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Risoluzione in digitale e pellicola, EOS 50D e 5D mark II

L’uscita della Canon EOS 50D (15 megapixel APS-C) e della Canon EOS 5D mark II (21 megapixel pieno formato), mi ha portato a riflettere sulla risoluzione in generale e su un ulteriore confronto con la pellicola, specie dopo aver letto che Ken Rockwell scatta in pellicola e si fa scansire le immagine affermando che ha risultati migliori che con il digitale. Ora, tenete presente che Ken è un tirchio che vuole spremere ogni centesimo di valore da quello che ha, e non è certo cosa sbagliata, ma l’approccio da seguire, secondo me, è diverso.

Il confronto pellicola – digitale non si fa solo sul file finale che si ottiene ma anche su tanti altri parametri (qualità dei colori, assenza di grana…) e, non ultimo, sulla comodità operativa. Solo per quest’ultima, a parità di tutti gli altri fattori, non rinuncerei mai al digitale. In questo articolo, però, mi voglio soffermare solo sul tema della risoluzione dei due supporti.

Intorno al 1998, mi capitò sul PC un file della Kodak dove si diceva che bastano 6 megapixel per ottenere la qualità della pellicola. Considerate che alla Kodak sapevano di cosa parlavano (Bayer, quello del filtro a mosaico, era un loro dipendente) e, all’epoca, ancora non c’era la diffusione del digitale che c’è oggi. Norman Koren, intorno al 2000, diceva che bastano 8 megapixel su una full frame per uguagliare la pellicola. Proviamo a esaminare qualche numero:

In tabella ci sono megapixel equivalenti, teorici, di un fotogramma di pellicola scansita da uno scanner ideale. Considerate che le dimensioni dei singoli granuli che compongono la grana della pellicola vanno dai 2 micron del singolo granulo fino ai 20/30 granuli che si hanno dall’aggregazione dei granuli in zone molto illuminate. L’aggregazione dei granuli è un fenomeno normale della pellicola. Cosa significa questo? Che se con una pellicola bianco e nero fotografo una mira ottica (linee parallele molto vicine) posso arrivare a distinguere particolari da due micron e quindi posso avere 216 megapixel. Nella realtà non si fotografano le mire ottiche ma oggetti reali e a colori. La risoluzione della pellicola cala e scende ai 6/8 megapixel tipici di una foto a colori fatta nel quotidiano, confermando le affermazioni della Kodak che avevo letto nel ’98.  Una buona foto su pellicola potrebbe salire a 20 megapixel per foto con macchina su treppiede, specchio alzato per evitare vibrazioni e micro mosso, ottiche di classe e pellicola a grana fine (e bassa sensibilità). Un buono scatto senza queste finezze può comunque avere 12 megapixel, uno con una punta e scatta e ottica così così scende a 3 / 4 megapixel. Se poi non mettiamo bene a fuoco o facciamo qualche altro errore rischiamo di scendere a 1 / 2 megapixel.

Perché non arrivo ai 35 megapixel della tabella? Perché, quando ingrandisco la pellicola, comincio a vedere il rumore, la grana. Perciò, se mi spingo oltre i 20 megapixel, non ottengo più megapixel “buoni” ma sporcati da rumore e, quindi, quasi inutili. Inoltre, anche la qualità dell’ottica comincia a pesare a queste risoluzioni. Insomma, scansire a più di 4000 dpi è inutile.

Ecco che entrano in gioco le due Canon di cui sopra. La 50D ha un sensore con una densità di 213 pixel per millimetro. Su una full frame sarebbero 39 megapixel. La 5D mark II ha 20 megapixel su un sensore full frame. In un caso e nell’altro abbiamo una risoluzione superiore a qualunque pellicola. E tutto questo, come detto, senza tenere conto della qualità del colore, l’assenza di grana e tutte le altre peculiarità che il digitale ha e la pellicola no. Insomma, a 6/8 megapixel il digitale ha bisogno di tutto quel che può dare per non far vedere che ha una risoluzione leggermente inferiore alla pellicola, oltre quel valore non c’è più storia. Possiamo dire che con la Canon EOS 50D, la 5D mark II, la 1Ds mark III, la Nikon D3X, la Sony A900 anche dal punto di vista della risoluzione la pellicola 35 mm non è più regina. Pensate che strano: con soggetti "digitali" (linee bianche e nere) la pellicola risolve più del digitale ma il mondo è a toni continui, è analogico ed allora, con soggetti "analogici" il digitale vince la gara della risoluzione!

E gli obiettivi?

Attenti però a tante voci che girano sulle ottiche. Una affermazione comune è “Avete bisogno di obiettivi molto nitidi per sfruttare a fondo l’elevata risoluzione del sensore della EOS 5D mark II”. La potete leggere su riviste o siti internet specializzati in fotografia. Vediamo di rispondere con dei dati e non con i soliti “mi sembra”, “mi pare”, “secondo me”.

