La sola vera differenza fra una macchina fotografica digitale
e una a pellicola risiede nel fatto che la macchina digitale
non utilizza pellicola per registrare un’immagine.
Tuttavia, quest’unica fondamentale diversità influenza
tutti i dispositivi all’interno della macchina,
dall’obiettivo all’esposimetro. Di conseguenza è importante
apprendere esattamente che cosa accade
dentro la propria macchina digitale.
1.1 Qualcosa di vecchio, qualcosa
di nuovo
Proprio come farebbe una macchina fotografica tradizionale,
la vostra macchina digitale registra un’im2
Come funziona una macchina fotografica digitale
magine per mezzo di un obiettivo che focalizza la
luce su di un piano focale. In una macchina a pellicola,
la luce viene fatta convergere da una lente
(l’obiettivo) attraverso un’apertura e un otturatore,
fino a raggiungere una porzione di pellicola posizionata
sul piano focale. Chiudendo e aprendo l’apertura,
e variando il tempo di apertura dell’otturatore,
un fotografo può controllare come la pellicola viene
esposta. Come si vedrà più avanti, il controllo dell’esposizione
permette al fotografo di cambiare il livello
al quale la macchina congela l’azione, di controllare
quanto accuratamente la pellicola registra le informazioni
sul contrasto e sulla saturazione, e quali
parti dell’immagine risultano a fuoco.
La vostra macchina digitale funziona allo stesso
modo, ma invece di una porzione di pellicola sul
piano focale, si ha invece un particolare chip detto
CCD (Charge Coupled Device, dispositivo ad accoppiamento
di carica). Inoltre, come vedremo, la
maggior parte delle macchine digitali non hanno un
vero e proprio otturatore meccanico.
Quando si scatta una foto con una macchina digitale,
il CCD campiona la luce che passa attraverso
l’obiettivo e la converte in segnali elettrici. Si tratta
di segnali molto deboli che devono essere prima
amplificati e poi e inviati a un convertitore analogicodigitale
che trasforma i segnali in numeri. Questi
numeri vengono poi passati a un computer interno
per l’elaborazione. Una volta che esso ha calcolato
1.1 Qualcosa di vecchio, qualcosa di nuovo 3
l’immagine finale, i dati della nuova immagine sono
archiviati in una memory card (Figura 1.1).
Figura 1.1: La luce entra in una macchina digitale
esattamente come farebbe con una macchina tradizionale
a pellicola. Solo che, invece di impressionare
una porzione di pellicola, viene digitalizzata da un
microchip e passata a un computer interno che crea
l’immagine definitiva.
Per meglio comprendere come funziona una macchina
fotografica digitale, però cccorre conoscere qualcosa
in più per quanto riguarda il colore.
4 Come funziona una macchina fotografica digitale
1.2 Cenni di teoria sul colore
Nel 1869 James Clerk Maxwell chiese al fotografo
Thomas Sutton (l’inventore della macchina fotografica
SLR, reflex monobiettivo) di fare tre fotografie in
bianco e nero di un nastro di stoffa a motivi tartan.
Maxwell voleva verificare una sua teoria a riguardo
di un possibile metodo di creazione di fotografie a
colori. Chiese quindi a Sutton di disporre sulla macchina
un filtro differente a ogni scatto: prima un
filtro rosso, poi verde, poi blu. Dopo che la pellicola
fu sviluppata, Maxwell proiettò tutte e tre le fotografie
in bianco e nero su uno schermo, utilizzando tre
proiettori equipaggiati con gli stessi filtri usati per le
fotografie.
Quando le immagini vennero proiettate l’una sull’altra,
esse si completarono a vicenda e Maxwell
ottenne la prima fotografia a colori in assoluto.
Inutile aggiungere come questo fosse un procedimento
tutt’altro che pratico. Ci vollero purtroppo
altri trent’anni per trasformare la scoperta di Maxwell
in un prodotto commercializzabile. Ciò accadde
nel 1903, quando i fratelli Lumiere utilizzarono delle
tinte rosse, verdi e blu per colorare grani di amido
che potevano essere applicati a lastre di vetro per
creare immagini a colori. Essi chiamarono questo
processo Autochrome e si trattò del primo processo
riuscito di stampa a colori.
