RAW – un formato “grezzo”

by / martedì, 05 maggio 2020 / Published in Alta Fotografia, Fotografia, Francesco, Il blog

 

 

Un formato “GREZZO” per memorizzare le nostre fotografie digitali

 

 

Quando scattiamo una fotografia noi stiamo fissando un immagine composta da molteplici parametri su un supporto di memorizzazione. Analizziamo per prima cosa gli aspetti fisici della nostra immagine, ovviamente consideriamola senza aspetti creativi ma il più possibile vicino alla realtà:

  • sfocatura: tutti i pixel sono fuori fuoco. Dobbiamo assolutamente evitarla poiché non è possibile correggerla;

sfocatura: da un file in formato CR2 (RAW di Canon) mediante un software specifico (FastStone Image Viewer 5.5) è stato applicato un effetto di sfocatura sull’occhio di Valentina che risulta molto evidente nella parte destra dell’immagine. Non è possibile partire da un immagine sfocata per arrivare ad una immagine a fuoco poiché mancano i necessari dettagli. Questa immagine occupa 19.1 Megabyte in formato CR2 mentre in formato JPG occupa 3.48 Megabyte

  • luminosità: la quantità di luce che una sorgente luminosa emette, detta anche brillanza. In definitiva è la percezione della scena. una scena è percepita come: abbagliante, fioca, luminosa, etc.;

  • saturazione: è l’intensità di una specifica tonalità. Una tinta molto satura ha un colore intenso e brillante e quando viene diminuita il colore diventa più debole e tende al grigio;

immagine di partenza senza nessuna elaborazione

la saturazione è stata variata utilizzando un software di foto ritocco. Nel primo caso è stata diminuita del 40% mentre nel secondo caso è stata aumentata della stessa percentuale

  • contrasto: è la differenza tra il valore più alto (punto a luminosità massima) ed il valore più basso (punto a luminosità minima). Per una immagine in bianco è nero aumentare il contrasto significa eliminare alcuni dei grigi intermedi.

il contrasto è stato variato utilizzando un software di foto ritocco. Nel primo caso è stata aumentato del 40% mentre nel secondo caso è stato diminuito della stessa percentuale

Dopo aver scelto tutti i parametri precedentemente detti attraverso la fotocamera dobbiamo trasformare la scena acquisita in una immagine digitale. I formati che abbiamo a disposizione sono:

  • formato bitmap (detto anche raster): è formato da una matrice di punti (il singolo punto è detto pixel) il cui valore ci restituisce il colore associato:

    • per le immagini monocromatiche si usa solo una scala dei grigi;

    • per le immagini policrome vengono memorizzate separatamente le intensità dei tre colori fondamentali. Ad esempio nel modello RGB i colori usati sono il rosso, il verde ed il blu.

confronto tra due font; il primo che utilizza il formato raster (estensione dei file JPG PNG GIF), il secondo che utilizza il formato vettoriale (estensione dei file SVG)

Il numero dei bit per il singolo pixel determina il numero dei colori che si possono memorizzare. Avremo che con un solo bit sarà possibile memorizzare 2 soli valori (bianco o nero) mentre con otto bit sarà possibile memorizzare 28 cioè 256 valori diversi (256 colori diversi o 256 tonalità di grigio nel caso di immagini monocromatiche).

Quasi tutte le fotocamere aggiungono a questi dati un header che contiene le informazioni aggiuntive alla scena acquisita; ad esempio vengono memorizzati: la risoluzione, la fotocamera e l’obiettivo utilizzato, il tempo ed il diaframma, il copyright etc.

dentro header della fotografia troviamo molto informazioni, che aumenteranno la quantità di memoria necessaria ma ci forniscono molti dati come: modello fotocamera, dati dello scatto, copyright etc.

le immagini di questo tipo possono essere memorizzate con due modalità, spesso basate su un algoritmo di compressione, diverso:

    • immagini lossy: presentano una perdita delle informazioni come nel caso del JPEG;

    • immagini lossless: non presentano una perdita delle informazioni come nel caso del GIF o del PNG.

  • formato vettoriale: è formato da primitive geometriche che rendono il risultato facilmente scalabile e rotabile. L’immagine non utilizza punti ma, ad esempio, rette. È molto utilizzato nel disegno tecnico e nelle creazione di marchi e loghi.

Facciamo un rapido confronto tra i due formati di memorizzazione.

