volte superiori alle fotocamere reflex digitali di fascia bassa, pur avendo un obiettivo fisso come le compatte. All'inconveniente dell'ottica non intercambiabile alcuni produttori hanno ovviato introducendo in commercio fotocamere SLR-like con ottiche zoom con ampia escursione focale (da 28 mm equiv. fino a 400 mm equiv.) benché la qualità intrinseca di queste ottiche non possa raggiungere quella delle ottiche di maggior prestigio dedicate agli usi professionali. La presenza di un obiettivo fisso rende dunque sicuramente meno flessibile l’uso della fotocamera in contesti applicativi diversi, ma in positivo c’è da registrare che il fatto che non esponendo l’interno della fotocamera (e quindi il sensore) all’aria durante il cambio di obiettivo, si evita l’accumulo di polvere sul sensore, fatto questo che porta ad avere un degrado della qualità delle immagini riprese.

Ad oggi vengono prodotte fotocamere di ogni forma e dimensione: alcune assomigliano a videocamere, altre sono piccolissime e molto sottili tanto da entrare in un taschino senza essere viste. Vi sono prodotti con "case" in metallo o in plastica, colorate o trasparenti ed il gusto di ogni cliente può trovare soddisfazione in una accurata ricerca. È molto utile prendere in considerazione anche le caratteristiche ottiche ed elettroniche dei prodotti che variano di molto in base alla marca e ai modelli presenti sul mercato.

Secondo le regole attuali di mercato un parametro distintivo delle fotocamere digitali è quello della risoluzione. Per ottenere una buona fotografia non occorre in realtà una risoluzione altissima, ma risulta essere molto più importante un'ottica di qualità, un sensore che abbia un buon rapporto segnale rumore, una buona gamma dinamica ed infine in funzione delle esigenze di stampa si sceglierà il numero di pixel del sensore.

Il sensore, analogo a quello utilizzato nelle videocamere portatili, può essere CCD, ma anche C-MOS. Sempre comunque si tratta di dispositivi formati da elementi fotosensibili a semiconduttori in grado di trasformare un segnale luminoso in un segnale elettrico. Solo successivamente un secondo dispositivo, funzionalmente separato, (il convertitore Analogico/Digitale) converte il segnale analogico in dati digitali. Nella fotocamera digitale, l'immagine viene messa a fuoco sul piano del sensore. I segnali così catturati vengono amplificati e convertiti in digitale. A questo punto i dati digitali sono in forma grezza (RAW) e - così come sono - possono essere memorizzati su un file per una successiva elaborazione in studio, con altri apparecchi informatici. Successivamente il processore di immagine interno alla fotocamera trasforma questi dati, cioè calcola le componenti primarie mancanti su ogni pixel (RGB) e rende compatibili i dati di immagine con i normali sistemi di visualizzazione di immagini (generalmente nel formato JPG o TIFF a seconda delle esigenze per le quali è destinata la fotocamera) ed infine immagazzina il file elaborato in una memoria a stato solido (ordinariamente dal punto di vista tecnologico si tratta di EEProm di tipo Flash, mentre i formati con cui sono messe in commercio sono diversi (CF, XD, SD, MMC, Memory stick, ecc). Le schede contengono generalmente un rilevante numero di immagini, la quantità dipende dalle dimensioni della singola immagine, dalla modalità di registrazione e dalle dimensioni della memoria.

La risoluzione totale del sensore si misura in milioni di pixel totali. Un pixel è l'unità di cattura dell'immagine: rappresenta cioè la più piccola porzione dell'immagine che la fotocamera è in grado di catturare su una matrice ideale costruita sul sensore CCD.

Moltiplicando il valore in pixel della risoluzione orizzontale per quello della risoluzione verticale si ottiene il numero totale di pixel che la fotocamera è in grado di distinguere in una immagine.

I sensori di alcune fotocamere REFLEX professionali hanno il sensore di formato 3:2 ed un rapporto 1:1 con il fotogramma della pellicola, una dimensione quindi di 24x36 mm. Con queste dimensioni – oltre ad avere un basso rumore, risulta possibile garantire che la lunghezza focale delle ottiche non sia alterata (rapporto 1:1 fra lunghezza focale reale della fotocamera con sensore e quella equivalente al formato pellicola).

