Nel mondo della fotografia digitale, i sensori rappresentano il cuore delle macchine fotografiche moderne. Sono i componenti che catturano la luce e la trasformano in immagine. In questo articolo esploreremo i vari formati e le diverse tecnologie dei sensori, aprendo la porta a un mondo di opportunità creative per gli appassionati di fotografia.
Nel mondo della fotografia digitale, i sensori rappresentano il cuore pulsante delle macchine fotografiche moderne. È grazie a loro, infatti, se la nostra fotocamera è in grado di catturare la luce per trasformarla in immagini digitali di straordinaria qualità. I sensori non sono però tutti uguali: differiscono per formato e tecnologie. Proviamo allora a vederli più da vicino.
Il formato dei sensori
La dimensione del sensore della fotocamera è importante perché influenza la qualità dell’immagine. Tra due fotocamere con lo stesso numero di pixel, quella con il sensore fisicamente più grande produrrà immagini di migliore qualità. Questo è dovuto al fatto che i fotosensori, che chiamiamo ora pixel, sono più grandi sul sensore più grande.
Lo scopo principale di un fotosensore è quello di raccogliere la luce e produrre un segnale elettrico che viene poi convertito in un segnale di immagine digitale, e più luce viene ricevuta dal sensore, più forte sarà il segnale dell’immagine.
Segnali forti non necessitano di amplificazione e ciò significa che vi è meno probabilità che il rumore dell’immagine venga introdotto o accentuato.
Il sensore è anche uno dei componenti che più incidono sul costo totale di una fotocamera, il che significa che le fotocamere con sensori più grandi tenderanno ad essere considerevolmente più costose rispetto a quelle con sensori più piccoli.
La dimensione del sensore, inoltre, incide anche sul corpo della fotocamera in quanto sensori più grandi necessiteranno di un corpo macchina in grado di ospitarlo e, allo stesso tempo, anche gli obiettivi saranno di dimensioni più generose per poter generare un cerchio d’immagine in grado di coprire il sensore.
Per riassumere in termini generali, le fotocamere con sensori più grandi tendono ad essere più grandi e più costose rispetto a quelle con sensori più piccoli e, in generale, produrranno immagini di migliore qualità.
Ma quali e quanti possono essere i formati dei sensori? Scopriamo insieme i più comuni.
Full Frame
Il formato Full Frame è spesso considerato un vero e proprio riferimento e deve il suo nome al fatto che le sue dimensioni corrispondono a quelle dei vecchi fotogrammi 35mm delle fotocamere a pellicola. Il sensore Full Frame offre una serie di caratteristiche che lo rendono la scelta preferita tra i fotografi professionisti e appassionati di fotografia.
La sua area sensibile alla luce più ampia rispetto ai formati più piccoli permette di catturare una maggiore quantità di luce, il che si traduce in una migliore sensibilità alla luce e una resa dei colori più accurata. Questo è particolarmente vantaggioso in condizioni di scarsa illuminazione, in cui è necessario catturare dettagli e tonalità precise.
Un’altra caratteristica distintiva del formato Full Frame è la sua capacità di produrre una profondità di campo più ridotta rispetto ai formati più piccoli. Questo significa che puoi ottenere un effetto di sfocatura dello sfondo più pronunciato (noto come bokeh) quando scatti con aperture ampie. Questo è molto apprezzato in generi come il ritratto e la fotografia di moda, in cui l’attenzione selettiva sul soggetto principale è essenziale. Tuttavia, come già detto, le maggiori dimensioni dei sensori Full Frame comportano che anche le fotocamere e le ottiche debbano essere più grandi ed ingombranti rispetto a quelle che impiegano sensori più piccoli.
