lunedì, novembre 07, 2016

Megapixel utili?



È una vita che l'utonto medio continua a volere megapixel come se fossero l'unica cosa di un sensore fotografico.





Più o meno dagli stessi tempi, o poco più in là, i cultori della qualità continuano a rompere le scatole che abbassare il numero di pixel e l'unica strada che può portare da qualche parte.



In realtà se andiamo a vedere qualunque forum o qualunque sito la gente si scanna semplicemente perché non partono dalle stesse basi. Anzi spesso non le hanno proprio.


Chi sostiene che piu' pixel sia meglio e chi sostiene che meno is better portano strambe formule matematiche, test su sensori non simili, esempi di foto fatte con obbiettivi diversi...
Sembra la storia dell'HD...

Vediamo di spiegarlo con semplicita' prendendo un po' di scorciatoie.


In realta' la storia dei sensori e' la storia dell'abbattimento del rumore e incremento del segnale.

Il segnale / disturbo vede due fronti: abbattimento del disturbo e incremento del segnale (in soldoni numero di fotoni che impattano)

Innanzitutto bisogna ben ricordare che all'inizio della diffusione del “digitale” un numero di pixel elevato sembrava una garanzia di una qualità superiore.

I primi sensori, bisogna ricordarlo, erano 320 × 200. 60.000.
0.06 Megapixel molto rumorosi.
All'epoca, come ricordato nella serie di post riguardanti la storia della fotografia, ad ogni aumento di pixel c'è stata in maniera più o meno netta un aumento proporzionale della qualità e quando si è arrivati intorno al megapixel, decine di volte superiore ai primi tentativi, si è parlato di grande qualità fotografica e il reparto di marketing non potendo parlare di cose serie come il numero di linee o la qualità generale data dal rumore ha dovuto trovare un numero singolo che identificasse qualcosa ed è stato scelto di usare i megapixel.

La cosa ha continuato quando i megapixel hanno superato i due, i tre e persino i cinque megapixel.
Ormai erano sufficienti per un uso dell'uomo comune.


Anzi una buona 13*15 e' assolutamente ottima con 2 megapixel (vedi sotto) di un sensore BUONO. Non parliamo dei display sfondaocchi del celli o dei tv (1500*1080 circa, 4:3), per quelli basterebbe molto meno.

Aumentare la pixelitudine oltre i 2 megapixel porta solo sventura, peste e anche un po di sfiga, se si vuole pagare il sensore meno di un gelato e/o essere delle dimensioni di una briciola di pane.

Ma ormai il danno era fatto, nell'immaginario collettivo l'unico parametro per definire una qualche qualità era diventato il megapixel.

A questo bisogna aggiungere che ogni generazione di sensore porta con sé delle migliorie e quindi, dal momento che i nuovi impianti producono anche sensori con più pixel, come da richiesta dell'imbec, ops, del consumatore, c'è stato un ulteriore associazione tra numero di pixel e qualità da parte di quest'ultimo.

Per capire quanto un parametro può influire in maniera vantaggioso o meno è necessario che tutti gli altri parametri siano identici.

Ovvero, per far sì di capire se un numero di pixel maggiore porta a un miglioramento complessivo delle riprese è necessario avere due sensori assolutamente identici e della stessa generazione in cui l'unica cosa che differisce è appunto il numero di pixel.


Se non facciamo questo finiamo nel calderone degli idioti che pensano che un 32 pollici sia meglio vederlo in alta definizione semplicemente perché il loro specifico televisore ha delle problematiche per le quali funziona meglio in una determinata situazione. A costoro viene in mente la strana idea che una maggiore definizione sia migliore quando invece è da buttare il televisore cinese.

Infatti il confronto di quelli più arrabbiati che continuano a portare come megapixel sia l'unica bandiera di verità solitamente fanno il confronto tra due apparecchi, magari distanti anni, in cui, oggettivamente, la qualità e' nettamente superiore nell'apparecchio dotato di maggior numero di pixel.