In merito a quest'ultima modalità infatti va detto che il sensore - composto da milioni di elementi fotosensibili - solo nel suo complesso cattura informazioni riguardanti le tre componenti RGB (Red-Green-Blue)(Rosso-Verde Blu) che compongono la luce della scena focalizzata sulla sua superficie. Nella quasi totalità dei sensori (anche se con modalità diverse) non tutti i pixel catturano la stessa componente cromatica della luce. Sulla superficie del sensore infatti è collocato un filtro a mosaico denominato Color Filter Array (CFA), il più diffuso è di tipo Bayer che a sua volta può presentare diverse varianti sul numero dei colori che vengono filtrati (3 o 4) e sulla disposizione dei colori sul mosaico. Il più comune è quello denominato GRGB che ha il 50% dei pixel che catturano il Verde (G), il 25% che catturano il Rosso (R) ed il rimanente 25 % che catturano il Blu (B). Per ottenere una adeguata fedeltà cromatica dell’intera immagine, ogni pixel registrato in un file (fa eccezione il file di tipo RAW) deve contenere le informazioni su tutte e tre le componenti RGB della luce incidente su ogni pixel. Questo perché la riproduzione delle immagini luminose avviene per mescolanza additiva delle tre componenti primarie della luce. Poiché ogni pixel ne cattura solo una di queste (R, G o B), le altre due vengono calcolate dal processore d’immagine attraverso un procedimento matematico (algoritmo di demosaicizzazione – demosaicing).

Una volta convertito il segnale in arrivo dal sensore (CCD o C-MOS) ed elaborato dal processore d’immagine, la fotocamera registra un file contenente l'immagine scattata su una memoria gestibile dall'utente. Alcune fotocamere economiche dispongono di una memoria interna di salvataggio immagini, alla quale normalmente è sempre possibile aggiungerne una esterna.

Un elenco completo può essere trovato alla voce Scheda di memoria.

È invece secondaria e fuorviante la ragione che vede nel file RAW la possibilità di compiere scatti in rapida successione (chiamata anche "funzione di scatto a raffica" delle fotocamere), anche perché tale funzione delle fotocamere viene svolta molto più rapidamente con altri formati come il JPG. Usando questa funzione infatti la fotocamera ha necessità di tenere in memoria i dati delle immagini scattate nella raffica. Quindi, per questo, occorre integrare nella fotocamera una sorta di memoria di servizio (buffer) dove parcheggiare le immagini prima della loro scrittura nella scheda di memoria. Poiché le immagini JPG, anche se composte in alta qualità, hanno una dimensione di circa 1/4 della stessa immagine in RAW, lo svolgimento di tale funzione non comporta l'impiego di una grande quantità di memoria interna. Quindi tale funzione in JPG è molto frequente trovarla nelle fotocamere anche di fascia medio-bassa. A questo proposito si consideri che il tempo di registrazione dell'immagine nella scheda di memoria è normalmente molto superiore a quello che impiega il processore d'immagine ad elaborare i dati grezzi in arrivo del sensore per formare l'immagine JPG. Dunque, complessivamente, il tempo impiegato dalla fotocamera per svolgere la funzione di scatto a raffica è comunque minore in JPG rispetto al formato RAW.

Nonostante queste caratteristiche della funzione che permette scatti in rapida successione, vi sono fotocamere professionali, semi-pro, e compatte-prosumer di fascia alta, che presentano questa possibilità di registrare immagini in RAW con scatto a raffica. Tale diffusione è stata agevolata dal progressivo calo di costo delle celle di memoria che ha reso economicamente vantaggioso aumentare questa memoria buffer interna alle fotocamere. Questo fatto ha reso disponibile la funzione di scatto in rapida successione anche in fotocamere digitali non professionali che comunque possiedono prestazioni tali da far valutare positivamente tale funzione. Va detto tuttavia che nonostante l'uso dello scatto a raffica non sia così frequente come lo scatto singolo, tale funzione è apprezzata dai professionisti e dai fotoamatori evoluti.

Una descrizione dettagliata dei file RAW si trova nella voce correlata Raw (fotografia).

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Lista di marchi di fotocamere digitali

Lista dei marchi di produttori di fotocamere digitali passati e presenti aggiornata al 2005.