APS-C
Il formato APS-C è più piccolo rispetto al Full Frame. Le dimensioni ridotte comportano una maggiore profondità di campo ma, soprattutto, un fattore di crop (generalmente 1,5x o 1,6x) che influisce sull’angolo di campo dell’obiettivo, riducendolo. Ecco quindi il motivo per cui un obiettivo di una determinata lunghezza focale montato su una macchina APS-C avrà una resa più “tele” che se fosse montato su una macchina Full Frame. Ciò può rappresentare un vantaggio per chi è solito utilizzare ottiche lunghe (un 200mm montato su una fotocamera APS-C avrà l’angolo di ripresa equivalente a quello di un 320mm su una full-frame) ed uno svantaggio per chi utilizza ottiche grandangolari (un supergrandangolare da 14mm montato su una APS-C vedrà ridurre il suo angolo di campo a quello di un 23mm di una full frame).
Le fotocamere con formato APS-C sono solitamente più leggere e meno costose rispetto alle Full Frame.
Micro quattro terzi /Micro Four Thirds
Il formato micro quattro terzi è un’innovativa tecnologia di sensori sviluppata da Olympus e Panasonic nel 2008. È progettato specificamente per le fotocamere mirrorless e offre una combinazione unica di qualità dell’immagine e compattezza.
Rispetto al formato Full Frame, il formato Micro Four Thirds presenta un fattore di crop di 2x. Ciò significa che l’angolo di campo dell’obiettivo è dimezzato al Full Frame. Essendo più piccolo rispetto ai sensori Full Frame e APS-C, consente la progettazione di fotocamere e obiettivi più leggeri e compatti. Questo fa delle fotocamere micro quattro terzi una scelta eccellente per i fotografi che desiderano una soluzione portatile.
Grazie alle loro ridotte dimensioni, i sensori Micro Four Thirds offrono inoltre una profondità di campo maggiore rispetto ai formati più grandi.
Medio formato
Se Full Frame, APS-C e Micro Quattro Terzi sono termini che definiscono con precisione il formato dei sensori, il termine Medio Formato non indica una misura precisa ma viene utilizzato per definire tutti i sensori con dimensioni maggiori del full frame.
- Hasselblad: Formato del sensore: 53,4 x 40,0 mm (Hasselblad H System)
- Phase One: Formato del sensore: 53,7 x 40,4 mm (Phase One XF IQ4)
- Fujifilm: Formato del sensore: 43,8 x 32,9 mm (Fujifilm GFX System)
- Pentax: Formato del sensore: 44,0 x 33,0 mm (Pentax 645 System)
- Leica: Formato del sensore: 45,0 x 30,0 mm (Leica S System)
Come vediamo, le dimensioni dei sensori medio formato possono variare ma, in generale, superano appunto le dimensioni di un fotogramma 35mm. Le maggiori dimensioni consentono di catturare una maggiore quantità di luce e dettagli rispetto ai sensori più piccoli. Grazie anche al fatto che questi sensori vengono implementati su fotocamere di classe superiore, la loro maggiore area di cattura si traduce in immagini di altissima qualità e prestazioni straordinarie.
Vantaggi dei sensori medio formato:
Qualità dell’immagine eccezionale: I sensori medio formato offrono una qualità dell’immagine superiore grazie alla loro capacità di catturare dettagli fini, colori accurati e una gamma tonale ampia. Le immagini prodotte da questi sensori sono caratterizzate da una nitidezza impeccabile e una resa cromatica straordinaria.
Ampia gamma dinamica: I sensori medio formato sono noti per la loro eccezionale gamma dinamica. Sono in grado di registrare sia le alte luci che le ombre più profonde con una notevole precisione, consentendo di preservare dettagli in tutte le zone dell’immagine. Ciò offre una maggiore flessibilità nella post-produzione e consente di ottenere immagini con un equilibrio tonale perfetto.
Profondità di campo controllata: I sensori medio formato consentono di ottenere una profondità di campo ancora più ridotta di quella che caratterizza le fotocamere full frame. Ciò rende possibile creare immagini con sfocature deliziosamente morbide.
Dettagli e risoluzione elevati: Grazie alle dimensioni fisiche maggiori, i sensori medio formato offrono un’incredibile quantità di dettagli e una risoluzione superiore. Questo consente di stampare immagini di grandi dimensioni senza perdere la nitidezza o la definizione. È possibile esplorare l’immagine da vicino e scoprire dettagli nascosti che altrimenti potrebbero sfuggire.
