Questo articolo si propone di rispondere alla domanda: in che modo le dimensioni del sensore della tua fotocamera digitale influenzano i diversi tipi di fotografia? la dimensione del sensore è analoga alla scelta tra fotocamere a pellicola 35 mm, medio formato e grande formato, con alcune differenze notevoli uniche per la tecnologia digitale. Spesso sorge molta confusione su questo argomento perché ci sono così tante opzioni di dimensioni diverse e così tanti scambi- off relativi a profondità di campo, rumore dell’immagine, diffrazione, costo e dimensioni / peso.
La lettura di sfondo su questo argomento può essere trovata in il tutorial sui sensori delle fotocamere digitali.
PANORAMICA DELLE DIMENSIONI DEL SENSORE
Le dimensioni dei sensori attualmente hanno molte possibilità, a seconda del loro utilizzo, del prezzo e della portabilità desiderata. Le dimensioni relative per molti di questi è mostrato di seguito:
Le serie Canon 1D / 5D e Nikon D3 sono i sensori full frame più comuni. Le fotocamere Canon come la Rebel / 60D / 7D hanno tutte un fattore di ritaglio di 1,6 volte, mentre le fotocamere reflex Nikon tradizionali hanno un fattore di ritaglio di 1,5 volte. Il grafico sopra esclude il fattore di ritaglio 1,3X, utilizzato nelle fotocamere Canon della serie 1D.
Telefoni con fotocamera e altre fotocamere compatte utilizzano dimensioni del sensore comprese tra ~ 1/4 “e 2/3 “. Olympus, Fuji e Kodak hanno collaborato per creare un sistema 4/3 standard, che ha un fattore di ritaglio 2X rispetto alla pellicola da 35 mm. Esistono sensori di formato medio e più grande, tuttavia questi sono molto meno comuni e attualmente proibitivamente costosi. Questi non verrà quindi affrontato in modo specifico, ma si applicano gli stessi principi.
CROP FACTOR & FOCAL LENGTH MULTIPLIER
Il fattore crop è dimensione diagonale del sensore rispetto a un sensore full frame da 35 mm. Si chiama così perché quando si utilizza un obiettivo da 35 mm, un tale sensore ritaglia efficacemente gran parte dell’immagine all’esterno (a causa delle sue dimensioni limitate).
Angolo di campo di 35 mm Full Frame Si potrebbe inizialmente pensare che buttare via le informazioni sull’immagine non sia mai l’ideale, tuttavia ha i suoi vantaggi . Quasi tutte le lenti sono più nitide al centro, mentre la qualità degrada progressivamente verso i bordi. Ciò significa che un sensore ritagliato elimina efficacemente le parti di qualità più bassa dell’immagine, il che è abbastanza utile quando si utilizzano obiettivi di bassa qualità (poiché questi in genere hanno la qualità dei bordi peggiore).
Fotografia non ritagliata
Center Crop 
Ritaglio d’angolo D’altra parte, questo significa anche che si sta portando un obiettivo molto più grande del necessario, un fattore particolarmente rilevante per coloro che trasportano la fotocamera per lunghi periodi periodi di tempo (vedere la sezione seguente). Idealmente, si utilizzerebbe quasi tutta la luce dell’immagine trasmessa dall’obiettivo e questo obiettivo sarebbe di qualità sufficientemente elevata da rendere trascurabile il suo cambiamento di nitidezza verso i bordi.
Inoltre, le prestazioni ottiche del grandangolo raramente le lenti sono buone quanto lunghezze focali maggiori. Poiché un sensore ritagliato è costretto a utilizzare un obiettivo con un angolo più ampio per produrre lo stesso angolo di visualizzazione di un sensore più grande, ciò può degradare la qualità. I sensori più piccoli ingrandiscono maggiormente la regione centrale dell’obiettivo, quindi è probabile che il suo limite di risoluzione sia più evidente per obiettivi di qualità inferiore. Guarda il tutorial sulla qualità dell’obiettivo della fotocamera per ulteriori informazioni.