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Aspect ratio (immagine)

Cinque rapporti d'aspetto di uso comune comparati fra di loro, inscritti nella misura della diagonale dello schermo (la circonferenza nera). I due rettangoli più bassi e larghi (2,39:1, in viola, e 1,85:1, in giallo) sono due rapporti molto comuni nel cinema. Il rettangolo blu corrisponde al 16:9 ed è lo standard dei formati televisivi ad alta definizione. Il rettangolo verde (3:2) rappresenta un comunissimo formato fotografico, mentre il rettangolo più alto, in rosso, rappresenta il formato 4:3, usato sia in fotografia che nella televisione a definizione standard.

Il Display aspect ratio (DAR) o rapporto d'aspetto o aspect ratio, indica il rapporto matematico tra la base e l'altezza (w / h) di un'immagine.

Attraverso il Display aspect ratio (PAR) viene dunque indicata la proporzione con cui l'immagine verrà realmente vista.

Assieme alla Risoluzione ed al Frame rate definisce le principali caratteristiche tecniche di un filmato.

In ambito cinematografico in congiunzione al Pixel aspect ratio (PAR) e allo Storage aspect ratio (SAR) definisce il formato dell'immagine nell'ambito del suo intero ciclo di vita: dalla creazione alla memorizzazione e alla visualizzazione di un filmato. La relazioni tra questi indicatori è rappresentata dalla seguente formula: PAR = DAR / SAR.

Visualizzando tale filmato su un Display con Aspect ratio di 4:3 e risoluzione 640 x 480, il filmato potrà essere convertito in formato Letterbox alla risoluzione di 640 x 360 con delle bande nere superiori ed inferiori o potra essere convertito in formato Pan & Scan alla risuluzione di 640 x 480 tagliando dai due bordi laterali 107 pixel per lato.

La notazione matematica del rapporto d'aspetto è indicata in forma di frazione, come x:y o x/y, oppure come il risultato, arrotondato, della stessa, come 1,3 o 2,35. Inoltre, possono essere espressi come proporzione riferita all'unità, come 1,85:1 o 1,66:1. Sono in uso numerosi rapporti, a seconda del campo di utilizzo delle immagini. Cinema, televisione, computer grafica e fotografia hanno rapporti d'aspetto caratteristici. Il cinema è il settore dove sono più numerosi, a seconda del periodo storico; i rapporti più comunemente usati, per esempio, sono oggi il 1.85:1 e il 2.39:1. In campo televisivo, due formati comuni sono il 4:3 (1.33:1), di impiego pressoché universale per la televisione a definizione standard, e il 16:9 (1.78:1), standardizzato per la televisione ad alta definizione e la televisione digitale europea. Altri rapporti esistono ma sono più rari. In fotografia, i rapporti d'aspetto più comuni sono il 4:3 e il 3:2, ma sono piuttosto diffusi anche i altri rapporti, come il 5:4, il 7:5 e il formato quadrato 1:1 .

Nei formati cinematografici, le dimensioni fisiche della pellicola sono l'unico limite alla larghezza dell'immagine. Sul negativo, è disponibile tutta l'area compresa tra le perforazioni, mentre nel positivo da proiezione va considerato anche lo spazio occupato dalla traccia audio ottica.

Lo standard universale, stabilito da William Dickson e Thomas Edison nel 1892, è di quattro perforazioni di altezza per ogni fotogramma. La larghezza della pellicola è di 35 mm e l'area compresa tra le perforazioni è di 24.,9 mm×18.,7 mm. Con lo spazio per la traccia audio e l'altezza ridotta per mantenere la larghezza del fotogramma maggiore dell'altezza (imitando cos' la visione umana), il formato cosiddetto Academy fu standardizzato quindi di 22 mm×16 mm, con un rapporto d'aspetto di 1,37:1.

L'industria cinematografica assegna un valore di 1 all'altezza del fotogramma e indica il rapporto d'aspetto il relazione a quasto valore. Di conseguenza, un fotogramma anamorfico è indicato come 2,40:1 o 2,40. Nelle produzioni cinematografiche moderne, i rapporti usati sono di 1,85:1 e 2,40:1, e anche il rapporto 1,66:1 ha una certa diffusione soprattutto in Europa. Molti formati panoramici sono noti con una denominazione propria, come Cinemascope, Todd-AO, e Vistavision. Quest'ultimo, in particolare, merita una nota particolare per via del trascinamento della pellicola in senso orizzontale, con fotogrammi di otto perforazioni e rapporto d'aspetto di 1,58:1, simile al comune formato fotografico 24×36. Molti film di Alfred Hitchcock sono stati girati con questo procedimento.