I sensori medio formato offrono indubbiamente vantaggi significativi, ma ci sono alcune considerazioni importanti da tenere a mente. Le fotocamere medio formato e gli obiettivi dedicati possono essere costosi e richiedono attrezzature più pesanti e ingombranti rispetto ai sistemi Full Frame o APS-C. Inoltre, la post-produzione di immagini con file di grandi dimensioni richiede un’elaborazione potente e spazio di archiviazione sufficiente.
Le tecnologie
Oltre a differenziarsi per i loro formati, i sensori per macchine fotografiche possono anche presentare diverse tecnologie che influenzano la qualità dell’immagine e le prestazioni complessive del sistema.
CCD (Charge-Coupled Device) e CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) sono le due tecnologie di base utilizzate nei sensori delle macchine fotografiche digitali.
CCD
I sensori CCD sono stati i primi ad essere ampiamente utilizzati. I sensori CCD sono costituiti da una matrice di fotositi, ognuno dei quali accumula la carica elettrica prodotta dalla luce incidente. La carica viene quindi spostata tra i fotositi attraverso una serie di elettrodi, fino a quando non raggiunge una regione di lettura dove viene convertita in un segnale analogico e successivamente digitalizzata. Questa tecnologia richiede un’architettura complessa e un processo di lettura sequenziale.I sensori CCD offrono una qualità dell’immagine eccellente, con una bassa rumorosità e una buona gamma dinamica. Tuttavia, sono più costosi da produrre e richiedono più energia.
CMOS
I sensori CMOS, invece, utilizzano una tecnologia di produzione più economica e offrono un consumo energetico ridotto rispetto ai CCD. I sensori CMOS utilizzano un’architettura dove ogni fotosito è dotato di un transistor di conversione, che converte direttamente la carica in un segnale elettrico. Questo segnale viene quindi amplificato, convertito in digitale e processato. Poiché ogni fotosito è autonomo, i sensori CMOS consentono una lettura più rapida e un’elaborazione parallela dei dati che hanno reso possibile l’implementazione di funzioni quali l’autofocus e la registrazione di video anche ad alta definizione. Nel corso degli anni, i sensori CMOS hanno fatto passi da gigante in termini di qualità dell’immagine, riduzione del rumore e prestazioni generali. Oggi, infatti, la maggior parte delle fotocamere digitali utilizza sensori CMOS grazie alla loro combinazione di prestazioni, costo e versatilità.
BSI
I sensori BSI, Backside Illuminated o retroilluminato, rappresentano una significativa evoluzione nella tecnologia CMOS. Questa innovazione ha rivoluzionato il modo in cui i sensori digitali catturano la luce, migliorando notevolmente la qualità dell’immagine e le prestazioni complessive delle fotocamere. La tecnologia dei sensori retroilluminati è stata sviluppata e implementata da diversi produttori di sensori per macchine fotografiche. Uno dei pionieri in questo campo è stata la società giapponese Sony, che ha introdotto i sensori retroilluminati sul mercato già nel 2008 con il sensore Exmor R. Questa tecnologia ha rivoluzionato l’industria delle fotocamere digitali, consentendo una maggiore sensibilità alla luce e una migliore qualità dell’immagine. Tradizionalmente, i sensori digitali erano progettati con una struttura in cui i fotositi, responsabili di catturare la luce, erano posizionati sulla parte anteriore del sensore, ovvero quella rivolta verso l’obiettivo. Tuttavia, con l’introduzione dei sensori retroilluminati, questa configurazione è stata invertita.
Nei sensori retroilluminati, i fotositi sono posizionati sul retro del sensore, ovvero vicino al substrato di silicio. Questo consente alla luce di raggiungere i fotositi senza ostacoli, migliorando notevolmente l’efficienza di raccolta della luce. Poiché la luce non deve attraversare strati aggiuntivi, il sensore retroilluminato cattura una maggiore quantità di luce, aumentando la sensibilità e riducendo il rumore dell’immagine.
Ciò è particolarmente vantaggioso in condizioni di scarsa illuminazione, dove la luce è limitata. I sensori retroilluminati consentono di ottenere immagini più nitide, con meno rumore e con una migliore resa dei dettagli anche in situazioni di illuminazione difficile. Questo è particolarmente evidente quando si scattano foto con un’elevata sensibilità ISO.