Allo stesso modo, il moltiplicatore della lunghezza focale mette in relazione la lunghezza focale di un obiettivo utilizzato su un formato più piccolo con un obiettivo da 35 mm che produce un angolo di campo equivalente e è uguale al fattore di ritaglio. Ciò significa che un obiettivo da 50 mm utilizzato su un sensore con un fattore di ritaglio di 1,6X produrrebbe lo stesso campo visivo di un obiettivo da 1,6 x 50 = 80 mm su un sensore full frame da 35 mm.
Attenzione che entrambi questi termini possono essere in qualche modo fuorvianti. La lunghezza focale dell’obiettivo non cambia solo perché l’obiettivo viene utilizzato su un sensore di dimensioni diverse, ma solo il suo angolo di campo. Un obiettivo da 50 mm è sempre un obiettivo da 50 mm, indipendentemente dal tipo di sensore. Allo stesso tempo, il “fattore di ritaglio” potrebbe non essere appropriato per descrivere sensori molto piccoli perché l’immagine non è necessariamente ritagliata (quando si utilizzano obiettivi progettati per quel sensore).
CONSIDERAZIONI SUL PESO E SULLE DIMENSIONI DELL’OBIETTIVO
I sensori più piccoli richiedono obiettivi più leggeri (per angolo di campo, portata dello zoom, qualità costruttiva e gamma di apertura equivalenti). Questa differenza può essere fondamentale per la fotografia naturalistica, escursionistica e di viaggio perché tutti questi spesso utilizzano obiettivi più pesanti o richiedono il trasporto di attrezzature per lunghi periodi di tempo.Il grafico seguente illustra questa tendenza per una selezione di teleobiettivi Canon tipici della fotografia sportiva e naturalistica:
Un’implicazione di ciò è che se si richiede che il soggetto occupi la stessa frazione dell’immagine su una fotocamera da 35 mm di un obiettivo da 200 mm f / 2.8 su una fotocamera con un fattore di ritaglio di 1,5X (che richiede un f / 2.8), si dovrebbe portare un peso di 3,5 volte tanto! Questo ignora anche la differenza di dimensioni tra i due, che può essere importante se non si vuole attirare l’attenzione in pubblico. Inoltre, gli obiettivi più pesanti in genere costano molto di più.
Per Fotocamere SLR, sensori di dimensioni maggiori producono immagini nel mirino più grandi e chiare, che possono essere particolarmente utili durante la messa a fuoco manuale. Tuttavia, questi saranno anche più pesanti e costano di più perché richiedono un prisma / pentaspecchio più grande per trasmettere la luce dall’obiettivo al mirino e verso l’occhio.
REQUISITI DI PROFONDITÀ DI CAMPO
Con l’aumentare delle dimensioni del sensore, la profondità di campo diminuirà per una data apertura (quando si riempie il fotogramma con un soggetto della stessa dimensione e distanza). Questo perché i sensori più grandi richiedono che uno si avvicini al soggetto o che utilizzi una lunghezza focale maggiore per riempire l’inquadratura con quel soggetto. Ciò significa che è necessario utilizzare dimensioni di apertura progressivamente più piccole per mantenere la stessa profondità di campo su sensori più grandi. La seguente calcolatrice prevede l’apertura e la lunghezza focale richieste per ottenere la stessa profondità di campo (mantenendo la prospettiva).
* Se si desidera la stessa prospettiva.
Come esempio calcolo, se si volesse riprodurre la stessa prospettiva e profondità di campo su un sensore full frame di quella ottenuta utilizzando un obiettivo da 10 mm af / 11 su una fotocamera con un fattore di ritaglio 1,6X, sarebbe necessario utilizzare un obiettivo da 16 mm e un’apertura di circa f / 18. In alternativa, se si utilizzasse un obiettivo da 50 mm f / 1.4 su un sensore full frame, ciò produrrebbe una profondità di campo così ridotta da richiedere un’apertura di 0,9 su una fotocamera con un fattore di ritaglio 1,6X, non possibile con obiettivi consumer!