Il rapporto 4:3 è stato impiegato in televisione fin dalle origini e anche gran parte dei monitor per computer lo usano. Deriva dal formato adottato per la pellicola cinematografica dopo l'avvento del cinema sonoro, e standardizzato dalla AMPAS nel 1927. Con la sempre maggiore diffusione degli apparecchi televisivi, a partire dagli anni 50, vengono tuttavia definiti una serie di formati panoramici adottati dall'industria cinematografica allo scopo di aumentare la spettacolarità delle immagini. Il quattro terzi viene talvolta espresso anche rapporto 12:9 per un raffronto diretto con il formato 16:9. Nel caso di un segnale 4:3 visualizzato su un televisore 16:9, la resa corretta delle dimensioni comporta l'aggiunta di bande laterali nere, un effetto chiamato pillarbox.

Il rapporto 14:9 è un compromesso di transizione per creare immagini rese in modo accettabile sia su schermi in 4:3 che in 16:9, progettato dalla BBC dopo una serie di test su telespettatori. È utilizzato da emittenti inglesi, irlandesi e australiane ed è piuttosto diffuso nella produzione pubblicitaria. È importante precisare che il 14:9 non esiste come formato di ripresa, che è sempre fatta in 4:3 o 16:9, ma solo un modo di visualizzazione.

L'uso più comune è su materiale in 16:9. Durante le riprese, le varie inquadrature sono concepite in modo da non avere materiale importante troppo vicino ai bordi. Rispetto a riprese in 16:9, l'area visibile dopo la conversione sarà comunque maggiore rispetto al 4:3.

Durante la trasmissione in 4:3, i bordi dell'immagine vengono ritagliati a vengono aggiunte bande nere sopra o sotto l'immagine, entrambe le cose in misura inferiore rispetto a una conversione completa in 16:9, conservando così una maggiore area visibile. Se la trasmissione è in 16:9, l'immagine non viene ritagliata ma degli appositi segnali indicano al ricevitore che, se necessario, è possibile convertirla in 14:9.

Se il materiale da trasmettere è già in 4:3, i bordi superiore e inferiore vengono ritagliati, e bande nere verticali sono aggiunte ai lati. Anche in questo caso, l'effetto è più gradevole rispetto a una conversione completa.

Il rapporto 16:9 è alla base dell'alta definizione (HDTV), ma è di diffusione sempre maggiore anche nella SDTV. Tutti gli standard relativi all'alta definizione prevedono l'uso di immagini in questo formato. Il tv 16:9 viene definito anche widescreen. Il 16:9 corrisponde ad un formato più largo del formato televisivo/cinematografico 4:3, detenendo il 33% in più di visione rispetto a quest'ultimo, se si tiene costante l'altezza dello schermo. Secondo alcuni autori, il 16:9 è il formato che più si avvicina alla visione dell'occhio umano.

Le due immagini sopra offrono una comparazione tra i formati 4:3 e 16:9. In questo caso l'immagine in 16:9 trae beneficio dalla maggiore area a disposizione. Si notino in particolare gli oggetti a sinistra del lampione e le sedie con i tavoli a destra, non visualizzati nella versione 4:3.

Le due immagini sono mostrate in modo che le rispettive aree siano equivalenti. Comparare due formati sulla base delle dimensioni orizzontali o verticali, infatti, può dare una falsa impressione di superiorità di uno rispetto all'altro.

Mentre nel cinema è molto semplice cambiare rapporto d'aspetto (è sufficiente adeguare i mascherini di cineprese e proiettori), i formati panoramici, o widescreen, pongono tuttavia alcuni problemi nel processo di telecinema. Si tratta, essenzialmente, di aggiungere bande nere sopra e sotto l'immagine (letterbox), di ritagliare i bordi dell'immagine, eventualmente decentrandola (pan & scan) o anche, nel caso di film in cinemascope, di deanamorfizzare l'immagine di un valore un po' inferiore a quello nominale, accettando una certa distorsione. Eventualmente, questi tre metodi possono anche essere combinati tra loro.