A scuola avrete probabilmente imparato che è
1.2 Cenni di teoria sul colore 5
possibile mescolare insieme i colori fondamentali per
ottenerne altri. I pittori hanno utilizzato questa tecnica
per secoli, certo, ma quel che Maxwell ha dimostrato
è che, mentre si possono mescolare varie
tinte per ottenere colori più scuri, la luce si mescola
per ottenere colori più chiari. O, per dirla in termini
tecnici, il colore si fonde attraverso un processo
sottrattivo (si sottrae colore per creare il nero),
mentre la luce si fonde attraverso un processo additivo
(si aggiunge colore per creare il bianco). Si
noti che Maxwell non scoprìle proprietà additive della
luce (molto tempo prima Newton aveva fatto parecchi
esperimenti a riguardo) ma egli fu il primo ad
applicarle all’ambito della fotografia.
Si osservi l’immagine contenuta nella cartella Color
Plate 1 nel CD-ROM allegato per vedere un rapido
esempio di come i tre colori additivi fondamentali
possano essere combinati per creare altri colori.
La vostra macchina digitale crea un’immagine a
colori servendosi di un processo praticamente identico
a quello usato da Maxwell nel 1860: essa scatta
tre diverse fotografie in bianco e nero e le fonde in
un’unica immagine a colori.
Quella mostrata in Figura 1.2 viene chiamata immagine
RGB perchè utilizza i canali rosso (Red), verde
(Green) e blu (Blue) per creare un’immagine a
colori. Come vedremo più oltre, è possibile apportare
correzioni e modifiche molto sofisticate agendo
direttamente sui singoli canali rosso, verde e blu.
6 Come funziona una macchina fotografica digitale
Figura 1.2: In un’immagine digitale tre canali separati,
rosso, verde e blu, vengono combinati per
produrre un’immagine finale a colori.
1.2 Cenni di teoria sul colore 7
SUGGERIMENTO
Voi dite “bianco e nero”, io dico “scala
di grigi” Anche se chi fotografa con macchine
a pellicola utilizza il termine “bianco e nero”
per indicare un’immagine che manca del colore,
nell’universo digitale è preferibile usare il
termine “scala di grigi”. Come abbiamo visto in
Figura 1.1 un computer può creare un’immagine
composta solamente da pixel bianchi e neri.
Di conseguenza è spesso importante distinguere
tra un’immagine fatta solo di pixel bianchi e
neri e una costituita da pixel di varie sfumature
di grigio.
Nel secolo e mezzo che è passato dall’invenzione
di Maxwell sono state scoperte altre modalità per
rappresentare il colore. Per esempio, un altro modello
chiamato Colore L*A*B (conosciuto anche come
Colore Lab) fa uso di un canale per l’informazione
sulla luminosità, un altro per la quantità di verde o
di rosso, e un terzo per la quantità di blu o di giallo.
Ed esiste anche il modello CMYK, ciano, magenta,
giallo (Yellow) e nero (BlacK), che viene utilizzato in
stampa.
Questi sistemi vengono chiamati modelli cromatici
o intervalli di colore, e ogni modello possiede
una particolare gamma o scala cromatica che può
visualizzare. Alcune scale sono più appropriate per
determinati scopi rispetto ad altre, e tutte queste
8 Come funziona una macchina fotografica digitale
gamme cromatiche sono più ridotte rispetto a quella
percepibile dall’occhio umano.
Ci occuperemo più approfonditamente di gamme
e modelli cromatici nei prossimi capitoli.
Per ora è importante comprendere che le fotografie
digitali sono costituite da canali separati di colore
rosso, verde e blu che si fondono per ottenere
l’immagine a colori.
1.3 Come funziona un CCD
George Smith e William Boyle erano due ingegneri
della Bell Labs. La storia narra che un giorno di
fine ottobre costoro discussero per circa un’ora ipotizzando
la possibilità di fabbricare un microchip, un
semiconduttore, che potesse essere usato al posto
del tradizionale tubo come parte sensibile di una videocamera
a stato solido invece che per la memoria
di un computer. L’anno era il 1969, e in quell’ora i
due ingegneri avevano ideato il CCD.