Esempio: il mio vecchio cellulare due megapixel fa veramente schifo rispetto al nuovo cellulare da otto.
Ad una persona senza cervello potrebbe venire in mente che la miglioria tra i due apparecchi è data dal fatto che otto megapixel si vedono meglio di due quando i due apparecchi sono distanti quattro anni, hanno due tecnologie completamente diverse di sensore e sono persino di fasce di prezzo completamente distinte.
Basta pero' confrontare i risultati con la mia vecchia reflex da 6megapixel (CCD, APSC) per capire che un cellulare da 8 (microbo, CMOS) e' cacca pur essendo NUOVO.


A questo punto cominciamo a capire come dobbiamo fare a fare un confronto ma soprattutto andremo a capire come è strutturato sensore.


La prima cosa che dobbiamo capire e che quasi tutti i sensori sono in bianco e nero e solamente perché esiste davanti un mosaico di piastrelle di plastica colorate riesce a percepire colori.







La seconda cosa che dobbiamo capire e che, in un'ottica di risparmio nata quando la risoluzione era 320 × 200, il messaggio viene interpolato partendo da una matrice un po' strana, magia permessa dal fatto che l'occhio vede molto di più sul verde.


Un obiettivo che dava ottimi risultati su di una pellicola potrebbe trovarsi in difficoltà con un sensore perché non solo i pixel sono, a parità di definizione, il quadruplo ma dove deve entrare il fotone è realtà un pozzo.


Gli obiettivi per il digitale devono avere
un elevato contrasto,
una risoluzione superiore,
e avere i raggi uscenti praticamente perpendicolari al sensore.


Un obbiettivo con una risoluzione inferiore su una pellicola rende l'immagine più morbida mentre invece su di un sensore fa crollare la risoluzione perché gli artefatti ottici, come le centriche di diffrazione, perturbano grandi zone di pixel.

In pratica con un obiettivo economico potrebbe essere nettamente vantaggioso dal punto di vista della qualità registrata abbassare in maniera drastica il numero di pixel. Pur essendo contro intuitivo il risultato è migliore.

Come vedremo, l'aumento dei pixel porta ad un danno notevole della qualita' del sensore e un cellulare non dovrebbe azzardare ad andare oltre i 3 megapixel

Partiamo dalla struttura.

Molti fantaesperti dicono che aumentando il numero di pixel il rumore complessivo non cambia. Parlano di formule e crop vari.

Cazzate.
enormi cazzate

Il loro credo e' che una zona ha un rumore indipendentemente dal numero di pixel.

Il perche' appaiono diversi e' per via che croppandoli (ritagliare e' difficile come vocabolo) si ingrandisce il rumore


Sarebbe vero se i sensori fossero fatti come nei disegnini




Ma non sono disegnini.







Se guadiamo un sensore al microscopio vediamo che nel caso specifico il sensore e' solo ¼ (25%) del pixel.

Infatti il sensore non e' il pixel.

Una parte dell'elettronica rimane grossomodo grande uguale sia che usiamo pixel enormi che pixel piccolissimi.

Ne consegue che se dimezzassi il numero dei pixel l'area del singolo sensore non raddoppierebbe ma triplicherebbe almeno.


Forse abbiamo capito perche' le marche migliori non sono quelle che mettono troppi megapixel e perche' l'area del sensore e' piu' importante: piu' e' grande il sensore piu' e' alto il fattore di riempimento.
Le marche peggiori mettono tanti pixel perche' “vende bene”non perche si "vede bene" che non frega a nessuno.
I risultati si vedono.
La classifica di vendita aderisce al numero di pixel. Urlare “piu' pixel per tutti” vince.


Per incrementare l'area “sensibile” negli anni sono state percorse molte strade.
La prima e' stata diminuire il consumo, a parita del resto, meno rumore, meno consumo vuol dire transistor piu' piccoli e quindi piu' sensore.

Nel 2005 i sensori fotografici avevano mediamente ancora il 70% dell'area occupata dall'elettronica, in alcuni casi il sensore vero e proprio era intorno al 10%.

A questo si aggiunge che il sensore e' distribuito su 4 zone per via del filtro a matrice.

In pratica era orbo come una talpa.

Questo vuol dire che quando impostiamo 100ISO, in realta', il sensore della macrofoto di cui sopra, lavora con 1600ISO.

Oppure possiamo dire che un cellulare dell'epoca lavorava sempre con un 8.000ISO anche all'aperto. Immaginate cosa fa al chiuso.