Il 16:9 permette una maggiore compatibilità con le immagini cinematografiche nei rapporti 1.66:1 (European Widescreen), 1.85:1 (American Widescreen) e 2.35:1/2.40:1 (Cinemascope/Panavision). A differenza di come verrebbe trasmesso su schermo 4:3, le bande nere risultanti dalla visione nei formati cinematografici sono più piccole e meno fastidiose. Ad esempio, in un televisore 16:9 un'immagine in formato 2.35:1 occuperebbe soltanto, di bande nere, il 25% circa, contro il 44% su un TV 4:3.

Nell'ambito della produzione televisiva, le telecamere di classe professionale sono normalmente in grado di riprendere in entrambi i formati. Qualche limitazione esiste per le telecamere di generazione più vecchia che non montano sensori CCD multiformato.

Le telecamere in alta definizione dispongono sempre di un'uscita sottoconvertita su cui è disponibile il segnale a definizione standard, il quale è selezionabile sia in 16:9 che in 4:3 con taglio dei bordi oppure letterbox.

La pellicola Super 16 mm è usata frequentemente nelle produzioni destinate alla televisione. Il Super 16 mm richiede pellicola monoperforata e usa tutta l'area disponibile al di fuori della perforazione. Per via del basso costo e della qualità delle riprese, è un sistema vantaggioso per eseguire riprese destinate a produzioni di alto livello a un costo inferiore alle apparecchiature televisive, tenendo conto che il negativo non viene stampato ma telecinemato.

Il bordo non perforato della pellicola, normalmente destinato alla traccia audio che qui non è prevista, permette di ottenere un rapporto d'aspetto di 1,66:1, molto simile al 16:9 (1,78:1). La qualità delle riprese è sufficiente anche per una stampa in 35mm destinata alla proiezione cinematografica.

Il formato video all'uscita da un telecinema è selezionabile secondo le esigenze di produzione. In modalità Pan & Scan, è anche possibile scegliere di volta in volta quale parte dei bordi sacrificare.

Tutti i mixer video in produzione posso operare indifferentemente con qualsiasi rapporto d'aspetto desiderato, posto che questo sia identico per tutti i segnali in ingresso e in uscita.

I mixer video più sofisticati sono in grado di operare automaticamente conversioni di formato e di gestire segnali sia in 4:3 che in 16:9, programmando in anticipo il tipo di conversione richiesta.

L'interfaccia SDI permette il trasporto di segnali di entrambi i formati.

In effetti, nella versione più diffusa, a 270 Mbit/s, non c'è alcuna differenza pratica tra un segnale in 4:3 e uno in 16:9, a parte il rapporto d'aspetto dei pixel. Mixer video, matrici e videoregistratori/video server sono quindi in grado di gestire agevolmente entrambi i rapporti d'aspetto senza problemi. Naturalmente, è da considerare il fatto che i segnali non vengono convertiti ma instradati così come sono, per cui una serie di clip in uscita da un videoserver dovrà comprendere solo immagini di un solo formato per evitare problemi di visualizzazione.

In particolare, come mostrato nelle immagini a fianco, un'immagine nativa in 16:9 può essere visualizzata su monitor convenzionali in 4:3 sia in modalità anamorfica che letterbox. Nel primo caso l'immagine appare deformata verticalmente, nel secondo le proporzioni sono corrette ma una parte del monitor non viene utilizzata.

La modalità letterbox non va confusa con il finto 16:9 (vedi sotto) che è invece un segnale in 4:3: nel primo caso, infatti, si utilizza semplicemente una porzione minore del monitor senza intervenire sul segnale.

I multiviewer in uso negli studi sono configurabili per visualizzare agevolmente segnali di entrambi i formati.

Dal momento che l'effetto pillarbox dovuto alla conversione di un segnale 4:3 in 16:9 è molto fastidioso alla vista, molte emittenti, fra cui principalmente Sky Sport, riempono le bande laterali con motivi grafici, in modo da utilizzare comunque tutta la larghezza dello schermo a disposizione.

Esigenze produttive e di marketing hanno portato, in tempi recenti, all'adozione di una tecnica di ripresa nota in gergo, in Italia, come finto 16:9 o anche 16:9 bandato. Questa tecnica consiste nella generazione di un segnale standard 4:3 che contiene un segnale di tipo lettebox. Visivamente, il formato è 16:9 ma in realtà una certa parte delle linee di scansione disponibili sono sacrificate durante la ripresa. Le bande nere sopra e sotto l'immagine sono usate per inserire informazioni visive, come richiami pubblicitari, loghi e grafiche animate: in un flusso video in 16:9 questo non sarebbe possibile. Questa tecnica è usata di frequente nella pubblicità televisiva.