Circa un anno dopo, la Bell Labs realizzò una videocamera
del genere, sfruttando il nuovo chip di
Smith e Boyle. Anche se le loro intenzioni di partenza
erano quelle di costruire una semplice macchina
di ripresa che potesse essere utilizzata in un’apparecchiatura
di videotelefono, erano presto riusciti a
costruire un dispositivo sufficientemente adatto per
le trasmissioni televisive.
Da quel momento in poi, i CCD sono stati impie1.3
Come funziona un CCD 9
gati in una vasta gamma di dispositivi, dalle macchine
fotografiche ai fax. Dato che le videocamere
hanno una risoluzione piuttosto bassa, il CCD ha
funzionato ottimamente per creare immagini di buona
qualità video. Per la stampa, però, serve una
risoluzione molto più elevata. Perciò sono dovuti
attendere tempi piu recenti per vedere CCD con
una risoluzione tale da competere con la pellicola
fotografica.
1.3.1 Contare gli elettroni
La pellicola fotografica è ricoperta da un’emulsione
fotosensibile di cristalli di argento. Quando la luce
colpisce la pellicola, gli atomi di argento si agglomerano.
Più luce è presente, maggiori saranno gli
agglomerati. In questo modo una porzione di pellicola
registra i diversi quantitativi di luce che incidono
sulle varie zone della superficie. La pellicola a colori
è composta da tre livelli distinti, uno sensibile al
rosso, uno al verde e uno al blu.
Il CCD contenuto nella vostra macchina digitale è
un chip di silicio (Figura 1.3) ricoperto da una serie
di piccoli elettrodi chiamati photosite (fotoelementi).
Sistemati in una griglia, troviamo un photosite per
ogni pixel di un’immagine. Di conseguenza è il numero
di photosite che determina la risoluzione di un
CCD.
Prima di poter scattare una fotografia, la mac10
Come funziona una macchina fotografica digitale
Figura 1.3: Questo CCD della Kodak è tipico dei sensori
d’immagine che si trovano in molte macchine
digitali.
china digitale deve poter caricare di elettroni la superficie
del CCD. Quando la luce colpisce il CCD, gli
elettroni si agglomerano sopra la griglia di photosite.
Maggiore è la luce che coinvolge un photosite, maggiore
sarà il numero di elettroni agglomerati. Dopo
aver esposto il CCD alla luce, la macchina deve semplicemente
misurare la quantità di carica a ogni photosite
per determinare quanti elettroni sono coinvol1.3
Come funziona un CCD 11
ti, e cosìstabilire quanta luce ha inciso su quel determinato
punto. Questa misurazione viene poi mutata
in un numero da un convertitore analogico-digitale.
La maggior parte delle macchine digitali consumer
si serve di un convertitore analogico-digitale a
8 bit, ovvero la carica elettrica di ogni photosite viene
convertita in un numero a 8 bit, cioè un numero
fra 0 e 255. Alcune macchine più costose hanno
convertitori analogico-digitali a 10 o 12 bit, il che significa
che possono fare uso di valori fino a 1024 e
4096 rispettivamente.
In ogni caso, un convertitore da analogico a digitale
con una maggiore profondità di bit non offre al
vostro CCD una gamma dinamica maggiore. I colori
più luminosi e più scuri che può vedere rimangono
gli stessi: l’aumentata profondità di bit sta a significare
che la macchina produrrà delle gradazioni più
precise e sottili all’interno della gamma dinamica.
Il termine dispositivo ad accoppiamento di carica
(Charge Coupled Device, CCD) deriva dal modo in
cui la macchina digitale interpreta le cariche dei singoli
photosite. Dopo aver esposto il CCD, le cariche
sulla prima fila di photosite vengono trasferiti a un
dispositivo di uscita (read out register) dove vengono
amplificati e poi inviati al convertitore analogicodigitale.
