Guida alla scelta della telecamera

Le differenze tra i vari tipi di sensori delle telecamere.pixel

PIXEL
Le immagini sono costituite da piccoli punti detti pixel. Pixel sta per PICture ELment (elemento dell’immagine), i pixel vengono disposti orizzontalmente e verticalmente in un sensore CCD o CMOS di una telecamera oppure in uno schermo LCD.

RISOLUZIONE

La risoluzione è il numero di pixel che compongono una immagine, le fotocamere digitali oggi hanno tra 800 e 2050 pixel in orizzontale. Una telecamera da 2 MP ne ha 1700 circa ed una da 3MP ne possiede 2050, questo perchè pixel in verticale sono in numero inferiore in quanto le immagini sono più larghe che alte. La maggior parte degli schermi hanno circa 100 DPI (punti per pollice). Per calcolare il numero di pixel che compone uno schermo si moltiplica il numero di pixel orizzontale per il numero di pixel in verticale. Uno schermo da 10 pollici è normalmente composto da 1024x768 pixel per ottenere il numero di DPI (Dot Per Inch - Punti per pollice) si divide 1024 per 10 e si ottiene il valore 102,4 DPI. Schermi più grandi possono avere più pixel ma anche avere pixel più grandi!

Il numero di pixel espresso come Megapixel consiste semplicemente nel moltiplicare il numero di pixel in orizzontale per il numero di pixel in verticale ed è esattamente come calcolare l’area.
Una telecamera 3 MP ha 2048 pixel (orizzontale) x 1536 pixel (verticale) equivalenti a 3.145.728 pixel, una telecamera da 2 MP ha 1628 pixel (H) x 1236 pixel (V) equivalenti a 2.012.208 o 1928 (H) x 1084 (V) equivalenti a 2.089.952 pixel e così via per le varie risoluzioni. Queste telecamere le chiamiamo semplicemente 3MP o 2MP.

Le telecamere con una risoluzione di almeno 1280x720 pixel equivalenti a 921.600 pixel rientrano nella categoria definita HDReady  mentre le telecamere con una risoluzione maggiore che coinvolge i 1920x1080 pixel equivalenti a 2.073.600 pixel rientrano nella categoria Full HD.

HDReady g-hd720p                        FullHD lb-hd1080p

Piccole differenze nel numero di pixel, ad esempio tra 2 MP e 5 MP, sono poco importanti perché il numero di pixel è una funzione quadratica. È esattamente come calcolare l’area. Raddoppiando il numero di pixel si ottiene un aumento del 40% nelle dimensioni lineari, quindi raddoppiare il numero di megapixel aumenta la risoluzione lineare solo del 40% che è poco visibile. In una macchina fotografica il numero di megapixel necessario per simulare una pellicola da 35mm (il classico rullino usato sino a poco tempo fa ed oggi considerato cimelio da collezione), deve essere almeno di 25 MP!. Ovviamente questa differenza si evidenzia solo negli ingrandimenti dell'immagine, in caso contrario non si notano differenze apprezzabili.

IL MITO

Il mito dei megapixel è nato dai produttori di macchine fotografiche e viene usato solo perché un piccolo aumento della risoluzione lineare comporta enormi aumenti del numero totale di pixel, dato che questo varia come l’area dell’immagine, ovvero con il quadrato della risoluzione. Questo di fatto è un trucco per fare in modo che l'acquirente possa pensare all'inadeguatezza della propria soluzione invogliandolo ad acquistare una prodotto "migliore". Per migliorare la risoluzione lineare ed avere un miglioramento evidente bisogna quadruplicare il numero dei megapixel. Un semplice raddoppio dei megapixel anche se tutto il resto rimane invariato è di fatto impercettibile. Per questo quello che conta maggiormente sono altri fattori che sono il colore, lo sharpening, il rumore e la qualità dell'ottica.

LO SHARPENING

La traduzione inglese letterale è acutizzazione, accentuazione, aguzzamento, aggravamento. Nel fotoritocco per sharpening si intende la tecnica che accentua i dettagli di un'immagine. L'impressione di nitidezza nell'elaborazione di un'immagine digitale avviene ad esempio aumentando il contrasto sui punti di contatto tra due toni di colore. Accentuando la luminosità  di una zona già chiara e si scurisce ulteriormente, sempre in prossimità del bordo la zona scura. L'elaborazione con la tecnica di sharpening non incrementa in modo autentico la quantità  di informazione di un'immagine ma la migliora notevolmente.