L'esistenza di più rapporti d'aspetto crea lavoro aggiuntivo alla produzione audiovisiva, e non sempre con risultati adeguati. È piuttosto frequente che un film in formato panoramico sia visualizzato in maniera alterata (tagliato o espanso oltremisura). Il 4:3 bandato, in particolare, è molto problematico nella resa su monitor in 16:9, perché se viene convertito come letterbox, il risultato mostrerà sia le bande nere sopra e sotto, sia quelle laterali, con un risultato noto in gergo come inscatolamento, cioè con l'immagine visibile all'interno di un rettangolo nero più ampio.

Sia le trasmissioni PAL che NTSC prevedono l'uso di un segnale inserito sull'intervallo di ritorno verticale e chiamato Active Format Description (AFD) che permette a monitor e televisori (e anche ai convertitori usati nella catena video) di determinare il rapporto d'aspetto del segnale in ingresso e determinare se necessiti di conversione. I televisori domestici sono in grado di adeguare la visualizzazione alla trasmissione ricevuta (Si veda la specifica ITU-R BT.1119-1 - Wide-Screen signalling for broadcasting). Anche il segnale trasportato da cavi SCART usa una linea di stato per identificare il materiale in 16:9.

In ogni caso, chi si occupa di riprese televisive deve sempre considerare le diverse forme di visualizzazione del materiale prodotto. È prassi comune mantenere tutte le informazioni necessarie di azione e di informazione (come scritte e titoli grafici) all'interno dell'area centrale che viene mantenuta anche in caso di taglio dei bordi laterali.

Il rapporto d'aspetto più comune in fotografia è probabilmente il 3:2 o 1,5:1 del formato 24×36 su pellicola 35mm. Questo rapporto è usato anche dalla maggior parte delle reflex digitali.

Un altro formato molto comune è il 4:3 (1,33), utilizzato dagli apparecchi conformi al sistema Quattro Terzi della Olympus e da quasi la totalità delle fotocamere digitali compatte, benché le più sofisticate di queste possano produrre immagini con formati più panoramici.

Le macchine a medio e grande formato offrono una certa varietà di formati, di solito indicati con le dimensioni del negativo in centimetri: 6x6, 6x7, 6x9 e 9x12 sono tra i più comunemente usati.

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Velocità della pellicola

Un sensore fotografico

In fotografia, la velocità della pellicola, detta anche sensibilità o rapidità, indica la sensibilità di una pellicola fotografica (o del sensore in una fotocamera digitale) alla luce.

Uno scatto con pellicola a bassa sensibilità richiede (a parità di condizioni), un tempo di esposizione maggiore; si parla perciò di pellicola lenta, viceversa, una pellicola ad alta sensibilità, che richiede tempi di esposizione più brevi, si dice pellicola veloce.

La velocità si misura in numeri ISO e/o ASA (o in Germania in numeri DIN); quanto più alto è il numero, tanto più sensibile alla luce è la pellicola o il sensore e quindi, a pari condizioni, tanto più breve è l'esposizione.

Le pellicole con rapidità ISO/ASA da 25 a 64 (15-20 DIN) sono lente; da 125 a 400 (22-27 DIN) di rapidità da moderata a media; quelle superiori a 500 (28 DIN) sono rapide.

Lo standard ISO 5800:1987 definisce due scale (una lineare e una logaritmica) per misurare la velocità delle pellicole. La scala lineare corrisponde alla scala ASA (oggi non più usata), mentre la seconda corrisponde alla scala DIN, anch'essa non più usata.

I numeri sono calcolati in modo che una pellicola con numero ISO/ASA doppio di un altro ha sensibilità doppia e, a parità di condizioni, richiede la metà del tempo di esposizione.

Nella scala DIN la rapidità della pellicola raddoppia ogni tre valori, per cui una pellicola da 18 DIN è due volte più rapida di una da 15 DIN..

Come per i tempi di esposizione e le aperture del diaframma, anche per quanto riguarda gli ISO/ASA il passaggio da un numero all'altro si indica in gergo stop, aumentando/diminuendo di uno stop la velocità della pellicola si raddoppia/dimezza la quantità di luce.

Il valore della rapidità deve essere impostato sulla scala di sensibilità della fotocamera affinché l'esposimetro interno possa indicare i dati di esposizione corretti.

