Invarianza iso di un sensore

Invarianza iso di un sensore

Hai mai sentito parlare di invarianza ISO? è un argomento strettamente legato al rumore digitale, un concetto relativamente nuovo ma destinato ad avere una certa importanza nella fotografia digitale. Nella scorsa lezione, ho parlato di rumore digitale, come si forma nelle nostre fotografie e com’è possibile ridurlo già in fase di ripresa e rimuoverlo in post-produzione. Se ti sei perso la lezione eccola quì: Rumore digitale in Fotografia; cos’è e come si corregge.

Altrimenti se è la prima volta che consulti questo sito, puoi trovare tutte le lezioni di questo corso nell’indice del corso di fotografia online gratuito. In questa nuova lezione ti parlerò dell’invarianza ISO di un sensore. Argomento complesso che però cercherò di semplificare il più possibile per renderlo comprensibile a tutti.

Premessa all’invarianza ISO

Questo argomento non è ancora tenuto in grande considerazione da molti. Forse perché ancora non si comprende bene a cosa porterà con l’avanzare della tecnologia. Si! infatti i sensori ISO invarianti potrebbero stravolgere completamente il nostro approccio alla fotografia, o meglio all’esposizione. Il triangolo dell’esposizione potrebbe diventare: la coppia dell’esposizione.

Sin dalle sue origini, in fotografia, ci sono stati tre elementi di base da tenere in considerazione quando si scatta una fotografia. Sono elementi immutabili, qualunque sia il tipo di fotocamera che stai usando: apertura del diaframma, tempo di scatto e sensibilità ISO del sensore (o ASA sensibilità della pellicola in fotografia analogica). Questi elementi formano il così detto “triangolo dell’esposizione“.

I principianti affidano il controllo di questi parametri interamente alla fotocamera, usando la modalità automatica. Altri preferiscono controllare solo una parte di questi, affidando il resto alla fotocamera con l’utilizzo di modalità a priorità di apertura o priorità di scatto. Utenti più avanzati invece preferiscono avere il controllo completo di tutti i parametri, per ottenere il miglior risultato.

Qualunque sia il tuo modo di scattare: diaframma, otturatore e ISO lavorano sempre insieme per permetterti di ottenere le fotografie che desideri. Almeno è stato così fino ad ora!

Le costanti della fotografia

Dei tre parametri di cui abbiamo appena parlato, due sono praticamente intoccabili e sono collegati alla fisica. Variare l’apertura del diaframma, permette di controllare la quantità di luce che raggiunge il sensore, ma non solo! Ti consente anche di modificare la profondità di campo. La velocità dell’otturatore ti consente di congelare il movimento, per cui occorrono tempi molto brevi, o al contrario, è requisito immutabile un tempo lungo, se vuoi creare scie luminose o altri tipi di fotografie con lunga esposizione.

Questi sono aspetti immutabili, non solo dal punto di vista tecnico, ma anche creativo.

Per l’ISO cambia tutto

Non si può fare lo stesso discorso per quel che riguarda l’ISO. Infatti se vogliamo aumentare la luminosità delle nostre fotografie, possiamo intervenire sia sul diaframma che sui tempi dell’otturatore e solo quando non c’è altra soluzione aumentare gli ISO. In molte delle situazioni in cui si viene a trovare un fotografo, l’utilizzo degli ISO potrebbe essere evitato. Questo infatti non è che un’amplificazione del segnale (in estrema sintesi) che permette al sensore di catturare più luce, ma con essa anche segnali di disturbo.

In questo modo si genera il rumore (approfondisci nella lezione sul rumore digitale). Nel tempo, le moderne tecnologie dei sensori, hanno fatto enormi progressi, ed oggi scattare ad ISO elevati con macchine fotografiche come Nikon D810 o Canon 5D Mark IV, produce immagini che sono molto più utilizzabili rispetto a fotocamere di qualche anno addietro. Ma nuove tecnologie stanno prendendo piede e guadagnando importanza per offrire una soluzione sempre più valida in questo senso.

Alcuni sensori, sono talmente evoluti da essere noti come sensori ISO invarianti. Certo non in senso assoluto! ma con evidenti vantaggi sul fronte del rumore digitale.

