La dimensione del sensore fa ancora la differenza?

Aristide Torrelli, fotografo fine art
Il mondo attraverso i miei obiettivi: luce, tecnica e visione

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Abbiamo visto enormi progressi nelle tecniche di fotografia computazionale (quella con l'elaborazione digitale dei dati dell'immagine) negli ultimi smartphone, nonché il lancio di alcuni piccoli sensori eccellenti in fotocamere più tradizionali. Significa che “più grande” non è più necessariamente “migliore”? Per rispondere a questa domanda, diamo un'occhiata al motivo per cui i sensori di grandi dimensioni tendono a produrre una migliore qualità dell'immagine e a quello che stanno facendo le fotocamere e gli smartphone con sensori più piccoli per colmare il divario.

Vantaggi dei sensori più grandi
I tre principali vantaggi che spingono le persone a passare a sensori più grandi sono la capacità di sfocare lo sfondo con una profondità di campo ridotta, presentare meno rumore in situazioni di scarsa illuminazione e la capacità di catturare una gamma dinamica più ampia tra le aree più luminose e quelle più scure dell'immagine. Dal momento che questi fattori derivano principalmente dal catturare più luce, si suppone che si abbia a disposizione una ottica con un'apertura abbastanza ampia da far entrare abbastanza luce. Insieme, questi tre fattori significano che le fotocamere con sensore di grandi dimensioni in genere possono produrre immagini di aspetto migliore. Ovviamente non possono compensare le carenze del fotografo, ma se usato dalla stessa persona, il sensore più grande di solito "vince". La fotografia computazionale consente ai piccoli sensori di imitare gli effetti di un sensore più grande, mentre i salti in avanti nelle prestazioni del sensore possono aiutare i piccoli sensori a produrre immagini di aspetto migliore. Ma questi progressi significano che non abbiamo più bisogno di un sensore più grande?

Fotografia computazionale
L'esempio più visibile e diffuso di fotografia computazionale è la modalità ritratto negli ultimi smartphone. Questi usano una varietà di tecniche ma fondamentalmente fanno un tentativo di valutare la profondità della scena, quindi applicano quantità diverse di sfocatura a diverse profondità, per simulare una ridotta profondità di campo. I risultati non sono sempre del tutto convincenti e non soddisferanno necessariamente il fotografo esigente che cerca un particolare carattere per la resa della zona fuori fuoco (bokeh) da parte del suo obiettivo. Tuttavia, poiché la potenza di elaborazione e l'apprendimento automatico continuano a migliorare, i risultati non potranno che migliorare. E, per molte applicazioni, il risultato supererà rapidamente la soglia di essere considerato "abbastanza buono" per un numero crescente di persone.

La fotografia computazionale può anche aiutare con scene a bassa luminosità o ad alta gamma dinamica. Ancora una volta, è sempre più comune per gli smartphone di scattare più foto, e poi combinarle. L'elaborazione sta diventando abbastanza sofisticata da poter essere eseguita anche con soggetti in movimento, senza che l'utente si renda conto necessariamente di cosa il suo telefono sta facendo. Poiché la maggior parte del rumore nella fotografia deriva dalla casualità della luce (sto banalizzando un concetto complesso), riprendere la stessa scena più volte aiuta a mediare questa casualità, quindi a ridurre il rumore.

A differenza dell'effetto di profondità di campo ridotta, che viene simulato, queste tecniche multi-scatto competono direttamente con sensori più grandi, poiché consentono all'immagine di essere composta da più luce, aggiunta scatto dopo scatto. A quel punto, i risultati cominceranno a competere con quelli di sensori più grandi, a condizione che la combinazione di immagini e cancellazione del movimento sia abbastanza intelligente.