Ritratto (DOF superficiale)
Paesaggio (grande DoF)
Una profondità di campo minore potrebbe essere desiderabile per i ritratti perché migliora la sfocatura dello sfondo, mentre una una maggiore profondità di campo è auspicabile per la fotografia di paesaggi. Questo è il motivo per cui le fotocamere compatte hanno difficoltà a produrre una sfocatura dello sfondo significativa nei ritratti, mentre le fotocamere di grande formato hanno difficoltà a produrre un’adeguata profondità di campo nei paesaggi.
Tieni presente che il calcolatore sopra presume che tu abbia un obiettivo sul nuovo sensore (# 2) in grado di riprodurre lo stesso angolo di campo del sensore originale (# 1). Se invece utilizzi lo stesso obiettivo, i requisiti di apertura rimangono gli stessi (ma dovrai avvicinarti al soggetto). Questa opzione, tuttavia, cambia anche prospettiva.
INFLUENZA DELLA DIFFRAZIONE
Sensori di dimensioni maggiori possono utilizzare aperture più piccole prima che il disco di diffrazione diventi più grande del cerchio di confusione (determinato dalla dimensione di stampa e criteri di nitidezza). Ciò è principalmente dovuto al fatto che i sensori più grandi non devono essere ingranditi tanto per ottenere le stesse dimensioni di stampa. Ad esempio: si potrebbe teoricamente utilizzare un sensore digitale grande quanto 8×10 pollici, quindi la sua immagine non avrebbe bisogno di essere ingrandita affatto per una stampa 8×10 pollici, mentre un sensore da 35 mm richiederebbe un ingrandimento significativo.
Utilizzare la seguente calcolatrice per stimare quando la diffrazione inizia a ridurre la nitidezza. Si noti che questo mostra solo quando la diffrazione sarà visibile se visualizzata sullo schermo al 100% – se questo sarà evidente nella stampa finale dipende anche dalla distanza di visualizzazione e dalle dimensioni di stampa. Per calcolare anche questo, visita: limiti di diffrazione e fotografia.
Tieni presente che l’inizio della diffrazione è graduale, quindi aperture leggermente più grandi o più piccole del limite di diffrazione sopra non appariranno all’improvviso meglio o peggio, rispettivamente. Inoltre, quanto sopra è solo un limite teorico; i risultati effettivi dipenderanno anche dalle caratteristiche dell’obiettivo. I seguenti diagrammi mostrano la dimensione del disco arioso (capacità di risoluzione massima teorica) per due aperture rispetto a una griglia che rappresenta la dimensione dei pixel:
Risoluzione dei limiti di densità dei pixel
(Requisiti DOF poco profondi)
Risoluzione dei limiti di Airy Disk
(Requisito Deep DOF)
Un’importante implicazione dei risultati di cui sopra è che il pixel limitato dalla diffrazione la dimensione aumenta per sensori più grandi (se i requisiti di profondità di campo rimangono gli stessi).Questa dimensione in pixel si riferisce a quando la dimensione del disco arioso diventa il fattore limitante nella risoluzione totale, non la densità dei pixel. Inoltre, la profondità di campo limitata dalla diffrazione è costante per tutte le dimensioni del sensore. Questo fattore può essere critico quando si decide su una nuova fotocamera per l’uso previsto, perché più pixel potrebbero non fornire necessariamente una maggiore risoluzione (per i requisiti di profondità di campo). In effetti, più pixel potrebbero persino danneggiare la qualità dell’immagine aumentando il rumore e riducendo la gamma dinamica (sezione successiva).
