Il Sensore fotografico, il cuore delle fotocamere digitali

Sensore fotografico

Il sensore fotografico rappresenta letteralmente il cuore di tutte le fotocamera digitali, dal piccolo telefonino fino ad arrivare alle reflex digitali professionali top di gamma.

Breve cenno storico

Quando si fotografava con le fotocamere analogiche, il supporto di acquisizione era la stessa pellicola, in breve; un supporto analogico è formato da un’emulsione di micro cristalli di alogenuro d’argento, distribuiti uniformemente in una gelatina animale.

Quando una pellicola viene esposta alla luce in maniera controllata attraverso l’otturatore, viene fissata un immagine invisibile, detta immagine latente, che poi in una seconda fase viene sviluppata grazie agli attivatori chimici, che ne ricavano un negativo.

Mentre il sensore fotografico è una sorta di contenitore costituito da una matrice di fotodiodi, che permettono di convertire un segnale luminoso in uno elettrico.

Il principio di funzionamento di un fotodiodo sta nella capacità di catturare la luce al suo interno. Questo significa che quando più grande sarà il fotodiodo tanto più intensa sarà la luce al suo interno, quinti maggiore è la grandezza di un fotodiodo, minore sarà il rumore digitale prodotto nella resa finale di un immagine.

il rumore digitale è una sorta di grana che si forma all’interno della nostra immagine asseconda della sensibilità ISO, più alto è il suo valore maggiore sarà il rumore digitale prodotto.

Il vantaggio di un sensore fotografico con fotodiodi grandi sta appunto nel fatto di essere in grado di catturare la luce più debole.
Nella maggior parte delle fotocamere in commercio i sensori in uso sono di tipo CMOS.

Risoluzione Sensore fotografico

. La risoluzione è data dalla dimensione delle immagini espressa in numero di pixel.
Un immagine digitale è formata da milioni pixel quadrati, contenute all’interno del nostro sensore, che a seconda il numero dei pixel al suo interno, possiamo facilmente calcolare la sua risoluzione.

Così quanto più maggiore sarà il numero di pixel maggiore saranno le informazioni che saranno processate, ed in proporzione otteniamo nell’immagine finale il relativo dettaglio.

Provate ad immaginate un rettangolo in cui al suo interno abbiamo tanti piccoli quadratini (pixel), ognuno dei quali contengono In ordine, una lente, un filtro di Bayer ed in fine il fotodiodo.

Quinti per determinare la risoluzione in Megapixel (MP) dobbiamo moltiplicare il numero dei quadratini(pixel) dei due lati.

6.000 x 4.000 = 24.000.000 (pixel) 24MP

Cosa più importante, è che per ottenere l’acquisizione vera e propria dell’immagine digitale a colori, occorre che ogni pixel registri le singole lunghezze d’onda, questo è possibile ponendo davanti ogni fotodiodo un filtro colorato detto Filtro di Byer con le relative lunghezze d’onta Blu verde Rosso (RGB).

Il formato pieno o Full-Frame

Formato full-frame
Il sensore fotografico  full-frame, è detto tale in quanto le sue dimensioni sono pressoché identiche ad una pellicola 24mm x 36mm, ovvero le stesse dimensioni del negativo 35mm, che si usava sulle reflex analogiche di qualche ventennio fa, da qui deriva il termine a pieno formato o Full-Frame.

Un sensore full-frame presenta molti vantaggi, uno dei quali, una gamma dinamica più ampia rispetto ad un sensore a formato ridotto.
Ovviamente i costi di un sensore Full-Frame sono molto più alti rispetto ad un sensore ridotto, a causa di un processo di produzione più laborioso, dato dal fatto che un wafer di silicio permette di ottenere solo 20 sensori, cosicché sono più soggetti a contaminazione, per la loro più ampia superficie.

Il Fattore Crop

Fattore crop
Come ti ho spiegato prima il formato pieno o Full-Frame ha le stesse dimensioni di una pellicola 35mm (24x36mm).
Il fattore Crop è il fattore di ritaglio rispetto ad un sensore a pieno formato full-frame.

Prendiamo come esempio un sensore APS-C il suo fattore risulterà di 1,5. Ossia, un sensore APSC è più piccolo rispetto ad un sensore Full-Frame 1,5 volte.