I valori di ISO più comuni sono 25/15°, 50/18°, 100/21°, 200/24°, 400/27°, 800/30°, 1600/33°, e 3200/36°. I fotoamatori e i fotografi semiprofessionisti utilizzano principalmente pellicole fra i 100/21° e gli 800/30°.

La velocità di una pellicola è in parte legata alla grana della pellicola stessa, ovvero la dimensione dei grani di nitrato d'argento dell'emulsione.

Le pellicole lente tendono ad avere una grana più fine. Una grana evidente può avere una valenza artistica, ma spesso i fotografi preferiscono foto a grana più fine e dovrebbero quindi prediligere pellicole lente. Naturalmente, a una pellicola lenta (con esposizione più lunghe) corrispondono anche maggiori rischi di mosso o micromosso.

Nei sistemi fotografici digitali è possibile variare il guadagno elettronico del sensore al fine di avere un diverso rapporto fra l'esposizione alla luce e la luminosità definitiva dell'immagine risultante. Questo guadagno non è direttamente proporzionale alla sensibilità del sensore, ma il calcolo è più complicato. Su una fotocamera, comunque, impostare una sensibilità ISO e l'esposizione di conseguenza, sia automaticamente che manualmente con l'aiuto di un esposimetro, farà risultare una foto correttamente bilanciata allo stesso modo che nelle fotocamere a pellicola.

Nel mondo della fotografia digitale è stato definito lo standard ISO 12232:2006 che disciplina le sensibilità del sensore in relazione alla quantità di luce, il rumore aggiunto dal sensore e le specifiche di apparenza dell'immagine risultante. Le sensibilità ISO digitali sono correlate ai valori convenzionali delle sensibilità della pellicola.

è un fattore dipendente dalla trasmittanza T dell'ottica, il fattore vignettatura v(θ) e l'angolo θ relativo all'asse della lente rispetto alla luce. Un valore tipico di q = 0.65, basato su θ = 10°, T = 0.9, e v = 0.98.

La sensibilità di rumore base è definita come l'esposizione che porterà ad un determinato rapporto segnale-rumore in un singolo pixel. Vengono utilizzati due rapporti, il 40:1 ("qualità dell'immagine eccellente") ed il 10:1 ("qualità dell'immagine accettabile"). Questi rapporti sono stati determinati basandosi su una risoluzione di 70 pixels per centimetro (180 DPI) osservati a 25 cm di distanza. Il rapporto segnale-rumore è definito come la deviazione standard della media pesata della luminanza e del colore di un singolo pixel. La sensibilità al rumore è determinata maggiormente dalla proprietà del sensore ed influenzata dal rumore aggiunto dal guadagno e dal convertitore Anologico-Digitale.

Gli standard specificano anche come le sensibilità dei sensori dovrebbero essere riportati nelle specifiche tecniche della fotocamera. Se la sensibilità al rumore (40:1) è superiore rispetto alla sensibilità di saturazione, si dovrebbe segnalare la sensibilità al rumore arrotondata per difetto ad un valore conosciuto (200, 250, 320, or 400). Se invece è la sensibilità al rumore ad essere inferiore alla sensibilità alla saturazione, sarà quest'ultima a venire utilizzata, arrotondata per eccesso ad un valore conosciuto.

Nonostante esistano tutte queste definizioni standard per quanto riguarda gli ISO delle fotocamere digitali, sarà utile sottolineare quanto la grande maggioranza degli apparecchi non indicano chiaramente a quale tipo di ISO si riferiscono quelli dichiarati dalla fotocamera: se quelli della sensibilità di saturazione, di rumore o alla sensibilità del risultato. È corretto ritenere che questi valori vengano prodotti partendo da queste definizioni ma anche prestando attenzione alle necessità del marketing.

Come dovrebbe essere chiaro dalle definizioni sopra fornite, un'impostazione di SOS maggiore per un dato sensore risulterà con una perdita di qualità dell'immagine risultante, come accadeva sulle pellicole analogiche. La differenza sarà che nel digitale avremo un'immagine rumorosa invece che della grana della pellicola. Le migliori fotocamere digitali del 2008 mostrano un'assenza totale di rumore per sensibilità di ISO 200 mentre producono risultati utilizzabili fino a ISO 25600.

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Source : Wikipedia