Avete capito perche' e' importate l'elaborazione del segnale per abbattere la risoluzione reale impastando l'immagine e saturando i contrasto e maciullando i colori.


Cosi' facendo sparisce il rumore a scapito della dinamica e della risoluzione, vanificando il fatto di avere un gran numero di pixel. Ma non si vede una grattuggiata di punti impazziti.

E' il motivo perche' i cellulari hanno pochi colori e i colori solarizzati e la pelle grumosa. Non perche' il sensore ha pochi pixel ma perche' e' cieco e deve inventare particolari che non vede.

Negli anni sono state fatte molte evoluzioni

La prima e' stata di mettere delle lenti davanti ai sensori. La lente serve a concentrare la luce che arriva sopra il pixel e infilarla nel sensore.
E' chiaro che se anche recuperasse solo la meta' del perso darebbe un RADDOPPIO di segnale.









Ovviamente ha i suoi problemi una soluzione del genere.


Innanzi tutto il sensore, che e' un pozzo, ha ancora piu' problemi con i raggi inclinati e i grandangolari sui bordi perdono parecchio.

Poi avvengono interazioni “strane” con le ottiche intercambiabili piu' aumento il “gioco”.

Se ne sono accorti bene i possessori di canon (molti troppi mega, piu' pelo per tutti, pixel) che le ottiche a fuoco non mettevano a fuoco anche se lo erano.
Ecco, adesso sanno perche'.

Ovviamente e' un danno che, poco dopo, ha poi colpito tutti.








Dopo hanno verniciato di nero l'elettronica.

Eggia', la lente si comporta come una lente e l'elettronica che e' di colore metallico spara riflessi nelle ottiche che poi lo distribuiscono dove non dovrebbero.

Per ovviare al problema del raggio parallelo che finisce nel pozzo panasonic ha introdotto una guida d'onda sotto al pixel.

Pero' e' una soluzione complessa e costosa.








Sucessivamente sony ha prodotto dei sensori CMOS commerciali la cui elettronica era parzialmente disegnata sotto il sensore. Per farlo a meta' processo si ribalta il silicio e si lucida. Per questo motivo i sensori vengono chiamati BSI.

Alcuni siti e riviste, anche importanti, dicono (o hanno detto persino sulla carta) che ci sono specchi e illuminatori.

Si chiama illuminazione posteriore perche' la luce arriva da dietro e il sensore e' montato alla rovescia. Google translate, vero?

Questo ha anche un vantaggio se usato con le lenti perche la luce riflessa dall'elettronica (ora altrove) si rifletteva sui vari pixel. Adesso meno, non fidatevi dei disegnini dove non avviene.

Il rovescio della medaglia che le cariche elettriche sui vari sensori soffrono di potente diafonia. (vedi rumore e si fa un passo avanti e mezzo indietro)


E' per questo che nonostante fossero in uso sul cellulari dal 2008, affamati di luce per via della densita' di pixel alquanto idiota, solo nel 2015 e' arrivata questa modalita' anche sulle 24x36 (Sony α7R II). In pratica sui cellulari e' stato meglio massacrare i colori ma avere un po' di luce in fondo al tunnel della tristezza.




Grazie al fatto che l'elettronica e' parzialmente sotto, le lenti per la concentrazione possono essere piu' grandi e qualcuno ha pensato di farle “tagliate” in maniera che fossero quadrate e non tonde. Questo e' avvenuto anche nei CCD che hanno meno problemi (ma sono piu' costosi) e hanno performances fotografiche migliori. Ovviamente lenti cosi' tagliate hanno fotoni che vanno a spasso ma comunque raccolgono di piu' (es EOS 40vs50). Ovviamente le lenti poi sblaterano, ma alla fine conta di piu' ricevere 10 fotoni in piu' anche se 3 se ne sono andati sul pixel sbagliato.

Un sensore moderno e' passato da pochi anni da beccare il 10% dei fotoni a punte del 90%.

In realta' e' stata questa “banalita'” e' la differenza fra il sensore della prima mavica tristezza o la prima canon IOS di m. e quello dell'ultima reflex di fascia alta.

