I sensori digitali

Sensore digitale

l'interno della macchina fotografica

Il sensore è uno dei dispositivi essenziali della macchina fotografica perché serve a registrare le immagini che l'obiettivo forma sul piano focale (che corrisponde al piano del sensore). Una volta che la luce colpisce il piano focale, i fotodiodi creano una corrente di bassa intensità che viene elaborata dal processore della macchina fotografica e questi dati vengono registrati su un supporto di memoria.

un fotodiodo

Le macchine fotografiche digitali per registrare le immagini utilizzano un sensore mentre fino a pochi anni fa l'unico supporto usato era la pellicola. Il sensore trasforma la luce in elettroni mentre nella pellicola la registrazione delle immagini avviene grazie a dei processi chimico fisici.

Tipi di sensori

Ci sono diverse tipologie di sensori e quelle più comuni sono di due tipi: CCD e CMOS. Entrambi i tipi di sensori sono costituiti da una griglia di microscopici elementi fotosensibili detti fotodiodi e operano essenzialmente nello stesso modo. Il CCD (Charge Coupled Device) ha una struttura semplice, per cui le informazioni dei pixel sono lette dalla fotocamera una linea per volta.

Le tipologie con le dimensioni

Con le matrici CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) ogni pixel ha un proprio circuito per cui la fotocamera può leggere il valore registrato da ogni elemento separatamente. Il vantaggio di questo sistema sta nel fatto che i pixel possono essere sfruttati per interagire con altri sistemi della fotocamera. Nei più vecchi chip CCD e CMOS, i singoli pixel misurano l'intensità di uno solo dei tre colori primari (RGB) mentre negli ultimi anni i produttori dei due sistemi hanno intensificato il proprio impegno per migliorare i loro sistemi e ora la differenza di funzionamento tra i due sistemi è impercettibile.

Sensori lineari

Il loro funzionamento ha ben poco a che vedere con la fotografia classica, poiché lo scatto fotografico si protrae per alcuni minuti e la registrazione dell'immagine avviene con un metodo che ricalca il funzionamento dello scanner piano. Gli apparecchi trilineari consentono operazioni più veloci: sono composti da sensori disposti in tre file, ognuno sensibile solamente ad uno dei colori primari (RGB). La fotografia viene eseguita scorrendo l'immagine fila per fila, captandone le componenti cromatiche mediante i sensori. La lunga durata del tempo di ripresa limita l'impiego dei sistemi lineari a soggetti statici, ed obbliga all'impiego di luci continue dall'elevata stabilità. La qualità raggiunta in questo tipo di ripresa è elevatissima.

Risoluzione dell'immagine

In una fotografia digitale ad ogni punto dell'immagine che si forma sul piano focale corrisponde un singolo pixel che ne registra il dato e ognuno di questi elementi come dicevamo poco sopra si chiama fotodiodo e ognuno di essi è disposto in modo da formare una griglia. I sensori nelle fotocamere sono formati da milioni di pixel disposti a griglia e il totale dei pixel si ottiene moltiplicando l'altezza per la larghezza dei pixel indicati dal produttore.

Dimensione dei sensori

dimensioni dei sensori a confronto

Oltre alla tecnologia usata per registrare le immagini, una chimica (pellicole) e l'altra elettronica (sensori), tra la pellicola e il sensore c'è una grande differenza in fatto di dimensioni della superficie che registra le immagini. Infatti il formato di gran lunga più usato dagli anni ‘30 del Novecento fino a pochi anni fa è il cosiddetto formato 35 millimetri, ovvero una pellicola con i bordi forati dove la dimensione usata per registrare l'immagine è di 24x36 millimetri. Sin dall'avvento della fotografia digitale i sensori hanno dimensioni più piccole rispetto al formato 24x36 mm a causa del costo della produzione dei sensori in quanto, più sono grandi, più aumentano le possibilità di errori nella produzione e quindi le piccole dimensioni sono dovute a motivi economici e non pratici. Di fatto i sensori più piccoli del classico formato 35 millimetri hanno portato alcuni cambiamenti nell'uso degli obiettivi. Infatti più si rimpicciolisce la superficie che registra l'immagine, più l'immagine sembra essere registrata da obiettivi a lunga focale. Di conseguenza per poter avere un grande angolo di campo, con i sensori piccoli avremo bisogno di usare delle focali più corte rispetto al classico formato 35 millimetri della pellicola.

50mm vs 70mm

Poco sopra abbiamo discusso riguardo alle dimensioni fisiche del sensore in rapporto alla focale dell'obiettivo ma non abbiamo considerato la quantità dei pixel che registrano l'immagine. C'è da dire che non tutti i sensori hanno la stessa densità di pixel, infatti possiamo avere dei sensori per esempio di 1Mpixel ma con dimensioni fisiche diverse oppure sensori della stessa dimensione fisica ma con densità molto diverse. Questo naturalmente ha effetto sulla qualità dell'immagine, infatti più sono densi i fotodiodi, più c'è il pericolo di avere dei difetti sull'immagine prodotta perché più i singoli fotodiodi sono vicini l'uno all'altro, più le correnti prodotte dal singolo fotodiodo vanno ad influenzare i fotodiodi contigui e questo porta alla formazione del cosiddetto rumore di fondo, ovvero dei puntini blu e rossi. Quindi in sé la quantità di pixel che una macchina fotografica registra non dice molto riguardo alla qualità della macchina stessa, ma per valutare la qualità occorrerà valutare la grandezza fisica del sensore e la quantità di pixel-fotodiodi totali in rapporto alla superficie.