Foto al Buio

by / venerdì, 28 dicembre 2018 / Published in Alta Fotografia, Fotografia, Il blog

 

FOTO AL BUIO

quando per la fotografia necessita una sensibilità elevata

 

 

Per realizzare una fotografia “corretta” dobbiamo utilizzare in modo adeguato una serie di parametri. Per prima cosa bisogna scegliere la giusta esposizione che sarà ottenuta dalla combinazione del valore del tempo di esposizione e del valore dell’apertura del diaframma. Altro parametro importante da considerare è la sensibilità della pellicola o del sensore. In entrambi i supporti di memorizzazione utilizzati la sensibilità ci indica la quantità di luce che dobbiamo far giungere sull’elemento fotosensibile.

Per poter fare maggiore chiarezza consideriamo inizialmente la sensibilità nelle pellicole tradizionali. Ogni pellicola al momento della sua creazione ha un valore fissato di sensibilità, si può ricorrere a dei trucchi nello sviluppo della pellicola per aumentarne il valore cioè il “tiraggio”.

Prima di analizzare il fenomeno vediamo le unità di misura che sono state standardizzate per la sensibilità.

Il primo organismo che prendiamo in considerazione è il Deutsches Institut für Normung (Istituto tedesco per la standardizzazione, meglio noto come DIN). DIN è una organizzazione tedesca per la definizione degli standard che è stata fondata nei primi anni dell’1900 col il nome di Normenausschuss der deutschen Industrie (Comitato di Normazione dell’industria tedesca). Ha cambiato varie denominazioni fino al 1951 quando diventa membro dell’International Organization for Standardization (ISO) infine l’organismo è stato riconosciuto come ente per gli standard nazionali tedeschi.

Sono da attribuirsi al DIN vari standard (ad esempio il formato A4 per i fogli di carta, i connettori per gli apparati elettrici etc,) ma quello che a noi interessa è la riproposizione di un vecchio standard di misura della velocità (sensibilità) della pellicola fotografica. Questa unità di misura è standardizzata nella scala DIN.

Il secondo organismo è lANSI fondato anch’esso nei primi anni dell’1900 su iniziativa della American Society of Electrical Engineers (che ai giorni nostri è diventato IEEE) insieme ad altre associazioni professionali con il nome di American Engineering Standards Committee (AESC) e successivamente come American Standards Association (ASA) intorno al 1930. Negli anni 70 abbiamo il nome definitivo di American National Standards Institute.

La velocità della pellicola, che possiamo trovare nelle letteratura tecnica indicata come sensibilità o rapidità, indica quanto la pellicola fotografica, o il sensore nel caso di una fotocamera digitale, è sensibile alla luce.

Lo standard ISO 5800:1987 definisce per questa grandezza due scale di misura, una lineare e una logaritmica. La prima scala lineare corrisponde alla scala ASA, oggi non più usata, mentre la seconda scala corrisponde alla scala DIN, anch’essa non più usata. Attualmente la nomenclatura corretta è ISO ma si trovano ancora frequentemente dei riferimenti alle vecchie denominazioni.

Il valore della sensibilità, se non rilevato automaticamente, deve essere impostato sulla scala di sensibilità della fotocamera per permettere all’esposimetro interno di calcolare i tempi di esposizione in modo esatto. Quanto più alto è il numero, tanto più sensibile alla luce è la pellicola o il sensore e quindi, a parità di condizioni, tanto più breve è l’esposizione.

Analogamente ai tempi di esposizione e all’apertura del diaframma per i valori della sensibilità il passaggio da un valore all’altro viene indicato come stop, se aumentiamo/diminuiamo di uno stop la velocità della pellicola si raddoppia/dimezza la quantità di luce che viene catturata.

Il valore fissato per la sensibilità è calcolato in modo tale che una pellicola con numero ISO/ASA doppio di un altro ha la sensibilità doppia e, se abbiamo una variazione solo della sensibilità, il tempo di esposizione per la corretta esposizione sarà la metà del precedente. Per la scala DIN, essendo una scala logaritmica, la rapidità della pellicola raddoppia ogni volta che il valore aumenta di tre, ad esempio una pellicola da 18 DIN è due volte più rapida di una da 15 DIN.

