LA SENSIBILITA’ ISO
La sensibilità ISO di una fotocamera digitale è basata sulle proprietà del sensore e sull’elaborazione realizzata internamente al dispositivo (dorso/corpo) ad opera dell’intera catena di processo a valle del sensore.
La sensibilità si esprime in termini di esposizione luminosa H (in lux/secondo) che raggiunge il sensore tenendo conto dei parametri di seguito specificati.
La sensibilità di saturazione base (SAT) è definita come l’esposizione massima per non bruciare l’immagine e si ottiene dalla formula SAT=78/H
H è l’esposizione massima registrabile (livello 4096 / 16384 al clipping per una rappresentazione rispettivamente a 12 o 14 bit/ch)
78 è stata individuata come costante per impostare l’esposizione in modo tale che un esposimetro standard ponga la superficie riflettente del 18% a livello di saturazione del 18%/v2 = 12.7% (ovvero al livello 521/4096 = 2081/16384 nel file pria dell’applicazione del gamma)
La sensibilità di rumore base è definita come l’esposizione che porterà ad un certo rapporto segnale/rumore in un singolo pixel.
Si prendono a riferimento i due estremi con SNR 40:1 (immagine eccellente) e SNR 10:1 (immagine appena accettabile) determinati da un’osservazione a 25cm di una stampa a 180dpi.
Il rumore dipende ovviamente dalla catena sensore + amplificatore + convertitore AD + amplificatore (i due amplificatori non sono necessariamente presenti nello stesso circuito, dipende dalle scelte del progettista; se presente un solo amplificatore questo può essere indifferentemente posto prima o dopo il convertitore AD, dipende dalle scelte del progettista)
Il rapporto segnale-rumore si determina dalla deviazione RMS della media pesata della luminanza e del colore di un singolo pixel.
Da questo si ricava la sensibilità di risultato (SOS) SOS=10/HSOS che esprime il valore del pixel posto al 18% del valore di saturazione sull’immagine risultante codificata a 8bit/ch in sRGB con applicata curva di gamma 2.2.
E’ possibile che per piccole variazioni dell’amplificazione (le misure si fanno a 1/3stop ISO nominali) emergano miglioramenti o peggioramenti del SNR tali da influire, seppur in minima misura, sull’immagine risultante.
Ovviamente tutto questo si fa in laboratorio, ma è possibile una grossolana verifica scattando in jpg sRGB in condizioni controllate (emissione luminosa rigorosamente costante, esposimetro tarato, cartoncino grigio 18%) rilevando il valore RGB dal file (non è una misurazione scientifica, ma le differenze si vedono).
LA GAMMA DINAMICA
La gamma dinamica di un sensore digitale può essere descritta come rapporto tra la massima intensità luminosa registrabile al clipping e la minima intensità luminosa registrabile sopra il rumore di lettura.
Il dispositivo che trasforma queste misurazioni (ancora analogiche: tensione in uscita dal sensore) in valori numerici (valore dei bit dei canali RGB nel file raw) è il convertitore AD (analogico/digitale) la cui precisione aumenta con il numero di bit utilizzati per descrivere i livelli luminosi dell’immagine registrata.
La gamma dinamica si indica in f stop o f/stop o EV ed è descritta da potenze di 2.
Utilizzando una codifica lineare, 10bit si traducono in una gamma di luminosità registrabile di 1024 livelli da 0 a 1023 con un rapporto di contrasto di 1024:1, dove 1024 indica il massimo livello luminoso registrato (assimilato al bianco assoluto) ed il livello 0 il minimo livello luminoso registrato (assimilato al nero assoluto); il discorso si ripete esattamente allo stesso modo per 12-14-16 bit con i rispettivi 4096-16384-65536 livelli.
| STOP (bit/ch) | CONTRASTO | DENSITA’ |
|---|---|---|
| 8 | 256:1 | 2.4 |
| 10 | 1024:1 | 3.0 |
| 12 | 4096:1 | 3.6 |
| 14 | 16384:1 | 4.2 |
| 16 | 65536:1 | 4.8 |
I valori indicati sono il massimo teorico ottenibile, supponendo non esista la limitazione del rumore digitale (sui valori bassissimi) e che il clipping avvenga precisamente all’ultimo livello disponibile.
La precisione del convertitore A/D non lineare non ha corrispondenza con la gamma dinamica.
Utilizzando una curva di gamma 2.2 (standard per PC), sarebbe teoricamente possibile codificare un’estensione dinamica di quasi 18stop mentre realmente si ottengono 10stop da un convertitore a 12bit/ch e poco più di 11stop da un convertitore a 14bit/ch. Infatti questi valori sono quelli riscontrati dalle digitali FF di produzione successiva al 2016.