DIMENSIONE PIXEL: LIVELLI DI RUMORE & RANGE DINAMICO
I sensori più grandi generalmente hanno anche pixel più grandi (sebbene non sia sempre così), che danno loro il potenziale per produrre un rumore di immagine inferiore e hanno una gamma dinamica più elevata. La gamma dinamica descrive la gamma di toni che un sensore può catturare sotto quando un pixel diventa completamente bianco, ma sopra quando la trama non è distinguibile dal rumore di fondo (quasi nero). Poiché i pixel più grandi hanno un volume maggiore e quindi una gamma più ampia di capacità di fotoni, questi generalmente hanno una gamma dinamica più elevata.
Nota: cavità mostrato senza filtri colorati presenti
Inoltre, i pixel più grandi ricevono un flusso di fotoni maggiore durante un dato tempo di esposizione (allo stesso f-stop), quindi il loro segnale luminoso è molto più forte. Per una data quantità di rumore di fondo, questo produce un rapporto segnale / rumore più elevato e quindi una foto dall’aspetto più uniforme.
Più grande Pixel (con un sensore più grande)
Pixel più piccoli (con un sensore più piccolo)
Tuttavia, non è sempre così, perché la quantità di rumore di fondo dipende anche dal processo di fabbricazione del sensore e dall’efficienza con cui la fotocamera estrae le informazioni tonali da ogni pixel (senza introdurre rumore aggiuntivo). In generale, tuttavia, la tendenza di cui sopra è vera. Un altro aspetto da considerare è che anche se due sensori hanno lo stesso rumore apparente quando vengono visualizzati al 100%, il sensore con il numero di pixel più elevato produrrà una stampa finale dall’aspetto più pulito. Questo perché il rumore viene ingrandito meno per il sensore con numero di pixel più elevato (per una data dimensione di stampa), quindi questo rumore ha una frequenza più alta e quindi appare più fine.
COSTO DI PRODUZIONE DI SENSORI DIGITALI
Il costo di un sensore digitale aumenta notevolmente con l’aumentare della sua area. Ciò significa che un sensore con il doppio dell’area costerà più del doppio, quindi stai effettivamente pagando di più per unità “sensore immobiliare” quando passi a dimensioni maggiori.
Wafer di silicio (suddiviso in piccoli sensori)
Silicio Wafer (suddiviso in sensori di grandi dimensioni)
Lo si può capire osservando come i produttori realizzano i loro sensori digitali. Ogni sensore è tagliato da un foglio più grande di materiale siliconico chiamato wafer, che può contenere migliaia di singoli chip. Ogni wafer è estremamente costoso (migliaia di dollari), quindi un minor numero di chip per wafer comporta un costo per chip molto più elevato. Inoltre, la possibilità che un difetto irreparabile (troppi hot pixel o altro) finisca in un dato sensore aumenta con l’area del sensore, quindi la percentuale di sensori utilizzabili diminuisce con l’aumentare dell’area del sensore (resa per wafer). Supponendo che questi fattori (chip per wafer e resa) siano i più importanti, i costi aumentano proporzionalmente al quadrato dell’area del sensore (un sensore 2X tanto costa 4X tanto). La produzione del mondo reale ha una relazione più complicata tra dimensioni e costi, ma questo ti dà un’idea dei costi alle stelle.
Questo non vuol dire però che sensori di determinate dimensioni saranno sempre proibitivi; il loro prezzo potrebbe eventualmente diminuire, ma è probabile che il costo relativo di un sensore più grande rimanga significativamente più costoso (per unità di area) rispetto ad alcune dimensioni più piccole.
ALTRE CONSIDERAZIONI
Alcuni gli obiettivi sono disponibili solo per determinate dimensioni del sensore (o potrebbero non funzionare come previsto altrimenti), il che potrebbe anche essere una considerazione se aiutano il tuo stile di fotografia. Un tipo notevole sono gli obiettivi di inclinazione / spostamento, che consentono di aumentare (o diminuire) la profondità di campo apparente utilizzando la funzione di inclinazione. Gli obiettivi tilt / shift possono anche utilizzare lo spostamento per controllare la prospettiva e ridurre (o eliminare) le linee verticali convergenti causate dal puntamento della fotocamera sopra o sotto l’orizzonte (utile nella fotografia di architettura). Inoltre, gli obiettivi ultra grandangolari veloci (f / 2.8 o maggiori) non sono così comuni per i sensori ritagliati, il che può essere un fattore decisivo se necessario nello sport o nel fotogiornalismo.