Le pellicole con sensibilità ISO/ASA con i valori da 25 a 64 (15-20 DIN) sono lente. I valori da 125 a 400 (22-27 DIN) sono da considerarsi da moderati a medi. Quando i valori superano il valore di 500 (28 DIN) le pellicole sono considerate rapide.

Le pellicole lente hanno una grana più piccola. Talvolta anche la grana può contribuire a dare un effetto piacevole alla foto ma sicuramente questo effetto è poco usato. Con una pellicola lenta, che necessita di tempi di esposizione lunghi, avremo maggiori rischi di una fotografia finale mossa. Possiamo quindi affermare che la velocità della pellicola è in parte legata alla dimensione dei grani di nitrato d’argento dell’emulsione.

Riportiamo in tabella 1 il confronto tra le due scale ed in figura 1 riportiamo alcune pellicole , indicate anche nella tabella 1, con i rispettivi valori della sensibilità.

TABELLA 1
ISO – ASA

scala lineare

ISO – DIN

scala logaritmica

Esempio di pellicola (Nome)

(Foto)

3

6

4

7

5

8

6

9

8

10

10

11

12

12

Ferraniacolor (film 8 mm)

16

13

Agfacolor (film 8 mm)

20

14

25

15

Kodachrome 25

1

32

16

40

17

50

18

Fuji RVP (Velvia), Ilford PAN F

2,3

64

19

Ektachrome 64

4

80

20

100

21

Kodacolor Gold, Ferrania Solaris

5,6

125

22

Ilford FP4

7

160

23

200

24

Kodachrome 200, Fujicolor Superia 200

8,9

250

25

320

26

400

27

Kodak 400 TX, Ilford HP5

10,11

500

28

640

29

800

30

Fuji NPZ

12

1000

31

Agfachrome 1000 RS

13

1250

32

1600

33

Fujicolor 1600

14

2000

34

2500

35

3200

36

Ilford Delta 3200, Kodak 3200 P

15,16

4000

37

5000

38

6400

39

102400

52

204800

55

Se analizziamo la tabella vediamo che le pellicole commerciali, quelle con valori più elevati sono spesso delle pellicole in bianco e nero, vanno all’incirca dal valore ISO/ASA 25 al valore 3200, tra il valore minimo e il valore massimo abbiamo una variazione di circa 7 stop. Va ricordato che tutta la pellicola presenta sempre la stessa sensibilità e per poterla variare abbiamo la necessita di cambiare la pellicola. Se utilizziamo una fotocamera digitale, ad esempio una CANON EOS 6D, avremo i valori di sensibilità che vanno da 50 a 102400 ISO (figura 2), avremo una variazione possibile di 12 stop. Inoltre potremo variare la sensibilità, a seconda delle necessità, per ogni singola foto. Vedremo il dettaglio di queste caratteristiche tra poco.

Nelle fotocamere digitali è possibile variare il guadagno del sensore di acquisizione al fine di avere un diverso rapporto fra l’esposizione necessaria della luce sul sensore e la luminosità che viene associata all’immagine finale. Questo guadagno non è direttamente proporzionale alla sensibilità del sensore, ma il calcolo, così come è stato standardizzato, è abbastanza complicato. Su una fotocamera digitale impostare la sensibilità ISO e l’esposizione di conseguenza, sia automaticamente che manualmente con l’aiuto di un esposimetro, farà risultare una foto correttamente esposta allo stesso modo che nelle fotocamere a pellicola.

Per i sensori delle fotocamere digitali è stato normalizzato lo standard ISO 12232:2006, che è un aggiornamento di quello ISO 12232:1998, che disciplina in tre modi diversi la sensibilità del sensore. Questa è espressa in funzione della quantità di luce, del rumore aggiunto dal sensore e delle specifiche di apparenza dell’immagine risultante. Possiamo concludere che la sensibilità ISO per le fotocamere digitali sono state correlate, anche se in modo solo approssimato, ai valori convenzionali delle sensibilità della pellicola.

