I sensori CCD nella fotografia digitale








Gli attuali sensori CCD utilizzati dagli scanner e dalle fotocamere digitali non hanno alcuna conoscenza cromatica della realtà. Reagiscono ai fotoni che li investono e loro liberando elettroni senza essere, assolutamente sensibili al colore della luce percepita. Dunque un moderno sensore CCD, è un dispositivo monocromatico cioè vede solo livelli di grigio e genera una tensione elettrica proporzionale alla quantità di luce che riceve. Successivamente, un convertitore analogico/digitale fa il resto: la tensione in uscita dal sensore CCD, trasmessa singolarmente per ogni pixel, viene convertita in formato numerico per essere utilizzata poi dalla rimanente circuiteria o dal computer collegato al dispositivo. Maggiore è la risoluzione del convertitore, maggiore sarà il numero di sfumature effettivamente riconosciute in acquisizione. Senza entrare troppo nel merito di questi argomenti complessi, ci limiteremo ad affermare che, attraverso una terna di filtri RGB e un sensore CCD monocromatico siamo in grado di riconoscere le singole componenti cromatiche primarie dell’immagine acquisita; cioè, una volta nota per ogni singolo pixel la quantità di rosso, di verde e di blu di cui la porzione d’immagine è formata, abbiamo un quadro piuttosto chiaro delle sue caratteristiche cromatiche. Posto, dunque, che un sensore CCD è in grado di percepire solo livelli di luminosità, semplificando possiamo dire che l’acquisizione a colori si riduce ad effettuare tre singole esposizioni anteponendo all’obiettivo di ripresa un filtro rosso, un filtro verde e uno blu. Otteniamo in questo modo tre immagini monocromatiche che, opportunamente ricombinate tra loro, ripropongono l’immagine a colori corrispondente alla realtà. Inutile sottolineare che un sistema di ripresa organizzato in questo modo crea di certo non pochi problemi. Primo tra tutti il fatto che fotocamera e soggetto ripreso, durante le tre esposizioni, devono rimanere assolutamente immobili. Una minima variazione di inquadratura, infatti, provocherebbe un effetto “fuori registro” con evidenti e antiestetiche sbavature di colore nei contorni dei dettagli. Per lo stesso motivo sarebbe poi impossibile realizzare telecamere a colori a CCD singolo proprio in virtù del fatto che nulla è più movimentato di una ripresa video. L’ostacolo delle tre riprese successive si può aggirare più o meno facilmente utilizzando tre singoli sensori CCD ognuno filtrato diversamente oppure anteponendo ai singoli pixel una fitta rete di microfiltri RGB, come nello schema in figura. L’immagine “letta” da un sensore CCD realizzato con questa tecnologia è ovviamente a colori. Per ogni punto conosciamo sempre una delle tre caratteristiche cromatiche primarie (il rosso, il verde, oppure il blu) e le altre due possono essere facilmente interpolate ricorrendo ai pixel situati nell’intorno di quell’area, che sicuramente saranno filtrati anche secondo le componenti cromatiche mancanti. Da segnalare che non è assolutamente casuale il fatto che siano presenti più elementi filtrati in verde rispetto a quelli filtrati in rosso e in blu (i primi sono esattamente il doppio dei secondi e dei terzi) in quanto la regione del verde è quella di maggiore sensibilità per il nostro apparato visivo ed è proprio in quella “zona” dello spettro visibile che riusciamo a riconoscere un numero maggiore di dettagli e di sfumature. Giocando, abilmente, con l’interpolazione software dei punti a colori mancanti (e sfruttando quanto più possibile il fatto che i pixel verdi sono in quantità doppia rispetto a quelli rossi e blu) si riesce ad ottenere un numero di punti validi ridotti alla metà invece che ad un terzo (diciamo 250.000 pixel “veri” a colori utilizzandone, in partenza, 500.000), ovviamente i costruttori ci tacciono la verità approfittando dell’attuale confusione e disorientamento dell’utente medio. e nessuno ci dirà mai che un sensore CCD da 5 Mpix riuscirà a darci effettivi 2,5 Mpix per di più interpolati (altrimenti sarebbero 1,5). Non entriamo ora nei dettagli di come viene fatta l’interpolazione cromatica, diciamo, in poche parole che, se un pixel adibito a vedere il rosso, tramite la luminosità percepita da questo e dei pixel adiacenti, si riesce (molto ad occhio) a ricostruire il livello di verde e di blu che il medesimo leggerebbe (ma che in realtà non vede). Il vero salto di qualità fotografica (come nel settore professionale) si avrebbe eliminando del tutto o minimizzando questo meccanismo di interpolazione. E, come è facile prevedere, se non intendiamo effettuare più esposizioni con differenti filtri, è necessario ricorrere a 2 o a 3 sensori CCD utilizzati insieme. In figura è mostrato uno schema esemplificativo di una fotocamera digitale basata su due sensori CCD nonché la soluzione “no limits” di 3 sensori CCD, uno per componente primaria di sintesi additiva. E’ evidente che nell’ultimo caso (3 CCD) non è necessario compiere alcuna operazione di interpolazione software di natura cromatica, in quanto di ogni pixel della nostra immagine conosciamo esattamente ognuna delle tre componenti cromatiche che identificano il rispettivo colore. Altri approfondimenti qui, qui e qui Tratto da: I sensori CCD e l’acquisizione digitale delle immagini a coloridi Andrea de Prisco. Saluti a tutti

 




 

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