Ogni fila di cariche viene elettricamente accoppiata
alla fila successiva in modo che, dopo che
una fila è stata letta e cancellata, le file successive
si spostano verso il basso per occupare lo spazio
12 Come funziona una macchina fotografica digitale
lasciato libero (Figura 1.4)
Figura 1.4: Le file di photosite sulla superficie del
CCD sono fra loro accoppiate. Non appena la fila più
bassa viene letta nella parte inferiore del CCD, tutte
le file soprastanti si spostano verso il basso. Questo
significa “accoppiamento” nella dicitura “dispositivo
ad accoppiamento di carica”.
Dopo che tutte le file di photosite sono state lette,
il CCD viene ricaricato di elettroni ed è pronto a
scattare una nuova immagine.
I photosite sono sensibili soltanto alla quantità di
luce che ricevono. Non si occupano del colore. Come
avrete già immaginato, per percepire il colore la
macchina digitale deve poter operare una sorta di
filtraggio RGB del tutto simile al metodo di Maxwell.
Per farlo vi sono molte strade, ma la più comune
è quella che sfrutta un sistema di batterie ad alli1.3
Come funziona un CCD 13
neamento singolo (single array), chiamato a volte
allineamento a righe (striped array).
1.3.2 Allineamenti
Figura 1.5: Pur non avendo la minima idea di quali
pixel appartengano alla prima figura, è però possibile
provare a indovinare quali possano essere i pixel
mancanti nella seconda.
Consideriamo le immagini in Figura 1.5. Se vi si
chiedesse di aggiungere i pixel mancanti nella Figura
1.5a, probabilmente la vostra reazione sarebbe:
Di cosa sta parlando?. Se però si ponesse la stessa
domanda nel caso della Figura 1.5b, con tutta probabilità
non avreste problemi a riprodurre l’immagine
riportata in Figura 1.6.
Sapreste quali pixel aggiungere basandovi sugli
14 Come funziona una macchina fotografica digitale
Figura 1.6: Se vi si chiedesse di aggiungere
i pixel mancanti alla Figura 1.5b, probabilmente
realizzereste un’immagine simile a questa.
altri pixel già esistenti nell’immagine. In altre parole
avreste finito con l’interpolare i nuovi pixel basandovi
sulle informazioni preesistenti. È probabile che
abbiate incontrato il fenomeno dell’interpolazione nel
1.3 Come funziona un CCD 15
caso del ridimensionamento di un’immagine con un
programma di editing quale Photoshop. Per ridimensionare
un’immagine da 4 x 6 a 8 x 10 l’editor di
immagini deve fare parecchi calcoli per determinare
di quali colori dovranno essere quei nuovi pixel.
Il sistema ad allineamento singolo impiegato in
una normale macchina digitale sfrutta una forma di
interpolazione per creare un’immagine a colori. Come
abbiamo visto nel paragrafo precedente, il CCD
all’interno della macchina è in grado di creare un’immagine
a scala di grigi del soggetto da fotografare
misurando la quantità di luce che va a colpire ogni
parte del sensore del CCD.
Per fotografare a colori, la vostra macchina effettua
un tipo di filtraggio RGB molto simile a quello
usato da Maxwell nel 1869. Ogni photosite sul CCD
viene colorato da un filtro, rosso verde o blu. Questa
combinazione di filtri viene chiamata allineamento
(array) di filtri a colori (color filter array) e la maggior
parte dei CCD usano uno schema di filtri come
quello in Figura 1.7.
Grazie a questi filtri, il CCD può produrre immagini
distinte, e incomplete, di colore rosso, verde e blu.
Le immagini sono incomplete perché se prendiamo
ad esempio quella rossa, ad essa mancano tutti quei
pixel coperti da un filtro blu, e viceversa l’immagine
blu manca dei pixel coperti da un filtro rosso. E
ad entrambe mancano tutti quei pixel coperti da un
filtro verde.
16 Come funziona una macchina fotografica digitale
Figura 1.7: Per vedere il colore, i pixel alternati su
un CCD vengono coperti da filtri di colore diverso. Il
sistema di allineamento dei filtri a colori mostrato in
figura viene chiamato schema Bayer.
