100 Mega Pixel

by / mercoledì, 26 febbraio 2020 / Published in Alta Fotografia, Fotografia, Francesco, Il blog

 

 

UN CONCENTRATO DI ALTA TECNOLOGIA

i più recenti avanzamenti tecnologici

 

 

Recentemente è stata annunciata e commercializzata la fotocamera che presenta una serie di novità tecnologiche sicuramente all’avanguardia nel settore delle fotocamere digitali. Stiamo parlando del sistema fotografico Phase One XF 100MP. Il sistema è basato sulla tecnologia CMOS utilizzata per un sensore da 100 Mega pixel nel formato 645.

la Phase One produceva già dei sensori di questo formato con questa risoluzione ma veniva utilizzata la tecnologia CCD.

diverse viste della fotocamera medio formato Phase One XF 100MP e della ALFA (Phase One) che possono utilizzare il dorso da 100 mega pixel

Sviluppando questo sistema la Phase One XF è riuscita a fornire gli stessi vantaggi di fruibilità dei sensori full frame: niente fattori di lens crop, niente maschere di messa a fuoco, solo una qualità d’immagine che rimane costante da bordo all’altro.

Uno dei principali vantaggi della tecnologia CMOS rispetto a quella CCD è di funzionare con una potenza statica molto bassa, idealmente è nulla ma in realtà le correnti di perdita seppur piccole non possono essere trascurate. Altri vantaggi sono la velocità di acquisizione dell’immagine ed il costo di produzione. Di contro quasi tutti i parametri legati alla qualità sono a favore delle tecnologia CCD.

Le caratteristiche che vogliamo mettere in evidenza di questa fotocamera sono:

  • tempo massimo di esposizione 60 minuti

  • porte di connessioni ad alta velocità (Wi-Fi, HDMI e USB 3)

  • otturatore che utilizza la prima tendina elettronica per minimizzare le vibrazioni

  • sincronismo del flash fino ad 1/1600 di secondo

  • sistema di autofocus di precisione basato sulla tecnologia autofocus Honeybee HAP-1

  • Sensibilità ISO da 50 a 12800 con un bassissimo rumore (ottenuto via software utilizzando il software di ritocco dedicato)

  • Profondità di colore a 16 bit anziché i classici 14 bit utilizzati fino ad ora.

  • Sensore di tipo CMOS da 100 Mega pixel. Questo sensore è integrato nel dorso A-series IQ3 100MP di Phase One, realizzato in collaborazione con la Sony, che può essere montato anche su le altre fotocamere di medio formato (il tipo 645).

La prima tendina dell’otturatore di tipo elettronico che utilizza la tecnologia EFCS (Electronic First Curtain Shutter) permette di ridurre in modo significativo le vibrazioni della fotocamera, i movimenti di parti meccaniche sono significativamente più rumorosi. Utilizzando questa tecnologia si ottengono immagini più nitide, specie quelle scattate in condizioni di bassa luminosità e che quindi necessitano di tempi di esposizione lunghi.

esempio di un otturatore elettronico, viene usato per ridurre le vibrazioni durante lo scatto

Utilizzando l’otturatore appena descritto con le ottiche Schneider Kreuznach, che vengono fornite come standard, si riesce ad ottenere un sincronismo del flash fino al tempo di 1/1600 di secondo.

Il sistema di autofocus è stato progettato utilizzando un processore basato sulla tecnologia Honeybee che è stata implementata nel chip HAP-1. Il processore è di tipo CMOS ad alta risoluzione da 1 Mega pixel, quindi molto più grande di un classico sistema a 55 punti, che utilizza una architettura floating-point (a punti mobili) che può essere programmata per il migliore utilizzo richiesto. La messa a fuoco può essere gestita direttamente dallo schermo posteriore al dorso che è di tipo touch screen (sensibile al tocco). Toccando in modo opportuno lo schermo posteriore si riesce a gestire in un tempo ridottissimo la selezione e l’applicazione delle impostazioni del focus, anche in condizioni di utilizzo complesse, ad esempio in condizioni di scarsa luminosità o nella ripresa di soggetti in rapido movimento.

confronto tra un classico sensore per la messa a fuoco a 55 punti ed il sensore di tipo autofocus Honeybee HAP-1

La tecnologia del sensore di acquisizione permette di avere una gamma ISO che inizia dal valore 50, una valore molto basso specie considerando che stiamo parlando di una medio formato, ed arriva fino al valore di 12800. Abbiamo quindi la possibilità, a parità delle condizioni di esposizione del soggetto, di variare l’esposizione di 8 stop. Inoltre si potrà sempre aumentare questo valore con l’opportuno software di elaborazione in post produzione, ovviamente a scapito della qualità dell’immagine.