Per la prima definizione la sensibilità ISO di una fotocamera digitale è basata sulle proprietà del sensore e sull’elaborazione realizzata dall’apparecchio ed è espressa in termini di esposizione luminosa H (misurata in lux al secondo) che raggiunge il sensore, in pratica quanta luce dobbiamo far arrivare al sensore nell’unità di tempo. A differenza della pellicola che era indipendente dal sistema fotografico utilizzato nel caso delle fotocamere digitali bisogna considerare tutti gli elementi. Per un’ottica fotografica con una lunghezza focale f , che supponiamo molto inferiore alla distanza fra la fotocamera e la scena fotografata, H è data da:

dove L è la luminanza della scena, cioè la misura del potere di messa a fuoco di una lente che è data dalla distanza fra la lente convergente ed il piano focale quando l’oggetto da mettere a fuoco è all’infinito (misurata in candele al m²), t è il tempo di esposizione (in secondi), N è il valore del diaframma e q è un fattore dato dalla formula seguente:

dove T è la trasmittanza dell’ottica cioè la quantità di luce che si disperde nell’attraversamento delle lenti, il fattore vignettatura,

cioè di quanto si riduce la luminosità ai bordi rispetto al centro dell’immagine, dipende dall’angolo θ relativo all’asse della lente rispetto alla direzione normale della luce. Un valore tipico di q quando θ vale 10°, T vale 0.9, e v vale 0.98 avrà il valore di 0.65.

La seconda definizione è la sensibilità di saturazione base (SAT) è definita come

dove

è l’esposizione massima per non bruciare la fotografia. Il limite inferiore della velocità di saturazione è determinato dal sensore stesso, ma agendo sul guadagno elettronico dell’amplificatore associato al sensore ed il convertitore analogico digitale, la velocità di saturazione può essere aumentata. La costante 78 è stato scelta come impostazione di esposizione in modo tale che un esposimetro standard ed una superficie riflettente del 18% risultassero in un’immagine con un livello di saturazione di grigio del 12.7%.

La terza definizione è la sensibilità di rumore base. E’ definita come l’esposizione che porterà ad un determinato rapporto segnale rumore in un singolo pixel. Vengono utilizzati due rapporti, il 40:1 (“qualità dell’immagine eccellente”) ed il 10:1 (“qualità dell’immagine accettabile”). Questi rapporti sono stati determinati basandosi su una risoluzione di 70 pixel per centimetro (180 DPI) osservati a 25 cm di distanza. Il rapporto segnale rumore è definito come la deviazione standard della media pesata della luminanza e del colore di un singolo pixel. La sensibilità al rumore è determinata maggiormente dalla proprietà del sensore ed influenzata anche dal rumore aggiunto dal guadagno e dal convertitore Analogico/Digitale.

Oltre alle sensibilità definite sopra, lo standard ISO, nella versione del 2006, definisce anche la sensibilità standard di risultato (SOS), come

dove

è l’esposizione che risulterà dal valore di saturazione di un’immagine registrata.

Gli standard specificano anche come le sensibilità dei sensori dovrebbero essere riportati nelle specifiche tecniche della fotocamera. Se la sensibilità al rumore (40:1) è superiore rispetto alla sensibilità di saturazione, si dovrebbe segnalare la sensibilità al rumore arrotondata per difetto ad un valore conosciuto (100, 200, etc.). Se invece è la sensibilità al rumore ad essere inferiore alla sensibilità alla saturazione, sarà quest’ultima a venire utilizzata, arrotondata per eccesso ad un valore conosciuto.

Per esempio, un sensore fotografico potrebbe avere queste proprietà:

Secondo gli standard, la fotocamera dovrebbe comunicare la propria sensibilità come

ISO 100 (daylight)
ISO speed latitude 50–1600
ISO 100 (SOS, daylight).

Un’altra fotocamera con un sensore più rumoroso, potrebbe avere queste proprietà:

In questo caso, la fotocamera dovrebbe comunicare la propria sensibilità come

ISO 200 (daylight),

per tutti e due i casi dovremmo avere che l’impostazione del SOS è controllabile dal fotografo. Inoltre la fotocamera dovrebbe indicare per quale impostazione del bilanciamento del bianco i valori di ISO valgono (ad esempio se per l’incandescenza o la fluorescenza).

