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lunedì 4 gennaio 2021 di 10328 Letture
Megapixel: il mito in campo fotografico e le immagini gigapixel

Megapixel: il mito in campo fotografico e le immagini gigapixel

Cosa sono e quanto contano davvero i Megapixel in campo fotografico con particolare riferimento al mondo degli smartphone.

Il termine Megapixel è utilizzato da anni come leva in fatto di marketing, esattamente come le frequenze di clock misurate in GHz nel campo dei processori.

Parlando di fotocamere e sensori fotografici alcuni utenti sono ancora oggi impressionati in positivo da elevati valori in termini di Megapixel.

In realtà i Megapixel non hanno direttamente a che fare con la qualità delle foto: ad avere invece grande importanza sono l'ottica e la qualità del sensore RGB installati sul dispositivo fotografico. E oggi un'importanza sempre maggiore la sta avendo il software insieme con gli algoritmi di intelligenza artificiale per l'ottimizzazione delle immagini eventualmente utilizzati.

Cosa sono i Megapixel

Il pixel è l'unità minima convenzionale della superficie di un'immagine digitale. I vari pixel che compongono un'immagine vengono allineati a formare una griglia rettangolare: la loro dimensione e densità è variabile ma il loro accostamento permette di ottenere la percezione di un'immagine unica.

Partendo dalla risoluzione in pixel delle foto che si producono con un dispositivo è possibile risalire immediatamente ai Megapixel della fotocamera. Ad esempio, se le immagini hanno risoluzione pari a 4000x3000 pixel, effettuando la moltiplicazione si sa che esse sono composte da 12 milioni di pixel ovvero 12 Megapixel.

Il sensore fotografico di uno smartphone è un dispositivo che acquisisce la luce in ingresso attraverso l'obiettivo e produce un'immagine digitale. La superficie di un sensore contiene milioni di fotoricettori, sovrapponibili al concetto di pixel e sono responsabili della cattura della luce.

I fotoni che vengono catturati da ogni fotoricettore vengono interpretati come un segnale elettrico. L'intensità di questo segnale varia a seconda del numero di fotoni catturati.

Si immagini ciascun pixel come un secchio che raccoglie l'acqua piovana. La pioggia è la luce che entra nel sensore fotografico.

Se il secchio viene riempito fino in cima, il processore della fotocamera determina che si tratta di un pixel bianco. Se il secchio è vuoto, si ha un pixel nero. Qualsiasi altra cosa in mezzo sarà una particolare scala di grigio.

E il colore? I sensori degli smartphone non vedono il colore: utilizzano una matrice di filtri colorati (colour filter array, CFA) per riprodurre correttamente le informazioni cromatiche nell'immagine digitale finale. Il filtro più comune è conosciuto col nome di Bayer Filter Array e consiste nell'alternanza tra righe dei tre colori primari: rosso, verde e blu.

Metà della matrice è composta da filtri verdi, mentre il blu e il rosso occupano un quarto ciascuno. Il motivo è che i nostri occhi sono naturalmente più sensibili alla luce verde.

Se un sensore riceve solo informazioni sui colori rosso, verde e blu, come fanno i pixel delle ad avere informazioni sui colori secondari e terziari? Ciò avviene attraverso un processo di interpolazione noto come demosaicizzazione: il processore della fotocamera (ISP, image signal processor) calcola i valori di colore mancanti in ogni pixel calcolando i valori di colore dei pixel limitrofi.

Megapixel e dimensioni delle foto

In linea generale più Megapixel si hanno a disposizione più grande sarà l'immagine acquisita ma non è detto che un sensore capace di acquisire una foto con un numero inferiore di Megapixel non offra maggiori dettagli.

Nell'articolo Scannerizzare: i migliori parametri per acquisire da scanner foto e documenti di testo abbiamo visto quanti Megapixel sono necessari per stampare, ad esempio, in formato A4, A3 o in altri formati.

Megapixel: il mito in campo fotografico e le immagini gigapixel

Per stampare a 300 DPI una foto su un album a due pagine di dimensioni 40x20 centimetri è necessario usare una foto da 40/2,54*300 = 4.724 pixel per 20/2,54*300 = 2.362 pixel prodotta quindi da un sensore a 11 Megapixel (4.724 x 2.362 equivale all'incirca a 11 Megapixel).

Per stampare un formato A4 (21 x 29,7 centimetri) serve una foto da 3.500x2.480 pixel (circa 8,6 Megapixel).

Per le stampe in piccolo formato (cartolina), per la pubblicazione sul web o la visualizzazione sul monitor non c'è ragione di farsi ipnotizzare da dispositivi capaci di offrire decine di Megapixel.

Per capire quanto i Megapixel siano un "falso mito" basta verificare come reflex digitali da centinaia di euro e "pochi" Megapixel riescano a produrre immagini molto più dettagliate rispetto alle digitali compatte da decine di Megapixel. La dimensione dei sensori e le loro caratteristiche tecniche contano molto di più del numero di Megapixel.