Cos’è l’invarianza ISO?

L’invarianza ISO è una proprietà del sensore di una fotocamera. Cosa significa? Se devo definire il concetto in senso assoluto, se un sensore è perfettamente ISO invariante, non c’è differenza in termini di rumore, tra una foto scattata ad alti ISO ed una a bassi ISO schiarita in post-produzione.

In pratica, se scattiamo due fotografie con le stesse impostazioni di otturatore e diaframma, variando solo l’ISO (una a ISO 100 e la seconda a ISO 3200), possiamo ottenere lo stesso risultato aumentando l’esposizione di cinque stop in post-produzione, nella foto a ISO 100.

Ma per comprendere meglio che cosa sia l’invarianza ISO di un sensore è bene fare qualche approfondimento sul rumore in fotografia.

Approfondimenti sul rumore in fotografia

Le fonti di rumore in fotografia sono fondamentalmente due:

  • il rumore che si forma nell’ambiente, al di fuori della fotocamera, detto anche rumore fotonico (o rumore ambientale). Questo tipo di rumore è prodotto dai fotoni riflessi dalla scena che stiamo riprendendo. Questo perché i fotoni non arrivano al sensore tutti allo stesso modo, in quanto nella scena vengono riflessi in maniera casuale. Questo tipo di rumore è presente soprattutto nelle zone in ombra della scena, perché semplificando, ricevendo e riflettendo meno fotoni rispetto ad una zona maggiormente illuminata, la casualità dei fotoni aumenta. In questo modo generano più rumore. Questo tipo di rumore va fuori il controllo della nostra fotocamera, contro il quale non può far nulla.
  • Il rumore di lettura, dovuto alla circuiteria della fotocamera, il quale si divide a sua volta in due parti: una che avviene prima dell’amplificazione analogica (rumore di lettura di front-end) e una che avviene subito dopo (rumore di lettura di back-end).

rumore di lettura di front-end

Il rumore di front-end si forma al momento in cui il sensore converte il segnale luminoso in un segnale elettrico, per una serie di motivi di cui abbiamo parlato nella scorsa lezione. Fra questi può essere il calore generato dalle cariche elettriche o problematiche relative alla miniaturizzazione di circuiti così complessi.

Rumore di lettura di back-end

Il rumore di back-end è simile al rumore di front-end, ma con la differenza che si forma dopo l’amplificazione analogica. Questo rumore si forma durante il processo di conversione del segnale analogico in digitale. Questo è un punto chiave per quanto riguarda i sensori ISO invarianti. Ma andiamo per gradi e torniamo per un attimo all’amplificazione analogica.

Cos’è l’amplificazione analogica

In tutto il discorso che abbiamo fatto, possiamo considerare l’amplificazione analogica come una sorta di sparti acque. Da una parte troviamo il rumore dei fotoni ed il rumore di front-end, per i quali non possiamo fare molto. Dall’altra parte invece troviamo il rumore di back-end. Quando il sensore della fotocamera viene colpito dai fotoni riflessi dalla scena, si genera una carica elettrica che successivamente viene convertita in una tensione analogica.

Questa tensione è poi amplificata di un fattore che corrisponde direttamente al valore di ISO che abbiamo impostato. Quindi maggiore è il valore ISO che abbiamo impostato, maggiore sarà il guadagno, in termini di luminosità, dato dall’amplificazione analogica.

Il problema è che insieme al segnale di luminosità (quello che forma la nostra immagine), viene amplificato, e reso più evidente, anche il segnale di disturbo, ovvero il rumore dei fotoni e quello di front-end. Fin qui si può fare ben poco per ridurre il rumore, a parte usare sensori di ultima generazione che producono sempre meno rumore. Restano utili i consigli che abbiamo visto nella lezione precedente.

Cos’è l’amplificazione digitale

Come abbiamo detto poco fa, oltre al rumore fotonico e di front-end, c’è il rumore di back-end. Qui entra in gioco l’amplificazione digitale. Infatti, subito dopo l’amplificazione analogica, la tensione risultante viene convertita in un segnale digitale, cioè un codice binario che può essere letto da un computer. Proprio in questa fase di conversione, si genera il rumore di back-end.