Sensori più avanzati
L'adozione di tecnologie come l'ingresso della luce dal lato posteriore (BSI, back-side illumination) ha permesso ai sensori di diventare più efficienti (catturando una quantità maggiore della luce che viene inviata su di essi). Ancora una volta, poiché la maggior parte dei benefici derivanti da sensori più grandi provengono generalmente dal ricevere più luce durante una determinata esposizione, un aumento dell'efficienza può aiutare i sensori più piccoli a restringere questo gap.

Questo vale solo in parte. In parte perché è probabile che anche queste tecnologie abbiano qualche vantaggio quando si applicano a sensori di dimensioni maggiori. Questo riallarga il gap nella misura in cui ci si aspetterebbe, basandosi cioè solo sulla differenza di dimensioni. Inoltre, gli intervalli tra le dimensioni dei sensori più comuni sono proporzionali ad almeno i due terzi di un diaframma (vediamo la differenza di dimensioni come una differenza di luce che possono catturare), che è una differenza più grande rispetto a quanto gli avanzamenti tecnologici tendono a compensare.

Vantaggi del piccolo sensore
Ci sono anche aree in cui i piccoli sensori offrono un vantaggio rispetto a quelli di grandi dimensioni, la velocità di lettura è la più ovvia. In generale è più veloce leggere i dati da piccoli sensori, il che porta una serie di vantaggi. Il più ovvio è che consente una migliore qualità video, sia attraverso la possibilità di leggere tutti i pixel, consentendo una cattura più dettagliata, o semplicemente attraverso una riduzione dell’effetto rolling shutter.

Ci sono modi per migliorare anche la velocità di lettura di sensori di grandi dimensioni, come il sensore CMOS sovrapposto che è stato introdotto per primo negli smartphone Sony e poi passato ai sensori da 1” fino al full frame della a9, che incorpora circuiti di lettura e RAM nel sensore per consentire una lettura più rapida. Questo ha però un costo considerevole, poiché questi chip sono estremamente complessi e richiedono molto tempo per la fabbricazione, rendendo difficile per i sensori di grandi dimensioni uguagliare alcune delle capacità dei chip più piccoli.

Convenienza dei piccoli sensori
L'altro vantaggio potenziale dei piccoli sensori è che consentono alle fotocamere di essere più piccole. Questo tende a significare ottiche con aperture fisiche (del diaframma) più piccole, che è una delle cause principali che frenano la qualità d'immagine dei piccoli sensori, ma il compromesso è costo e convenienza. Quindi, sebbene sia possibile acquistare fotocamere mirrorless con sensori di grandi dimensioni, saranno quelle con sensori più piccoli che forniranno l’ingombro complessivo più piccolo, il più delle volte. Per tutte le spacconate che a volte senti da persone che affermano di essere “serie” a sufficienza da portare sempre con sé un corredo DSLR completo, la maggior parte delle persone ritiene che sia più facile portare con sé una piccola fotocamera.

Più grande è ancora migliore?
Nel complesso, quindi, per la fotografia convenzionale, quella dello scatto singolo, non c'è alcun sostituto per fare una foto che avere più luce, e di solito è più facile dare più luce a un sensore grande poiché ha un'area più grande per catturarla. In quel senso, i sensori più grandi sono ancora migliori. Tuttavia, non è lo stesso che dire "hai bisogno di un sensore più grande".

I miglioramenti nella tecnologia dei sensori, la disponibilità di ampi sensori compatti con obiettivi luminosi (che aiutano a far cadere più luce sui loro sensori), e i progressi nella fotografia computazionale consentono di ottenere le immagini migliori mai ottenute dai piccoli sensori. Al qual punto, torniamo alla domanda su cosa è "abbastanza buono". Non si tratta tanto di accettare limitazioni, quanto di essere in grado di raggiungere una qualità di cui si è soddisfatti per ciò che si sta cercando di ottenere. Quindi, anche se un sensore più grande può essere in grado di produrre un risultato ancora migliore, i sensori più piccoli stanno migliorando sempre di più, superando soglie sempre più "abbastanza buone" in modo da poter ragionevolmente concludere che non è necessario alcun ulteriore miglioramento.

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