Per realizzare un’immagine a colori completa, viene
utilizzato un metodo di interpolazione incredibilmente
sofisticato. Esattamente come voi avete
sfruttato le informazioni incomplete della Figura
3.5b per calcolare i pixel mancanti, la vostra macchina
digitale può calcolare il colore di ogni pixel analizzando
tutti i pixel adiacenti. Per esempio, se si
osserva un pixel in particolare e si nota che quello
immediatamente a sinistra è di color rosso brillante,
quello a destra è invece blu brillante e i pixel im1.3
Come funziona un CCD 17
mediatamente soprastanti e sottostanti sono verdi,
allora il pixel in questione sarà probabilmente bianco.
Perché? Come ha dimostrato Maxwell, se si mescola
un gruppo di luci rosse, verdi e blu, si ottiene
una luce bianca. Tra l’altro, se vi state chiedendo il
perché ci siano cosìtanti pixel verdi rispetto a quelli
rossi o blu, la risposta è che l’occhio è più sensibile
al verde; perciò è sempre bene avere più risoluzione
verde possibile.
Inutile aggiungere come questo tipo di interpolazione
sia incredibilmente complesso. Un conto è
dedurre un singolo pixel bianco, ma calcolare tutte
quelle sottili ombreggiature che servono a costituire
una fotografia coinvolge una serie di algoritmi davvero
arzigogolati. Le differenze fra questi algoritmi
sono solo una delle caratteristiche che distingue la
qualità delle varie macchine digitali.
Questo processo di interpolazione viene chiamato
demosaicizzazione e a seconda della marca della
macchina vi sono procedure differenti. Per esempio,
mentre molte macchine digitali controllano soltanto
i pixel immediatamente adiacenti, le macchine della
Hewlett-Packard arrivano ad analizzare una regione
di 9 x 9 pixel. Il SuperCCD della Fuji, d’altro canto,
evita la classica griglia di photosite quadrati in favore
di photosite ottagonali sistemati in una struttura a
nido d’ape. Un tale schema necessita ancora più demosaicizzazione
per produrre pixel d’immagine rettangolari,
ma Fuji dichiara che con questo sistema si
18 Come funziona una macchina fotografica digitale
ottiene una maggiore risoluzione.
Altre marche utilizzano lo schema tradizionale rettangolare,
ma usano un diverso allineamento dei filtri
a colori. Canon per esempio usa filtri color ciano,
giallo, verde e magenta sui photosite dei propri
CCD. Siccome ci vogliono meno strati di colore per
creare filtri color ciano, giallo, magenta e verde rispetto
a quanti ne occorrano per creare filtri rossi,
verdi e blu, in un filtro CYGM passa più luce diretta al
CCD. Più luce significa un miglior rapporto segnaledisturbo,
il che produce immagini con una maggiore
luminanza e minor disturbo. Infatti le macchine digitali
Canon realizzano immagini con livelli di disturbo
davvero bassi.
I CCD stessi sono di solito molto piccoli, dell’ordine
di un quarto o di mezzo pollice (rispettivamente
6 e 12 mm). Per fare un paragone, lo spazio occupato
da una singola fotografia sulla pellicola da 35
mm è 36 x 23,3 mm (Figura 3.8). Il fatto che si
possano costruire CCD cosìpiccoli è la ragione principale
per cui le macchine digitali sono cosìridotte in
dimensioni.
L’unico inconveniente del CCD è che non funziona
sempre tutto correttamente. Per esempio, se un
photosite viene colpito da troppa luce, questo può
influenzare i photosite adiacenti. Se il software della
macchina digitale non è sufficientemente capace di
gestire questo fenomeno, si vedrà un effetto blooming,
cioè macchie di colore e chiazze luminose,
1.3 Come funziona un CCD 19
Figura 1.8: I CCD sono generalmente molto piccoli,
specie se paragonati alle dimensioni della pellicola
da 35 mm.
nell’immagine finale. L’effetto blooming capita più
spesso con quei CCD più piccoli e con quelli ad alta
risoluzione, perché i photosite sono in posizione più
ravvicinata fra loro.
20 Come funziona una macchina fotografica digitale
NOTA
Quei pixel in più Non tutti i photosite del CCD
vengono usati per registrare un’immagine. Alcuni
di essi, per esempio, si utilizzano per valutare
i livelli di nero dell’immagine. Altri per
determinare il bilanciamento del bianco. Infine
alcuni pixel vengono nascosti. Poniamo che il
CCD abbia uno schema quadrato di allineamento
dei pixel, ma la casa costruttrice vuole una
macchina digitale che scatti foto rettangolari,
allora alcuni pixel ai bordi del CCD verranno
nascosti, mascherati.