FORMATO VETTORIALE VS. RASTER

VANTAGGI

SVANTAGGI

possibilità di memorizzare i dati in una forma direttamente comprensibile (lo standard SVG – Scalable Vector Graphics)

la realizzazione non è intuitiva come nel caso delle immagini raster

possibilità di memorizzare i dati in un formato che occupa meno spazio

Elevate risorse di calcolo durante la visualizzazione

possibilità di ingrandire molto l’immagine senza perdita di risoluzione per il risultato finale

La grafica vettoriale risulta indipendente dalla risoluzione ed ingrandendo l’immagine non cambia la sua qualità. Al contrario nelle grafica raster ingrandendo l’immagine si vengono a evidenziare i singoli pixel che presto rendono la visione della scena inaccettabile.

La grafica vettoriale è particolarmente adatta nella gestione di grande quantità di dati come nel caso di dati cartografici, nell’editoria, nell’architettura, nell’ingegneria etc.. All’interno del computer ne viene fatto un uso massivo per la gestione dei font.

degrado del formato raster: nel lato sinistro all’aumentare dell’ingrandimento si rendono evidenti i pixel che formano l’immagine e si approssimano in modo grossolano i vari colori

Per il processo fotografico risulta migliore la grafica raster ma prima vediamo velocemente come viene acquisita la scena in una fotocamera digitale.

Per semplificare la trattazione consideriamo solo i sensori di tipo CMOS, che rappresentano la quota di mercato più significativa, e tralasciamo tutte le altre possibili alternative. Ricordiamo che i pixel gestiscono solo l’informazione della luminosità, per memorizzare una immagine a colori saranno necessarie tre diverse acquisizioni avendo cura di filtrare separatamente le componenti cromatiche.

Il sistema ottico della fotocamera provvede a focalizzare la scena sulla superficie del sensore di acquisizione. Il sensore, a seconda della sua risoluzione, è formato da milioni di singoli elementi sensibili alla luce, chiamati pixel, disposti su una matrice. Sulla loro superficie è disposto il filtro per le componenti cromatiche principali, il filtro di Bayer o Color Filter Array, che provvede a far giungere le componenti cromatiche separate su un gruppo di quattro pixel che formano il fotosito. Dei quattro pixel due cattureranno la componente cromatica del verde ed uno ciascuno la componente rossa e quella blu. L’insieme di questo tipo di sensore è stato ampiamente studiato e viene definito a matrice Bayer. Successivamente l’algoritmo di demosaicizzazione permette di ricostruire le informazioni mancanti per le singole componenti cromatiche. Il segnale analogico acquisito dal sensore di immagine viene elaborato secondo l’algoritmo di demosaicizzazione e successivamente viene convertito in digitale da un convertitore A/D. A questo punto o viene registrato direttamente (il formato RAW) oppure viene elaborato per ottenere un formato più leggero (il formato JPEG). La registrazione della scena nella maggior parte dei casi avviene utilizzando il formato JPEG, che come già detto è una tecnica lossy.

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

Le fotocamere quando registrano le immagini in formato JPEG operano la compressione al fine di:

  • velocizzare la memorizzazione sulla scheda di memoria;

  • includere il maggior numero di immagini nello stesso supporto di memorizzazione.

Quando si memorizza un immagine utilizzando questo formato si accetta una perdita dei dati che corrispondono normalmente a dettagli poco significativi. È’ importante che quelli persi siano legati a parametri che un buon osservatore faccia in ogni caso fatica a recepire. L’uso di questo formato continua per quasi tutte le foto compresse dalla fotocamera ad avere una buona qualità per la stampa. In generale, a parità di condizioni, la qualità delle stampe è tanto migliore quanto più piccola è la dimensione della stampa. Per stampe professionali di elevata qualità o di grandi dimensioni si preferisce la gestione dei file grafici in formati che non hanno perdita di qualità.

Se si vuole memorizzare nel miglior modo possibile la scena il formato migliore, ed anche quello più utilizzato, è quello di utilizzare il formato RAW (in inglese non elaborato o grezzo). Il formato memorizza direttamente i dati acquisiti dal sensore di immagini per ogni singolo canale cromatico. Questa tecnica è presente sulle reflex e sulle compatte di fascia alta.

Con la tecnica Raw quindi la memorizzazione dell’immagine catturata dal sensore viene registrata nella sua forma originaria (grezza) cioè immediatamente dopo la conversione da analogico a digitale senza ulteriori elaborazioni. Vengono registrati i singoli dati monocromatici indicanti l’intensità luminosa incidente sui singoli pixel.

Utilizzando questo formato avremo la possibilità di catturare delle immagini con alcune impostazioni (ad esempio: l’esposizione, il bilanciamento del bianco etc.) non ottimali ma la successiva e necessaria elaborazione in studio potrà regolare questi parametri di ripresa in modo efficacie per ottenere una qualità superiore. Come già detto non è possibile correggere la messa a fuoco o la profondità di campo che sono state utilizzate durante l’esposizione.