Rimane il fatto che queste percentuali sono variabili a seconda del numero di pixel: aumentando il numero di pixel le zone prato e/o l'elettronica rimangono.

Se si mantengono le caratteristiche devono aumentare di numero e, geometricamente, sul sensore occupare piu' spazio per le aree cieche.

Ad un aumento lineare dei pixel aumenta il numero delle zone cieche.
E' banale geometria delle medie.



In pratica per via della complessita' del sensore, le lenti sopra, il sensore rovesciato, il filtro, l'elettronica che e' rumorosa, ad un aumento del numero dei pixel corrisponde un aumento delle interferenze sui 4 lati delle lenti, della diafonia e della ristrettezza del pozzo.









Perche', ricordiamo, un buco se e' grande e' un banale buco ma se e' piccolissimo e sopra ha impilate un po' di cosette diventa, proporzionalmente, un pozzo difficile da raggiungere.


A questo si aggiunge l'obbiettivo.

Nella pellicola era tutto semplice:
si raddoppia la risoluzione dell'ottica = doppio risultato.

Con i sensori e' difficile. Se fossero al 100% l'ottica dovrebbe avere una risoluzione quadrupla del risultato (il mosaico...)

Ma se solo il sensore fosse il 25% l'insieme dell'ottica e del duplicatore di focale integrato (ok, e' alla rovescia, ma avete capito) presente sul sensore dovrebbe avere una risoluzione piu' che quadrupla.
In pratica aumentando la densita' di pixel stiamo aumentando le pretese dell'ottica esponenzialmente.

Ora avete capito, spero, perche' non e' saggio salire all'infinito nella densita' dei pixel.

Un pixel piu' piccolo non e' solo piu' piccolo ma diviene MOLTO piu' piccolo e MOLTO piu' problematico.

E' il motivo per il quale la Pentax (e molti altri...) da sempre fa la 645 anziche' una misera 24x36.
E' il motivo per il quale una 24x36 si vede meglio di un aps-c
E' il motivo per il quale un picolo sensore non e' solo un sensore piccolo ma e' un sensore piu' morto che vivo.

Adesso capiamo perche i cellulari non hanno lo zoom, a quelle dimensoni di sensori costerebbe gia un'ottica fissa migliaia di euro ma uno zoom (vero, non come la boiata del citofon7) andrebbe a costare milioni.

Lo stesso motivo per il quale il nuovo c-tofon 7s ha un'apertura di f1.8: non e' perche e' piu' luminoso, e' perche altrimenti l'ottica creerebbe mostruose figure di diffrazione.

Sta ad indicare un sensore troppo piccolo. Probabilmente con un f4 mezzo sensore non riceverebbe luce, in maniera pseudocasuale.

Alla faccia della pubblicita' della mela. Poi che  i concorrenti siano spesso messi peggio e' altro.

Concludendo:
L'aumento sconclusionato del numero di pixel soprattutto sui sensori piccoli come quelli delle compatte o microbi come i cellulari non porta ad un aumento della risoluzione ma ad aumento dei problemi che causano una diminuzione della qualita' netta.

Un sensore dovrebbe essere il piu' grande, dimensionalmente, possibile.
La quantita' di pixel dovrebbe essere solo quella che ci serve.

Un telefono se fosse dotato di 3megapixel avrebbe solo da guadagnare (a parita' del resto) e con un sensore meno smilzo potrebbe introdurre migliorie come il diaframma o altro.

Anche nelle reflex un numero galattico di pixel non fornisce un plus come dimostravano le foto con le stesse ottiche delle top di gamma (vi do un indizio, 2007).
D'altro canto non e' certamente ipotizzabile avere un sensore da 320x200.

Ma come al solito la virtu' e' nel mezzo e piu' patata per tutti non e' un buon sistema per scegliere.




PS

Demolire il megapixel e' facile:

Prendete una serie di foto fatte a qualita' altissima e con una MFT ottima e un buon contrasto generale del soggetto.
Scalate in 5 step partendo da 1026*768 (0.7Megapixel), 2, 4, 8, 16Mpix..
Io ne ho prese 2, una analogica e una digitale (totale 10 stampe).