La prenderemo alla lontana: una differenza tra la EOS 5D e la EOS 5D mark II è l’incremento nei megapixel, da 12,8 (4368 x 2912) a 21 (5616 x 3744). E’ un incremento del 28% nelle dimensioni e quindi dovrebbe fornire una risoluzione maggiore del 28% (e non del 64% come l’incremento di megapixel). Il sensore della 5D ha circa 121 pixel per millimetro (pixel/mm), quello della 5DmarkII ne ha 156.

Il teorema del campionamento di Shannon afferma che servono almeno due campioni per ogni ciclo del segnale per poterlo ricostruire in maniera non ambigua. Da questo, di solito, qualcuno estrapola un’affermazione del tipo “se avete 2X pixel potete risolvere X linee per millimetro (come dicono gli ingegneri) o X coppie di linee per millimetro (come dicono i fotografi)”. In realtà, questo valore X è un limite superiore alla risoluzione ma non la risoluzione massima raggiungibile, per una serie di ragioni su cui sorvolo ma su cui ho passato tante ore all’università (sono ingegnere elettronico). Basti sapere che il filtro anti alias ha a che vedere con questo (il filtro anti alias è un filtro utilizzato prima del campionamento di un segnale, al fine di restringere la banda del segnale stesso per soddisfare approssimativamente il teorema del campionamento di Shannon. Dal momento che il teorema dice che un'interpretazione non ambigua del segnale, a partire dal campionamento, sia possibile solo quando la potenza delle frequenze all'esterno della banda di Nyquist sia zero, il filtro anti alias potrebbe soddisfare il teorema. Ogni possibile filtro anti-alias permetterà la presenza di qualche alias; l'ammontare dell'alias presente nel risultato dipende dalla qualità del filtro).

Il limite teorico per la 5D è 60,5 lp/mm e per la 5D mark II è 78 lp/mm. Il limite reale, che si ottiene con linee bianche e nere ad alto contrasto, è intorno al 90% di questo valore, cioè 55 lp/mm per la 5D e 70 lp/mm per la 5D mark II. Per avere 60,5 e 78 basta dividere il numero di pixel di un lato per la sua lunghezza in mm e dividere il risultato per due. Ad esempio 4368 / 36 ci da 121,3 che diviso per due viene 60,5 lp/mm.

Ora vi faccio una sorpresa. Mettiamo in una tabella i valori dei pixel/mm e della risoluzione (limite reale, 90% della frequenza di Nyquist) per una serie di fotocamere.

Come? La 40D, la 50D, anche le 400D e 450D risolvono di più della 5D mark II? Si, se per questo anche di più della 1Ds mark III. Hanno sensori più piccoli ma offrono più pixel/mm.

Quindi l’affermazione “Avete bisogno di obiettivi molto nitidi per sfruttare a fondo l’elevata risoluzione del sensore della EOS 5D mark II” è una sciocchezza pura e semplice. Se questo vale per la 5D mark II allora, a maggior ragione deve valere per la 450D!

La verità è che avete bisogno di ottiche nitide fino ai bordi di un fotogramma 24 x 36 mm con la 5D e la 5D mark II. Per bordo si intende quel punto sulla diagonale che è lontano 21,5 mm dal centro del fotogramma. Con una fotocamera dal sensore APS-C la nitidezza è necessaria fino a circa 13 mm dal centro. E’ difficile avere una nitidezza costante allontanandosi dal centro perciò le ottiche che ci riescono sono difficili da costruire e sono più costose.

A volte si sente anche parlare di sensore che risolve più dell’ottica. Altra stupidaggine. Anche un obiettivo modesto, se diaframmato a f/8, dove da il meglio di se, risolve più di 100 lp/mm al centro. E ancora non abbiamo sensori capaci di arrivare a risolvere 100 lp/mm (se pensate alla densità della 50D su una full frame avrete 39 megapixel ma sempre 96 lp/mm). E’ chiaro che a tutta apertura un’ottica potrebbe non dare il massimo delle prestazioni e fornire tutto il dettaglio che il sensore è in grado di risolvere ma allora, in questo caso, il sensore a risoluzione più alta darebbe risultati non peggiori di quello a risoluzione più bassa. Il caso peggiore sarebbe quello in cui fornisce un’immagine equivalente.

Conclusioni

Il digitale è arrivato al punto in cui ha sorpassato la pellicola sotto tutti i punti di vista, compresa la risoluzione. Ora dobbiamo sfruttare a fondo questa tecnologia con obiettivi più performanti che permettano di raggiungere, ai bordi, la qualità che ci fanno vedere al centro del fotogramma.

©2009 Aristide Torrelli