Moltissimi costruttori forniscono le fotocamere, specie le reflex, con la possibilità di memorizzare le immagini in:

  • formato JPEG: questo formato presenta una perdita della qualità ma occupa poca memoria ed il tempo necessario a salvare l’immagine è quello minore;

  • formato RAW: questo formato non presenta una perdita della qualità ma occupa tanta memoria, necessariamente il tempo per salvare l’immagine aumenta;

  • formato JPEG + RAW: la lettura di un file in formato RAW (necessita di elaborazione) è più complessa del formato JPEG e per facilitare l’utente è stato implementato questo formato. Per visionare una fotografia viene utilizzato il JPEG che ha una buona velocità mentre la qualità è garantita dal RAW. Ovviamente aumentano in modo considerevole il tempo di scrittura sulla scheda di memoria e la sua quantità occupata. Fortunatamente i miglioramenti tecnologici hanno permesso un buon aumento della velocità di utilizzo ed una riduzione dei prezzi dei dispositivi di memorizzazione. I file o vengono memorizzati con lo stesso nome ma con due estensioni diverse oppure viene registrato un unico file che contiene entrambi i formati, in questo caso è necessario un software dedicato per la sua gestione, questo modalità è usata ad esempio nelle fotocamere della Fuji.

Spesso viene fornita la possibilità di scegliere tra diverse qualità per i file in formato JPEG o tra vari formati per i file in formato RAW.

Purtroppo non esiste uno standard universalmente riconosciuto da tutti i costruttori di fotocamere ma al contrario ogni costruttore utilizza un proprio standard. Questi possono essere diversi anche fra modelli diversi della stessa casa produttrice; i principali tipi utilizzati sono:

  • Canon: CRW (Canon RaW, estensione del file CR2);
  • Epson: ERW (Epson RaW);
  • Foveon: X3F;
  • Fuji: RAF (RAw Fuji);
  • Hasselblad: 3FR;
  • Kodak: DCR (Digital Camera Raw);
  • Minolta: MRW (Minolta RaW);
  • Nikon: NEF (Nikon Electronic Format);
  • Olympus: ORF (Olympus Raw Format);
  • Pentax: PEF (Pentax Electronic Format);
  • Sony: ARW (Alpha RaW);
  • Samsung: SRW ( Samsung RaW).

Successivamente al salvataggio del file bisogna elaborare mediante un software adeguato (ad esempio: FastStone Image Viewer, Picasa, Adobe Camera Raw (Plug-in di Photoshop), ACD See Pro, Apple iPhoto e tanti altri) le operazioni che sono normalmente eseguite dal processore di immagini, in particolare possiamo:

  • acquisire il file;

  • applicare l’algoritmo di demosaicizzazione per calcolare i dati per ogni pixel non direttamente letti dal sensore;

  • scegliere il numero dei bit per campionare i dati (convertitore A/D);

  • apportare modifiche alle caratteristiche principali dell’immagine (bilanciamento del bianco, esposizione, contrasto, regolazione dei colori, etc.);

  • convertire e salvare il file Raw in altri formati (BMP, TIFF, GIF, etc); oppure con metodi di tipo Lossy (.JPG, .JP2, etc).

Inoltre questi software permettono di:

  • apportare altre modifiche all’immagine, come la correzione della aberrazione cromatica e delle aberrazioni sferiche dovute alla geometria dell’ottica;

  • rimuovere l’effetto di vignettatura dell’immagine;

  • ridurre il rumore elettronico nelle immagini riprese con scarsa illuminazione;

  • applicare filtri per il miglioramento del dettaglio e della nitidezza dell’immagine;

  • eliminare le possibili interferenze provocate dalle condizioni di ripresa sul sensori, ad esempio l’effetto Moirè.

Il formato Raw è usato quindi prevalentemente nella fotografia professionale ed amatoriale di alto livello poiché offre prestazioni ottime, ma a discapito della versatilità infatti:

  • i file registrati hanno una dimensione notevolmente maggiore del JPEG. La dimensione dei file che si producono in Raw in una fotocamera è spesso il triplo di un file registrato in JPEG. Servono supporti di memoria molto capienti ed anche veloci;

  • è opportuno, a volte necessario, utilizzare un software fornito in dotazione alla fotocamera poiché ogni costruttore utilizza un proprio formato spesso non compatibile.

Sarebbe sicuramente auspicabile in un futuro prossimo di avere un unico standard per tutti i costruttori.

 

FRANCESCO

questo articolo è stato pubblicato sulla rivista FOTOGRAFARE 9 (Settembre) 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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