Prendete anche 2 immaginette fatte da un c-itofon (io ho usato un c-tofon 4Stolt 8fintopixel, mi pare) e da un shampugo (Smerd5 da 16milioni di asini) scattate in studio con lo stesso soggetto in luce continua.

Poi stampate in 13x18 usando atrezzature al di sopra di ogni sospetto. Meglio un service professionale che una povera inkjet.

Chiedete ad un pubblico qualsivoglia di metterle per ordine di qualita'.

Ho messo un bollino non parlante (DD, HR, ZP) dietro ad ognuna e ho chiesto ai soggetti dei corsi di fotografia, uno alla volta per evitare influenze, di scrivere su un foglio la classifica.

A questo punto scoprirete una cosa molto divertente.

Le foto non saranno mai messe in ordine giusto. Solo un 10% riesce a mettere la 768 come prima ma molti la considerano fra le migliori quando non la migliore in assoluto. Quindi e' un dato di fatto che la risoluzione non conta (a quella dimensione).
Il numero di soggetti ormai supera i 150.


Diverso e' il caso per i cellulari che mostro con 2 foto, da 16.
La identificano subito come DIVERSA.

Attenzione che con cellulari piu' recenti la solarizzazione e' ancora piu' pesante e l'immagine, per quanto un bidone, per una fascia poco preparata sara' accattivante. Per un sano confronto dovete dare un paragone "consono" mettendo i gamma e la pendenza uguale e dando il soggetto. Allora converranno tutti che e' sballata.


5 commenti:

Enrico gi.elle ha detto...

Ottimo, preciso, istruttivo ed amaramente ironico come sempre.

A dimostrazione altrettanto empirica si può portare il prezzo delle reflex veemente pro come la citata 645D Pentax che facilmente viaggiano sulle decine di migliaia di euro.

C'è però da dire che con le reflex cosiddette prosumer ed un obiettivo serio (in tutto siamo sui 1500€) si ottengono delle ottime foto a patto di non superare il formato A4 stampato da un service.

Maledetto marketing

Anonimo ha detto...

Bell'articolo, veramente interessante, uno dei migliori articoli che hai scritto... grazie ancora, blu-flame.
A mo' di verifica di quanto dice posso riferire che il vecchio Nokia 5800 (3.15 MPixel) fa foto decisamente migliori (soprattutto con una particolare versione software... altre avevano problemi di messa a fuoco da vicino) del Lumia 670 (13 MPixel). Non c'e' bisogno di stampare: la differenza la vedo gia' sul monitor del PC.

Aggiungo poi una mia considerazione (magari sbagliata) sull'inflazione. Una volta con uno-due milioni di attrezzatura potevi permetterti un ottimo corpo macchina e un paio di obbiettivi di buona qualita'. Adesso - parto dalle cifre citate da Enrico - sembra che ci voglia almeno 5 se non 10 volte tanto...
Come per tante altre cose, anche in questo campo non mi sembra che i prezzi siano diminuiti... e' semplicemente diventato piu' economico e semplice di prima avere materiale scadente, ma molto piu' costoso puntare a un livello alto.

p.s. qualcuno mi puo' spiegare cosa significa impostare il valore ISO con una macchina digitale? Con il fotochimico il significato era ovvio: era la pellicola che nasceva cosi'. Ma con il digitale, il sensore e' sempre quello, e la sua sensibilita' reale ai fotoni non cambia, giusto? E allora? Grazie.

Anonimo ha detto...

Commento precedente... ho dimenticato la firma: Fred

Max De Poli ha detto...


...il fatto che grazie ai beoti che confondono telefono e fotocamera dobbiamo arrivare a considerare seriamente frasi come:
"introdurre migliorie come il diaframma"
mi fa veramente disperare.
Soprattutto perchè si applica a tutti i campi, tranne forse al giuoco del pallone, dove viceversa l'eccellenza è sempre ricercata e ben retribuita.
Siamo destinati a un futuro di merdocrazia, il dominio incontrastato della mediocrità.

Kon ha detto...

Nella mia ignoranza e' una cosa che sospettavo.
C'e' stato un produttore di cellulari che ha provato la strada del meno megapixel e sensori piu' grandi, ma non ha avuto molto seguito (ma ha solo 4 Megaficsel quando gli altri produttori vanno dai 8 ai 13)