La gestione a 16 bit invece di 14 permette di aumentare il numero dei colori contemporaneamente presenti nella foto, in termini qualitativi il risultato finale sarà simile all’analogico. L’acquisizione permette quindi di catturare maggiori dettagli in modo lineare ed uniforme, i colori e la resa tonale delle immagini avranno un aspetto naturale. Infatti se consideriamo il sistema di acquisizione per ogni singolo pixel del sensore con 14 bit avremo che si potranno distinguere 16384 colori differenti mentre con 16 bit la risoluzione sale a 65536 colori differenti.

Il Sistema Fotografico Phase One XF 100MP riesce a gestire sia acquisizione in modalità colori a 14 bit che a 16 bit permettendo al fotografo di scegliere la combinazione migliore in quel momento. Utilizzando la modalità a 16 bit si utilizza il sistema al massimo della qualità ma i file da memorizzare saranno di grandi dimensioni e sarà necessario un tempo lungo per la sua memorizzazione. Se è necessario gestire una situazione in cui la velocità assume un ruolo determinante sarà preferibile scegliere la modalità a 14 bit, che permette sempre di utilizzare la massima risoluzione. Inoltre è possibile gestire contemporaneamente una compressione dei files per ottenere una ulteriore maggiore velocità ed una riduzione della loro dimensione. Il Sistema Fotografico Phase One XF 100MP permette di selezionare tra tre formati per i file: IIQ L-16bit, IIQ L e IIQ s. I primi due sono formati compressi alla risoluzione impostata senza perdita rispettivamente a 16 bit e a 14 bit di profondità colore. Per il formato IIQ s i dati delle immagini vengono analizzati e vengono compressi con valori compresi tra il 33% ed il 25% ma mantengono la piena risoluzione ed una buona qualità d’immagine. Ovviamente avremo bisogno di una scheda di memoria di capienza adeguata alle non piccole dimensioni dei file.

vista posteriore del dorso A-series IQ3 100MP di Phase One

Va inoltre considerato che insieme alla fotocamera il sistema Fotografico XF 100MP fornisce il software di elaborazione Capture One PRO che gestisce direttamente degli algoritmi funzionanti a 16 bit per la gestione dei colori e che quindi ottimizzano i dati forniti dalla fotocamera.

Il Sistema Fotografico Phase One XF 100MP fornisce una gamma dinamica di 15 stop che permette di conservare sia i dettagli presenti nelle luci alte che nelle ombre. In questo modo avremo una latitudine di posa veramente estesa che potrà essere recuperata dal software di post produzione per ottenere delle immagini che riescono a mostrare contemporaneamente i dettagli in piena luce ed in piena ombra.

Il nucleo centrale di tutto il sistema è il sensore da 100 Mega pixel che presenta le seguente caratteristiche:

  • le dimensioni del sensore sono di 53,7 * 40,4 mm – queste dimensione approssimano bene il formato 6 * 4,5 che è chiamato 645

  • la risoluzione massima è di 11605 * 8708 pixel (101 Mega pixel)

  • le dimensioni del singolo pixel sono di 4,6 * 4,6 micron

confronto tra le dimensioni dei sensori di immagini. Il più piccolo è il sensore dell’i-PHONE, il formato APS-C, il formato 35 mm ed il formato 645

Ricordiamo velocemente il procedimento con cui l’immagine viene digitalizzata per essere poi memorizzata. Su ogni pixel del sensore, posizionato in modo opportuno a formare l’intera immagine, arriva una quantità di fotoni proporzionali alla luce incidente, questa viene accumulata in modo proporzionale alla luce della scena. Unendo le informazione si otterrà l’immagine da memorizzare in un file. I pixel però non distinguono i colori ed il valore della tensione in uscita rappresenta solo l’informazione sulla luminosità dell’immagine, cioè otterremmo una immagine in bianco e nero.

Per poter riprendere e riprodurre un’immagine a colori bisogna procedere in modo più elaborato. Per ogni gruppo di 4 pixel, che da adesso in poi chiameremo fotosito, vengono posizionati davanti a 2 pixel dei filtri verdi, a un pixel il filtro rosso e davanti all’ultimo il filtro blu. Il maggior numero di filtri verdi è legato alla maggiore sensibilità dell’occhio umano per questo colore e alla minore sensibilità ai colori rosso e blu. L’immagine acquisita quindi avrà un 50 % di pixel contenenti l’informazione del verde, un 25 % quella del rosso ed un 25 % quella del blu. Questo tipo di sensore è stato ampiamente studiato e viene definito a matrice Bayer.