Come ci si può immaginare, interpolare il colore
in una macchina digitale che ha milioni di pixel sul
suo CCD richiede parecchia potenza di calcolo. Tale
potenza, e la memoria necessaria a supportarla,
è un altro motivo per cui queste macchine sono rimaste
costose cosìa lungo: una macchina digitale è
costituita dai chip più svariati.
1.3.3 CCD: mantieni l’interpolazione
La tecnologia vista prima, che viene utilizzata nella
maggior parte delle macchine fotografiche costruite
oggi, viene chiamata sistema ad allineamento singolo
perché si serve di un solo CCD per processare
tutti e tre i canali colore. Anche se questo è il sistema
più usato, vi sono altri modi per far vedere il
1.3 Come funziona un CCD 21
colore al CCD. Molte macchine di fascia alta e di medie
dimensioni hanno un sistema di allineamento a
tre scatti, che acquisisce tre esposizioni distinte, una
per colore. Questi tre scatti vengono poi combinati
in un’immagine a colori RGB.
Siccome non utilizzano la demosaicizzazione, gli
allineamenti a tre scatti non presentano gli artefatti
visti per il sistema ad allineamento singolo. Sfortunatamente,
scattare tre fotografie in successione
può richiedere qualche secondo in più perciò il soggetto
deve essere fermo e la luce costante; di conseguenza
queste macchine risultano utili per ritrarre
oggetti inanimati in uno studio.
Un sistema ad allineamento lineare consiste di
un’unica fila di sensori che effettuano tre distinti passaggi
filtrati sull’area dell’immagine. Essendoci soltanto
una fila di sensori, le case costruttrici possono
inserirvi molta risoluzione senza aumentare di molto
il prezzo. Naturalmente, come l’allineamento a tre
scatti, quello lineare va bene solamente per lavori
realizzati in studio. E, sempre come con l’allineamento
a tre scatti, non viene usata l’interpolazione.
Gli allineamenti trilineari sono una semplice variante
di quello lineare e consistono di tre allineamenti
l’uno sull’altro. Con ogni allineamento filtrato
separatamente, la macchina deve fare soltanto un
passaggio sull’area dell’immagine. Però, grazie all’unico
passaggio, alcune case costruttrici sono riuscite
a creare sistemi trilineari sufficientemente veloci per
22 Come funziona una macchina fotografica digitale
fotografare anche soggetti in movimento.
Figura 1.9: In un sistema ad allineamento multiplo,
diversi CCD sono usati per registrare le informazioni
dei canali rosso, verde e blu separatamente. Questo
sistema elimina l’interpolazione necessaria dei
sistemi ad allineamento singolo.
Infine, alcune macchine digitali utilizzano allineamenti
multipli, una serie di CCD distinti (Figura 1.9).
Quando la luce penetra all’interno della macchina
viene passata attraverso un prisma che la divide in
tre copie. Ogni copia viene indirizzata a uno specifico
CCD che è filtrato per uno specifico colore.
Le macchine ad allineamenti multipli possiedono la
1.3 Come funziona un CCD 23
flessibilità di un sistema ad allineamento singolo,
ma senza alcun problema legato all’interpolazione.
Sfortunatamente, avendo esse il triplo di CCD rispetto
a una macchina ad allineamento singolo, spesso
costano anche il triplo.
A meno che non stiate mettendo in conto di spendere
parecchio denaro, vi orienterete certamente sulle
macchine ad allineamento singolo.
1.3.4 Ora serve una vista d’insieme
Le parti prima descritte potrebbero esservi sembrate
complicate. In realtà il processo impiegato da un
CCD per catturare un’immagine è ancora più complesso.