A questo punto, se volessimo aggiungere luminosità alla nostra foto, dovremmo amplificare ulteriormente il segnale on camera o in post-produzione. Avendo un segnale digitale, questa amplificazione non è altro che una moltiplicazione matematica. Eventuali imperfezioni presenti nel segnale verranno anch’esse amplificate, ma essendo un’operazione matematica, di per se non aggiunge rumore.

Bisogna specificare che gli ISO sono suddivisi in ISO reali (quelli che intervengono durante l’amplificazione analogica) ed ISO simulati (che intervengono solo durante l’amplificazione digitale). Quindi, sotto l’aspetto della sola amplificazione digitale, aumentare l’esposizione on camera o attraverso un software di post-produzione è esattamente la stessa cosa, in quanto si tratta di un’operazione matematica.

Cosa rende un sensore ISO invariante?

Alla luce del discorso appena fatto, se un sensore fosse completamente privo di rumore di back-end, sarebbe indifferente aumentare l’esposizione della nostra foto con un’amplificazione analogica oppure digitale. Questo perché in assenza del rumore di back-end, le due operazioni darebbero luogo allo stesso risultato in termini di rumore. Un sensore di questo tipo sarebbe perfettamente ISO invariante.

Qualcuno potrebbe chiedersi: ma esistono sensori perfettamente ISO invarianti? La risposta è no! ma l’evoluzione tecnologica degli ultimi anni ha fatto si che alcuni sensori ci si avvicinassero molto. Se pur non perfettamente invarianti lo sono in una parte del loro range di sensibilità ISO. Questo significa che possiamo permetterci di scattare con una sensibilità più bassa, per poi aumentare l’esposizione in post-produzione, senza alcuna penalizzazione in termini di rumore. In questo modo possiamo preservare maggior dettaglio nelle alte luci, ottenendo un grande vantaggio in termini di gamma dinamica.

Il motivo è molto semplice, usando l’amplificazione digitale (ovvero valori di ISO simulati), tutti i valori che per effetto della moltiplicazione superano la soglia del bianco puro, verranno tagliati con una conseguente perdita di informazioni, e non potranno essere ricostruiti in post-produzione.

Lo so! a questo punto ti starai chiedendo: come faccio a sapere se la mia fotocamera ha un sensore ISO invariante? Beh se vuoi scoprirlo puoi consultare Photons to photo, un sito dove sono pubblicati i risultati dei test su diverse fotocamere e riportati su grafici esplicativi. Cerca nell’elenco a destra il tuo modello di fotocamera per vedere in quale range ISO risulta essere invariante.

Alcuni consigli sull’invarianza ISO

  1. Non avere paura di usare valori ISO anche elevati, purché siano valori reali della fotocamera e non simulati. Questi ultimi non danno nessun vantaggio in termini di rumore o gamma dinamica. Inoltre tieni presente che in alcune fotocamere, i valori intermedi di ISO (125 – 160 ecc.) sono valori simulati ed è meglio evitare di usarli.
  2. Se la tua fotocamera si avvicina all’invarianza ISO, puoi usare valori ISO reali più bassi (in base alla scena che stai riprendendo), anche sottoesponendo un po’ le tue foto, per poi recuperarle in post-produzione. Così potrai ottenere i vantaggi di una gamma dinamica più estesa, senza penalizzare lo scatto in termini di rumore.
  3. Un consiglio sempre in voga: scatta in RAW! Se scatti in JPEG non otterrai nessun beneficio dall’invarianza ISO del tuo sensore.

In Conclusione

L’argomento dell’invarianza ISO è molto tecnico ed in questa lezione ho cercato di semplificare il più possibile, cercando di essere comprensibile per tutti. Riassumendo, le fonti di rumore in fotografia sono differenti, Rumore dei fotoni, rumore di letture di front-end e rumore di lettura di back-end. Sulle prime due fonti la fotocamera può fare ben poco o nulla. Ma con le nuove tecnologie i sensori producono sempre meno rumore di back-end. Più basso è il rumore di lettura di back-end più la fotocamera si avvicina all’invarianza ISO. Sotto questo profilo la Sony A7III e la Fujifilm X-T3 offrono un ottimo risultato.

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