CONCLUSIONI: DETTAGLIO DELL’IMMAGINE COMPLESSIVA & FATTORI DELLA CONCORRENZA
La profondità di campo è molto più ridotta per sensori di formato più grande, tuttavia si potrebbe anche utilizzare un apertura più piccola prima di raggiungere il limite di diffrazione (in base alle dimensioni di stampa e ai criteri di nitidezza scelti). Quindi quale opzione ha il potenziale per produrre la foto più dettagliata? I sensori più grandi (e di conseguenza un numero di pixel più elevato) producono indubbiamente più dettagli se ci si può permettere di sacrificare la profondità di campo. D’altra parte, se si desidera mantenere la stessa profondità di campo, le dimensioni del sensore più grandi non hanno necessariamente un vantaggio in termini di risoluzione. Inoltre, la profondità di campo limitata dalla diffrazione è la stessa per tutte le dimensioni dei sensori. In altre parole, se si utilizzasse l’apertura più piccola prima che la diffrazione diventi significativa, tutte le dimensioni del sensore produrrebbero la stessa profondità di campo, anche se l’apertura limitata dalla diffrazione sarà diversa.
Un altro risultato importante è che se la profondità di campo è il fattore limitante, il tempo di esposizione richiesto aumenta con la dimensione del sensore per la stessa sensibilità. Questo fattore è probabilmente più rilevante per la fotografia macro e notturna. Tieni presente che anche se le foto possono essere scattate a mano in un formato più piccolo, quelle stesse foto potrebbero non essere necessariamente scattate a mano in un formato più grande.
D’altra parte, i tempi di esposizione potrebbero non aumentare necessariamente di uno potrebbe inizialmente supporre, perché i sensori più grandi generalmente hanno un rumore inferiore (e possono quindi permettersi di utilizzare un’impostazione ISO di sensibilità maggiore mantenendo un rumore percepito simile).
Idealmente, rumore percepito i livelli (a una data dimensione di stampa) generalmente diminuiscono con sensori di fotocamere digitali più grandi (indipendentemente dalle dimensioni dei pixel).
Indipendentemente dalle dimensioni dei pixel, i sensori più grandi hanno inevitabilmente un’area di raccolta della luce maggiore. Teoricamente, un sensore più grande con pixel più piccoli avrà ancora un rumore apparente inferiore (per una data dimensione di stampa) rispetto a un sensore più piccolo con pixel più grandi (e un conteggio totale dei pixel risultante molto inferiore). Questo perché il rumore nella fotocamera ad alta risoluzione viene ingrandito di meno, anche se può sembrare più rumoroso al 100% sullo schermo del computer. In alternativa, si potrebbe concepibilmente mediare i pixel adiacenti nel sensore di conteggio di pixel più alto (riducendo così il rumore casuale) pur ottenendo la risoluzione del sensore di conteggio di pixel inferiore. Questo è il motivo per cui le immagini ridimensionate per il Web e le stampe piccole sembrano così prive di rumore.
Complessivamente: i sensori più grandi generalmente forniscono più controllo e maggiore flessibilità artistica, ma a il costo di richiedere obiettivi più grandi e attrezzature più costose. Questa flessibilità consente di creare una profondità di campo inferiore a quella possibile con un sensore più piccolo (se lo si desidera), ma ottenere comunque una profondità di campo paragonabile a un sensore più piccolo utilizzando una velocità ISO più elevata e un’apertura più piccola (o quando si utilizza un treppiede ).