Anzitutto la luce che attraversa l’obiettivo viene
passata da un filtro a infrarossi, alcune macchine
si servono di un filtro a infrarossi molto sottile rendendole
ideali per la fotografia a infrarossi, come
vedremo nel Capitolo 7. Dopo essere stati processati
e interpolati dal CCD, i dati dell’immagine (che
ora è a colori) vengono passati a un piccolo computer
dentro la macchina che svolge tutta una serie
di aggiustamenti. Per esempio l’immagine verrà aggiustata
secondo le regolazioni del bilanciamento del
bianco e di correzione dell’esposizione che vedremo
in dettaglio più avanti.
Poi la macchina potrebbe applicare degli aggiustamenti
al colore per sistemare il contrasto e la
24 Come funziona una macchina fotografica digitale
luminosità dell’immagine. Queste regolazioni spesso
riflettono delle tendenze estetiche di chi ha progettato
la macchina. Per esempio Olympus tende a
fabbricare macchine digitali che producono immagini
molto saturate e contrastate, mentre le macchine
Nikon spesso producono immagini che appaiono
un po’ piatte, ma hanno maggior accuratezza nel
colore.
Infine, molte macchine digitali attuano un certo
algoritmo di riduzione del disturbo per attenuare
qualche interferenza indesiderata nell’immagine, e
quasi tutte le macchine realizzano una certa accentuazione
dei contorni. Tutto questo processo avviene
all’interno della macchina, ed è uno dei motivi
per cui essa può impiegare del tempo per registrare
un’immagine.
1.4 Compressione e archiviazione
Dopo che l’immagine è stata processata, essa è pronta
per essere registrata su un qualsiasi dispositivo di
archiviazione fornito dalla macchina. Vi sono diverse
opzioni di archiviazione in competizione fra loro,
e le vedremo in dettaglio nel Capitolo 5. Una cosa
hanno in comune tutte queste opzioni, però: che
hanno una capacità limitata. Di conseguenza si cercherà
di fare un buon uso della memoria di massa
1.4 Compressione e archiviazione 25
NOTA
Immagini nude e crude Alcune macchine digitali,
dalla semiprofessionale Canon G1, alla
Nikon D1 di fascia alta, permettono di scaricare
dati non processati dalla camera stessa:
si tratta delle informazioni appena uscite
dal CCD. Grazie a software specifico è possibile
specificare come questi dati “nudi e crudi”
debbano essere processati, con pieno controllo
del bilanciamento del bianco, dell’accentuazione
dei contorni e del contrasto. Per l’utente
che richiede un elevato grado di controllo
del procedimento, questa è una funzionalità assai
utile. Inoltre le immagini “crude” non sono
compresse.
della macchina digitale, e il modo migliore è quello
di ottenere una certa compressione per ridurre le
dimensioni delle immagini.
Per fare questo, la maggior parte delle macchine
digitali utilizzano un tipo di compressione chiamato
JPEG. Creato dal Joint Photographic Experts Group, il
JPEG è un potente algoritmo che può ridurre grandemente
le dimensioni di una fotografia, a scapito però
della qualità dell’immagine. Perciò si dice che il JPEG
è un formato di compressione lossy, con perdita di
qualità, appunto.
Quasi tutte le macchine digitali offrono due tipi
di compressione JPEG, un’opzione a bassa qualità
26 Come funziona una macchina fotografica digitale
che degrada l’immagine visibilmente ma che però
offre scale di compressione dell’ordine di 10 o 20:1,
e un’opzione ad alta qualità che permette un grado
di compressione discreto (intorno a 4:1, di solito)
ma senza degradare molto la qualità dell’immagine.
Molto spesso vedrete come qualsiasi artefatto
aggiunto dal tipo di compressione JPEG a qualità
maggiore venga nascosto in fase di stampa. Per
chi invece fosse pignolo, comunque, molte macchine
offrono una modalità totalmente non compressa
che registra le immagini in formato TIFF, occupando
molto spazio.
La compressione JPEG sfrutta la particolarità della
visione umana di essere più sensibile ai cambiamenti
di luminosità rispetto a quelli di colore. Per
comprimere un’immagine in formato JPEG, prima la
macchina converte l’immagine in un’area di colore
dove ogni pixel viene espresso utilizzando un valore
di crominanza e un valore di luminanza.