Questo significa che un obiettivo standard per full-frame con una lunghezza focale di 50 mm su un sensore APSC, otteniamo una lunghezza focale pari a 75mm. Dato da:

50 x 1,5 = 75

Quinti, Più il sensore è piccolo maggiore sarà il suo fattore di Crop.

Asseconda il tipo di dispositivo fotografico abbiamo sensori con fattori di Crop sempre più piccoli, come per esempio un telefonino tipo iPhone, che asseconda del modello alloggia un sensore più o meno da 3,4mm x 4,5mm.

Fattore Crop

Chiaramente a parità di risoluzione, più un sensore è piccolo minore sarà l‘intensità di luce che il sensore sarà in grado di acquisire. Per farti un esempio; se ti trovi a dover fotografare un tramonto con un sensore molto piccolo a parità di risoluzione rispetto ad un sensore di grandezza maggiore, il risultato sarà un immagine più sgranata, a causa appunto del rumore digitale prodotto dal sensore.

Immagina due recipienti, uno grande ed uno più piccolo. Adesso dobbiamo riempire i due recipienti con lo stesso numero di quadratini. Noterai subito che in quello più grande i quadratini ci stanno tutti, mentre in quello più piccolo per farli entrare dobbiamo rimpicciolire i quadratini, affinché possano stare nel recipiente più piccolo.
Questo comporta che nel recipiente più piccolo i quadratini saranno stretti l’uno con l’altro, mentre in quello più grande saranno più distanti l’uno dall’altro.

Fotosito

Per risolvere il problema della scarsa luminosità sui sensori più piccoli ad elevata risoluzione, nel 2015 la Sony, è stata la prima azienda che ha ideato dei sensori retroilluminati BSI (back-illuminated sensor), un sistema tecnologico che permette di incrementare notevolmente la quantità di luce catturata da ogni singolo fotosito (fotosite).

Questa tecnologia è stata applicata in primis sui sensori fotografici per Smartphone di ultima generazione, i quali hanno raggiunto un livello qualitativo dell’immagine considerevole.
Inseguito lo stesso sistema è stato anche applicato sui sensori full-frame, come quello della Nikon D850,(tra le migliori fotocamere di paesaggio in commercio), la quale alloggia un sensore da ben 45,4 MP.
Grazie a questi sensori di ultima generazione, anche le fotocamere con sensori APS-C hanno raggiunto un livello qualitativo delle immagini abbastanza alto, tale da ridurre la discrepanza che vi era con i sensori di tipo Full-Frame.

La Gamma dinamica

Per semplificarti il concetto di gamma dinamica, immagina una scena di un paesaggio marino durante il tramonto.
Al calare del sole sull’orizzonte, il cielo assumerà dei toni di colore caldo. In quell’arco di tempo vedrai uno scenario spettacolare tra il cielo e il terreno circostante, colpito dagli ultimi raggi di sole, e con le nuvole che si colorano di rosa.
Bene, se provi a fotografare questa scena, con una qualsiasi fotocamera, quando andrai a rivedere il tuo scatto avrai due possibili scenari:

1) Il terreno circostante risulterà totalmente scuro, mentre il cielo è perfettamente esposto
2) Il cielo risulterà totalmente bianco, mentre il terreno circostante è perfettamente esposto

Questo accade perché il nostro occhio umano a differenza di un sensore fotografico è in grado di acquisire un spettro molto più ampio tra la minima intensità di luce e la massima intensità.

In fotografia la gamma dinamica viene misurata in “stop”. Quinti indicativamente il nostro occhio riesce a percepisce circa “24 stop”contro gli attuali “14 stop” di un sensore fotografico.

Nella fotografia, ed in particolare in quella di paesaggio, la Gamma dinamica gioca il ruolo più significativo in termini di resa in un immagine.
La capacità di un sensore fotografico sta nel riuscire ad acquisire dalla più piccola intensità di luce fino alla massima intensità. Più questo range è ampio maggiore sarà la gamma dinamica ottenuta.

Conclusioni

Conoscere i principi di base di un sensore fotografico ti aiuterà nella giusta scelta nell’acquisto della tua prossima fotocamera. Perché quando ti recherai in un negozio fotografico dovrai affidarti alle tue conoscenze e non alle pubblicità. Avvolte una fotocamera più datata potrebbe avere delle caratteristiche in più rispetto a fotocamere più recenti.

Spero che questo articolo vi sia stato di aiuto, e vi invito a lasciare i vostri commenti, per qualsiasi chiarimento o consigli. Buona Luce!

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