Matrice di Bayer: A matrice acquisita dal sensore – B separazione dei colori primari – C interpolazione cromatica – D ricostruzione dell’immagine finale a colori

Per poter registrare e quindi successivamente visualizzare l’immagine i valori della tensione prodotta da ciascun pixel devono essere convertiti dal valore “analogico” a quello “digitale”. Questa operazione viene fatta da un convertitore A/D (Analogico/Digitale). Caratteristica importante dei convertitori è il numero dei bit utilizzati, con i 16 bit utilizzati da questo chip si potranno distinguere 65536 livelli di luminosità per ogni colore. A questo punto la foto può essere direttamente registrata in formato RAW. L’elaborazione successiva dovrà avvenire sul computer per poter ricavare dall’immagine latente cioè da una matrice di punti dei colori primari la “vera” immagine.

Nel caso dei sensori Bayer per prima cosa bisogna ricostruire l’informazione mancante per ogni colore primario. Questa viene eseguita interpolando i pixel con quelli vicini. Le varie informazioni sono poi assemblate insieme nell’immagine finale. Questo processo presenta dei notevoli inconvenienti in caso di forte variazione di luminosità tra pixel vicini portando alla creazione di colori falsi. Per limitare il fenomeno viene limitata la risoluzione mediante dei filtri antialias (un filtro passa-basso). La presenza del filtro e il maggior numero dei pixel che riportano la luminosità del verde (50% del totale del numero dei fotositi) abbassano la risoluzione effettiva dei sensori Bayer che è circa il 50% del numero dei fotositi presenti nel sensore. Utilizzando come algoritmo di interpolazione la “demosaicizzazione” si riesce a migliorare la risoluzione fino al 60% dei pixel effettivi.

Nelle fotocamere che adottano un sensore a matrice di Bayer si usa l’interpolazione per generare in ogni fotosito le componenti cromatiche mancanti, in questo caso si tratta propriamente di interpolazione cromatica.

Nei sensori della Sony, che ha chiamato la tecnologia Exmor, oltre al processore sono stati inseriti nello stesso chip anche i circuiti per la conversione del segnale da analogico a digitale. In questo modo si ottiene una riduzione del rumore ed è possibile aumentare la velocità elaborando in parallelo le informazioni. Questo sensore permette inoltre di acquisire contemporaneamente tutta l’immagine evitando così il fastidioso fenomeno del rolling shutter.

In conclusione possiamo dire che il Sistema Fotografico XF utilizzando l’autofocus HAP-1, il controllo della vibrazione ed il sensore da 100 Mega pixel è stato progettato per raggiungere delle ottime performance.

un esempio sulla gamma dinamica del sensore Phase One. L’esempio è stato trovato sul sito https://luminous-landscape.com/100-fxxing-megapixels-phase-one-xf-camera-reaches-100-mp-early-hands-one-report/ ed è stato scattato dal fotografo Kevin Raber

Su internet si trovano delle recensioni fatte da vari fotografi (https://luminous-landscape.com/100-fxxing-megapixels-phase-one-xf-camera-reaches-100-mp-early-hands-one-report/) che hanno avuto la possibilità di provare la fotocamera. Tra le caratteristiche che vengono messe in evidenza troviamo:

  • possibilità di cambiare una delle due batterie che alimentano la fotocamera senza doverla spegnere
  • possibilità di personalizzare i controlli ed i pulsanti
  • monitor live view posteriore facile ed intuitivo per mettere a fuoco
  • fotocamera complessa e sofisticata che necessita di un tempo di apprendimento adeguato
  • ottima qualità

Ovviamente tutta questa qualità fotografica è essenzialmente rivolta ad un mercato di fotografi professionisti che utilizzeranno la fotocamera nello studio fotografico visto che trasportarla non è assolutamente paragonabile a portarsi dietro uno smartphone (dimensione e peso non possono neanche essere paragonati). L’ultimo parametro che è rivolto ad un uso professionale è ovviamente il prezzo di acquisto. Per portarci a casa tutta questa tecnologia occorrono all’incirca quarantacinquemila euro.

 

FRANCESCO

questo articolo è stato pubblicato sulla rivista FOTOGRAFARE 5 (Maggio) del 2016 nella rubrica di ALTA FOTOGRAFIA.

P.S. Visto il tempo trascorso dalla pubblicazione va precisato che l’impianto tecnico dell’articolo è sempre valido ma risulteranno poco attendibili le eventuali ricerche di mercato o le scansioni temporali dei prodotti fotografici citati nel medesimo.

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