Poi i valori di crominanza vengono analizzati in
blocchi di 8 x 8 pixel. Il colore di ogni area di 64 pixel
viene livellato in modo che ogni piccola (e si spera
impercettibile) variazione di colore viene rimossa.
Questo processo viene chiamato quantizzazione. Si
noti che, dal momento che il livellamento viene effettuato
solo sul canale della crominanza, tutte le
informazioni riguardanti la luminanza (quelle a cui
l’occhio umano è più sensibile) rimangono inalterate
e conservate.
1.5 Intanto, nel mondo reale… 27
Dopo la quantizzazione, all’intera immagine è applicato
un algoritmo di compressione non-lossy (cioè
senza perdita di qualità. In termini estremamente
semplici, un algoritmo di compressione non-lossy
funziona più o meno in questo modo: piuttosto che
codificare AAAAAABBBBBCCC, si codifica semplicemente
6A5B3C. Dopo la quantizzazione, le informazioni
sulla crominanza dell’immagine saranno più
uniformi, cosìci saranno porzioni più grandi di dati
simili, cosa che faciliterà il passo successivo del
processo di compressione.
Ma tutto questo che cosa significa per l’immagine?
La Figura 1.10 mostra un’immagine che è stata
eccessivamente compressa. Come si può vedere,
aree di tinta piatta o di sfumature graduali diventano
porzioni rettangolari dove il contrasto, in punti
di grande dettaglio, risulta un po’ troppo accentuato.
Fortunatamente la maggior parte delle macchine
digitali offrono una migliore qualità di compressione
rispetto a questo esempio.
1.5 Intanto, nel mondo reale…
Se tutte le informazioni incontrate in questo capitolo
suonano come un’inutile accozzaglia di parole senza
senso, è dovuto probabilmente al fatto che quando
si compra una macchina fotografica a pellicola non si
è abituati a far caso alla tecnologia legata all’immagine.
Tuttavia, se si coltiva seriamente la fotografia,
28 Come funziona una macchina fotografica digitale
Figura 1.10: Questa immagine è stata eccessivamente
compressa, come si può vedere dalla traccia
di artefatti lasciata dal formato JPEG.
con ogni probabilità si dedica del tempo a valutare
pregi e difetti di varie pellicole. Così, se da un lato
serve una certa conoscenza di chimica delle pellicole
per stimare la qualità di una particolare serie
di pellicole, gli argomenti trattati in questo capitolo
vi saranno d’aiuto nel valutare una determinata
macchina digitale.
La vostra macchina è più di un CCD, naturalmente,
perciò nel Capitolo 5 si vedranno le altre componenti
e le altre problematiche di cui si dovrà tener
1.5 Intanto, nel mondo reale… 29
conto nella scelta di una macchina digitale.
![P_{d, media} = \frac {1}{T} \left [ \int_{t_a}^{t_b} P_d dt + \int_{t_b}^{t_c} P_d dt + \int_{t_d}^{t_e} P_d dt + \int_{t_e}^{t_f} P_d dt \right ] =](http://upload.wikimedia.org/math/c/5/1/c51256ecee38fde89ed1e21f994dbbad.png)
![= \frac {V_{dd}}{T} \left [ \int_{t_a}^{t_b} I_{dn,sat}(t) dt + \int_{t_b}^{t_c} I_{dp,sat}(t) dt + \int_{t_d}^{t_e} I_{dp,sat}(t) dt + \int_{t_e}^{t_f} I_{dn,sat}(t) dt \right ]](http://upload.wikimedia.org/math/0/4/7/04759a2344edfc5481da19eee768b86b.png)
![P_{d, media} = \frac {4 V_{dd}}{T} \left [ \int_{t_a}^{t_b} \frac {\beta n}{2} (V_{gsn}(t) - V_{tn})^2 dt \right ]](http://upload.wikimedia.org/math/1/f/4/1f48bb1c07cdd41cace4cd31b0ebd079.png)
![P_{d,media} = \beta * t_r * \frac {V_{dd}^3}{12 T} \left [ 1 - \frac {2V_{tn}}{V_{dd}} \right ]](http://upload.wikimedia.org/math/7/c/4/7c498911bc43aaf0484a55d6d9cd6c99.png)