Vale la pena evidenziare anche che un sensore in grado di acquisire 12 Megapixel non permette di ottenere stampe il doppio più grandi rispetto a una da 6 Megapixel. Usando la semplice formula vista in precedenza, il primo sensore può consentire la stampa a 300 DPI nel formato 33,87 x 25,4 cm mentre la seconda è in grado di produrre foto utilizzabile per stampare al massimo 23,84 x 17,88 cm.

Come si vede, raddoppiando i Megapixel non si raddoppia affatto il formato di stampa.

Tanti Megapixel non portano insomma a ottenere necessariamente foto di qualità. Enormi passi in avanti (come si vede anche su DxOMark) sono stati compiuti in ambito smartphone per migliorare la qualità fotografica e l'avvento dei nuovi sensori Sony e Samsung rappresentano un'importante pietra miliare.

Va detto, però, che anche i nuovi sensori per smartphone da 108 Megapixel (o più nel prossimo futuro) sfruttano tecnologie che combinano le informazioni sulla luce provenienti da più pixel.

Samsung si è spesso soffermata sul funzionamento delle due Tetracell e Nonacell: Samsung, il sensore fotografico ISOCELL da 50 Mpx per foto di qualità con scarsa illuminazione.

Nel caso di Tetracell, ad esempio, un sensore Quad Bayer acquisisce informazioni sulla luce da quattro fotoricettori unendo i dati provenienti da quattro pixel da 0,8 μm in uno solo da 1,6 μm.

Si tratta di una soluzione che consente di rendere nel dettaglio le informazioni sulla luminosità ma dopo la conversione 4:1 l'immagine risultante avrà una risoluzione pari a "soli" 27 Megapixel. Soltanto in condizione di illuminazione diurna, ad esempio in ambienti aperti e ben raggiunti dalla luce naturale, il sensore potrà adattare la modalità di acquisizione dell'immagine creando uno scatto da 108 Megapixel.

Dimensioni e tipologia dei sensori

L'ottica e la sua fisica rappresentano però sempre il punto di riferimento per fare buone foto: gli algoritmi, l'interpolazione tra immagine ad alta risoluzione "zoomata" e le informazioni provenienti dall'ottica, l'utilizzo del machine learning e dell'intelligenza artificiale in generale consentiranno di ottenere risultati sempre migliori in campo "mobile". Anche se si tratta sempre di "trucchi". Perché nella fotografia se la dimensione del sensore non cresce, si devono necessariamente aumentare i fotoricettori che diventano più piccoli, con una serie di svantaggi "tangibili".

Pochi Megapixel ben illuminati (utilizzando buoni obiettivi e DSP potente) consentono di ottenere risultati migliori rispetto a dispositivi che si gloriano di un numero di Megapixel molto più elevato.

Una reflex digitale full frame 35 mm ha le stesse dimensioni del negativo usato nella maggioranza delle reflex a pellicola; una "normale" a 50 mm ha in realtà un sensore molto più piccolo (nelle MQT o Micro Quattro Terzi è 25 mm); su uno smartphone si passa a 4-5 mm con un sensore che di solito non supera 1/3 di pollice (1/2 di pollice nel caso del Sony IMX586).

Il metodo di misura scelto per riferirsi alle dimensioni del sensore è piuttosto contorto: è stato inizialmente scelto però distogliere l'attenzione degli utenti finali da quanto piccoli fossero i sensori utilizzati negli smartphone.

Il trend recente mostra che soprattutto nei telefoni con fotocamere con un elevato valore in termini di Megapixel anche le dimensioni dei sensori stanno crescendo. Nel 2020 uno degli smartphone con il sensore principale di più grandi dimensioni (pari a 1/1,28") era lo Huawei P40 Pro+.

La dimensione dei sensori delle fotocamere per smartphone è certamente cresciuta nel corso degli anni e ha raggiunto livelli incredibili ma restano ancora non confrontabili rispetto a quelle dei sensori full-frame come quelli che si trovano nelle fotocamere DSLR.

Un sensore full-frame da 35 mm misura 864 mm2 mentre un sensore per smartphone da 1/1,7" misura appena 43 mm2 risultano venti volte più piccolo rispetto a quello di una fotocamera DSLR.

Sempre parlando di smartphone, prima di esaminare il dato relativo ai Megapixel bisognerebbe controllare il numero e la tipologia dei sensori fotografici presenti sul dorso.

Il sensore principale viene infatti utilizzato per scattare una foto normale, un altro per acquisire le informazioni in monocromatico, un altro per esaltare la profondità di tempo, un altro ancora per il grandangolo.

La società cinese Bigpixel Technology ha pubblicato qualche tempo fa la sua prima immagine a 195 Gigapixel, una foto panoramica che è stata realizzata unendo una serie di scatti effettuati, nel corso di mesi, dalla Oriental Pearl Tower di Shanghai.

I portavoce di Bigpixel, pur non rivelando i dettagli tecnici, hanno spiegato che le foto utilizzate per comporre l'immagine panoramica a 360 gradi offrono un livello di dettaglio 2.000 volte superiore a quello "catturabile" con gli smartphone consumer.


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