Ecco un'esempio: sharpening

IL RUMORE

Il rumore è un fattore importante per la qualità dell'immagine, il rumore si rende visibile quando la luminosità ambientale diminuisce e il sistema ACG (Automatic Control Gain o Controllo Automatico di Guadagno) interviene per aumentare la sensibilità del sensore CCD o CMOS questo allo scopo di rendere intelleggibili le immagini catturate dal sensore. Purtroppo il rumore aumenta il disturbo visivo dell'immagine, il rumore viene indicato da un valore espresso in dB, più elevato è questo valore e migliore è la qualità dell'immagine ripresa con una bassa illuminazione (minori sono i punti di disturbo).

Ecco un'esempio:

CCD CMOS2 CMOS
CCD CMOS2 CMOS

CCD o CMOS

Qui il discorso si fa più complicato e necessità di una cultura in ambito elettronico più elevata, ma cercheremo di spiegarlo con una semplice tabella. Una differenza immediata è il consumo tra due sistemi, il CCD (Charge Coupled Device ) consuma a parità di numero di pixel molto di più del sensore CMOS ( Complementary Metal-Oxide Semiconductor ).

 

CCD

CMOS

Vantaggi

Alta risoluzione
Maturità del prodotto

Economicità della produzione
Progresso: è la tecnologia su cui si investe di più e che quindi presumibilmente porterà ai maggiori miglioramenti nel prossimo futuro

Svantaggi

Costo di produzione
Consumo anche 100 volte maggiore rispetto al CMOS
All'aumentare della risoluzione corrisponde un incremento del rumore elettronico

Molti fotoni finiscono per colpire i transistor deputati all'elaborazione anziché i fotodiodi

Rumore elettronico

Minore

Maggiore

Sensibilità alla luce

Maggiore

Minore

Gamma dinamica

Maggiore

Minore

Consumo elettrico

Maggiore

Minore

Velocità nella generazione dell'immagine

Minore

Maggiore

Windowing *

Difficoltosa

Possibile

 
(*)
Per "windowing" si intende la possibilità di restringere la lettura ad un sottoinsieme di pixel per ottenere una maggior frequenza in termini di frame (o righe) al secondo.

IL COSTO

Il grande problema dei sensori CCD è di carattere economico i volumi di produzione non consentono grandi economie di scala considerati gli investimenti necessari. Gli impianti di produzione dei CCD sono sempre più altamente specializzati e sono adatti solo alla produzione di CCD. I sensori CMOS sono prodotti dalle stesse catene di montaggio e con le stesse attrezzature usate per fabbricare i microchip impiegati ormai ovunque come processori per computer o memorie.

Quindi la produzione del CMOS offre economie di scala è di gran lunga più economiche e usare lo stesso processo e le stesse attrezzature per produrre sensori di immagine taglia i costi di molto, rispetto ai costi dei CCD. Costi ulteriormente ridotti dal momento che i CMOS contengono circuiti di processo per le immagini nello stesso chip, mentre nel caso dei CCD tali circuiti devono essere alloggiati in un chip separato.

Se i sensori CMOS delle prime versioni erano afflitti da problemi di "rumore digitale" ed erano impiegati in fotocamere a basso costo, ora grazie ai progressi delle tecnologia sono stati compiuti grandi passi in avanti e le loro prestazioni in termini di qualità delle immagini avranno sicuramente un enorme miglioramento paragonabile a quelle dei CCD, tanto che alcuni modelli tra i più sofisticati vengono impiegati in alcune fra le migliori telecamere. Uno degli indubbi vantaggi dei CMOS è l'alta velocità di elaborazione delle imamgini che consente la ripresa di molti fotogrammi nell'unità di tempo. Apettiamoci di poter vedere entro breve degli ottimi sensori CMOS con caratteristiche simili se non migliori a quelle dei CCD a prezzi assolutamente abbordabili.

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