tecnica & approfondimenti

Nell’articolo precedente abbiamo analizzato a fondo il significato del valore ISO e in cosa si traduce il cambio di sensibilità. Ma quello che non abbiamo trattato è la relazione tra valori alti di sensibilità e la presenza più o meno marcata del fastidioso rumore digitale. Alla luce di quanto detto nell’articolo precedente potrebbe sembrare che il discorso del rumore sia scollegato dal valore ISO, dato che abbiamo sottolineato più volte come la sensibilità sia solo questione di matematica. Il problema nel rumore, invece, nasce dal fatto che il sensore della fotocamera non deve rispondere solo alle leggi della matematica ma anche a quelle della fisica.

Interferenze elettriche nel sensore digitale fotograficoIn particolare il problema del rumore digitale deriva da un principio fisico in virtù del quale presi due "cavi elettrici" (permettetemi un po' di approssimazione nei termini) e posti uno vicino all’altro, il passaggio di energia elettrica attraverso uno dei cavi genera una piccola corrente elettrica nel cavo vicino a causa di un "gioco perverso” di campi magnetici. Ma cosa c’entra questo discorso con la fotografia? Torniamo all’articolo precedente: abbiamo detto che il sensore fotografico è in realtà un’insieme di una miriade di mini-sensori che si occupano di valutare il colore di ogni pixel, calcolandone la componente Rossa, Verde e Blu.
Ognuno di questi “mini-sensori” per funzionare deve essere alimentato con l’energia elettrica e, ovviamente, restituisce il risultato del suo lavoro tramite altri impulsi elettrici. Credo sia semplice da capire che l’insieme di circuiti che si occupa di alimentare e trasportare il segnale prodotto dai “mini-sensori” è molto complessa e stipata in un’area molto piccola. Adattate il ragionamento fatto in precedenza sui cavi ad una dimensione microscopica, la conclusione la trovate da soli: questo intreccio di circuiti è soggetto a disturbi dovuti all’influenza di flussi elettrici che scorrono l’uno vicino all’altro. Questo è il meccanismo che genera il rumore digitale: un puro principio fisico.
Come avete visto, nel descrivere l’origine del rumore digitale non si è assolutamente parlato di ISO, al contrario del senso comune che ci porta a pensare ISO = Rumore. Ma allora perché quando alziamo la sensibilità appare il rumore? Beh, facciamo subito una precisazione: il rumore presente in un’immagine è sempre lo stesso (=rumore di fondo), non aumenta e non diminuisce. Esso infatti, come abbiamo detto, dipende esclusivamente dal sensore, da come è realizzato a livello concreto e da quanto è in grado di minimizzare i disturbi che dicevamo prima. Cambiare il valore della sensibilità ISO non implica un aumento o una diminuzione del rumore complessivo, ma solamente una sua maggiore o minore visibilità. Andiamo a vedere perché.

I “mini-sensori” si occupano di calcolare il colore di un pixel scomponendolo nelle componenti Rossa, Verde e Blu e dando un valore a ciascuna di queste componenti. Prendiamo un pixel a caso e supponiamo che il suo valore a 100 ISO sia Rosso: 90, Verde: 55, Blu: 45. Grafico rumore a valori ISO poco elevatiAggiungiamo ora il discorso del rumore: se questo mini-sensore subisce gli effetti fisici di cui parlavamo prima potrebbe essere che i valori che abbiamo misurato prima fossero in realtà “sfalsati” da queste interferenze e quindi quello che abbiamo misurato in realtà non è solo segnale “buono” ma anche segnale “cattivo”. Ecco una spiegazione più chiara.

  • Rosso=90 questa misurazione potrebbe essere in realtà composta così: segnale vero=85, rumore di fondo=5
  • Verde=55 questa misurazione potrebbe essere in realtà composta così: segnale vero=50, rumore di fondo=5
  • Blu=40 questa misurazione potrebbe essere in realtà composta così: segnale vero=35, rumore di fondo=5

Come vedete il rapporto tra il “segnale buono” e quello “cattivo” è favorevole, nel senso che c’è molto segnale “buono” e poco segnale “cattivo”. Questo rapporto è chiamato rapporto segnale/rumore.

Mischiamo ora un po’ le carte: facciamo uno scatto a 100 ISO e torniamo a guardare il nostro pixel: questa volta abbiamo Rosso: 15, Verde: 9, Blu: 7. Come prima, RumoreISO400però ricordiamo che in tutte e tre le componenti abbiamo una certa quantità di rumore di fondo (pari a 5). Dato che abbiamo ottenuto un colore "scuro" (=sottoesposto), alziamo gli ISO, e passiamo da 100 a 400. A questo punto i nostri nuovi valori saranno Rosso:60, Verde: 36, Blu: 35. Il problema è che non abbiamo moltiplicato solo la componente “buona” del segnale, ma abbiamo moltiplicato anche la componente “cattiva”. Come vediamo dal grafico sottostante, rispetto al caso precedente la parte “cattiva” del segnale questa volta è molto più significativa rispetto al caso precedente e quindi potrebbe avere sfalsato in maniera molto netta il colore di ciò che stiamo fotografando.

Spero sia evidente quindi che il problema del rumore digitale non deriva in maniera diretta dall’aumento del valore ISO, ma nasce dal fatto che utilizziamo valori di sensibilità elevate proprio quando la luce disponibile è poca e quindi la quantità di “segnale buono” diventa piccola e simile alla quantità di “segnale cattivo”, fornendoci come risultato una lettura di colore errato. Moltiplicando il discorso per molti e molti pixel diventa chiaro come l’immagine può diventare disturbata.

 

 

 

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