Tirando le conclusioni sulle definizioni sopra fornite, avremo che un’impostazione di SOS maggiore per un dato sensore risulterà con una perdita di qualità dell’immagine maggiore, come accadeva sulle pellicole analogiche. La differenza sarà che nel digitale avremo un’immagine rumorosa mentre nelle fotografie analogiche avremo che la grana della pellicola diventerà evidente nella fotografia stampata. Le migliori fotocamere digitali, quelle della fascia utilizzata dai professionisti, mostrano un’assenza totale di rumore per sensibilità di ISO 200 mentre producono risultati utilizzabili fino a ISO 25600. La Nikon, sull’ammiraglia D4, ha montato un sensore in grado di arrivare ad una sensibilità massima di 204800 ISO equivalenti.

Come abbiamo visto la definizione, e di conseguenza il suo utilizzo, è molto complessa. I costruttori di apparecchi fotografici preferiscono semplificare tutte queste definizioni, che personalmente non ho mai trovato nella lettura delle specifiche tecniche, ed utilizzare i calcoli semplificati mediante l’utilizzo dell’equivalente degli ISO nelle pellicole anche per le fotocamere digitali.

Analizziamo la sensibilità in modo pratico con qualche esempio fotografico. In figura 3 abbiamo una foto scattata con una fotocamera Canon EOS 450D, sensibilità ISO 400 diaframma 22 tempo di esposizione 181 secondi (3 minuti).

La foto è stata scattata utilizzando un cavalletto per non avere una foto mossa. L’illuminazione dell’acquedotto e stata fatta utilizzando una potente lampadina tascabile che veniva mossa mentre si camminava lungo l’acquedotto. La foto e stata leggermente schiarita in postproduzione. L’immagine non presenta degli effetti sgradevoli anche ad ingrandimenti maggiori.

In figura 4 la foto è stata scattata con una fotocamera Canon EOS 6D, sensibilità ISO 25600 diaframma 7,1 tempo di esposizione 1/40 di secondo a mano libera. Non sono stati effettuati interventi in postproduzione.

La seconda foto, con risultati simili alla precedente, proprio utilizzando l’alto valore di sensibilità è stata scattata in modo decisamente più semplificato (scatto a mano libera).

In figura 5 vediamo il confronto tra varie foto scattate, utilizzando un cavalletto, e variando la sensibilità del sensore e di conseguenza il tempo di esposizione.

A piccoli ingrandimenti si notano poche differenze dal valore di 50 ISO fino al valore di 25600. Il valore di ISO 102400 presenta già a questi ingrandimenti in evidente effetto di “sgranatura”. Notiamo che i valori nel colore blu degli ISO non sono dei valori reali di sensibilità del sensore ma sono ottenuti per approssimazione software dai valori reali; riusciamo ancora a scattare la foto ma il risultato è decisamente scarso.

In figura 6 vediamo le stesse foto precedenti ma da sinistra a destra vediamo dei particolari sempre più ingranditi. Sono evidenti i risultati della perdita di informazione sempre più velocemente all’aumentare della sensibilità.

Riassumendo quanto detto finora possiamo dire che la sensibilità del sensore influenza in modo significativo le prestazioni della fotocamera. Quando la luce è poca utilizziamo, se possibile, un illuminatore artificiale o rischiamo di avere una foto mossa. Se impostiamo “Auto ISO” la fotocamera esamina la scena e e sceglie la sensibilità la più alta possibile senza rischiare di avere una foto troppo “rumorosa”. Il rumore è generato dalla trasformazione del segnale luminoso in segnale elettrico ed è un fenomeno con cui bisogna convivere, non possiamo eliminarlo ma solo ridurlo. I sensori danno la migliore qualità dell’immagine alla minore velocità ISO (miglior rapporto segnale/rumore). Per la maggior parte delle fotocamere compatte questi valori sono relativamente bassi, poiché associati anche ad una dimensione piccola del sensore. Le fotocamere di alta gamma, che montano sensori di grandi dimensioni, possono arrivare fino a ISO 25.600 ed oltre. Inoltre queste sono dotate di sofisticati software di riduzione del rumore. I fotoamatori hanno poco interesse nel gestire direttamente la sensibilità ed ovviamente per loro la scelta migliore e quella di impostarla in modo automatico. Per i professionisti il discorso è decisamente diverso.

FRANCESCO

questo articolo è stato pubblicato sulla rivista FOTOGRAFARE 7 (Luglio) del 2014 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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