Inoltre, i sensori retroilluminati offrono una gamma dinamica migliorata, consentendo di catturare dettagli sia nelle ombre che nelle luci alte di una scena. La maggiore efficienza nella raccolta della luce si traduce in una resa cromatica più accurata, con colori vividi e naturali.
Un altro vantaggio dei sensori retroilluminati è la capacità di ridurre al minimo gli effetti di diffrazione.Poiché la luce raggiunge direttamente i fotositi, senza essere intralciata da elementi interni del sensore, si riduce la possibilità di interferenze e abbassamento della qualità dell’immagine.
È importante notare che l’implementazione di sensori retroilluminati richiede una tecnologia di produzione più complessa rispetto ai sensori convenzionali. Tuttavia, grazie ai progressi nella fabbricazione dei sensori, questa tecnologia è diventata sempre più diffusa in fotocamere di varie fasce di prezzo.
Foveon X3
Foveon X3 è una tecnologia proprietaria sviluppata da Sigma. A differenza dei sensori tradizionali, che utilizzano una matrice di fotositi sensibili a un solo colore (tipicamente rosso, verde e blu), il sensore Foveon X3 adotta una struttura a tre strati.
Ogni strato del sensore Foveon X3 è sensibile a una specifica lunghezza d’onda della luce, consentendo di catturare direttamente i diversi colori in modo più accurato rispetto ai sensori tradizionali. Il primo strato del sensore è sensibile al colore blu, il secondo allo strato verde e il terzo allo strato rosso. Questa struttura a tre strati permette al sensore Foveon di catturare l’intero spettro di colore per ciascun pixel, senza dover fare interpolazione o sottocampionamento dei colori come avviene nei sensori convenzionali a maschera di Bayer.
Ciò significa che il sensore Foveon è in grado di registrare informazioni cromatiche più precise e dettagliate, fornendo una resa dei colori più accurata. Tuttavia, è importante notare che il sensore Foveon ha una densità di pixel inferiore rispetto ai sensori tradizionali, il che significa che può avere una risoluzione effettiva inferiore, specialmente nelle fotocamere di fascia alta che puntano ad alti numeri di megapixel. Inoltre, i sensori Foveon richiedono un’elaborazione più intensiva dei dati e possono essere più suscettibili al rumore in condizioni di scarsa illuminazione.
X-Trans
La tecnologia X-Trans, sviluppata da Fujifilm, è una variante dei sensori CMOS che utilizza una disposizione dei fotositi non convenzionale rispetto alla tradizionale matrice di Bayer (RGB), che viene utilizzata nella maggior parte dei sensori.
La disposizione dei fotositi nel sensore X-Trans è infatti basata su un pattern casuale anziché su una griglia regolare. Questo pattern casuale è progettato per ridurre l’effetto di moiré e migliorare la nitidezza delle immagini senza la necessità di un filtro anti-aliasing aggiuntivo. Il filtro anti-aliasing è tipicamente utilizzato nei sensori Bayer per prevenire l’effetto di moiré, ma può introdurre una leggera perdita di nitidezza nelle immagini. La disposizione casuale dei fotositi nel sensore X-Trans assicura che ogni pixel abbia almeno un fotosito sensibile a ciascuno dei tre colori primari. Questo permette una maggiore precisione nella riproduzione dei dettagli e dei colori, contribuendo a una resa delle immagini più nitida e naturale.
Oltre a migliorare la nitidezza e la resa dei colori, il sensore X-Trans offre anche un’alta sensibilità alla luce grazie a fotositi più grandi rispetto a quelli presenti in un sensore Bayer tradizionale. I fotositi più grandi catturano una maggiore quantità di luce, consentendo prestazioni migliori in condizioni di scarsa illuminazione e una riduzione del rumore nelle immagini.
Tuttavia, la disposizione casuale dei fotositi può rendere più complessa l’elaborazione dei dati dell’immagine. I produttori di fotocamere devono adattare gli algoritmi di demosaico e di elaborazione dell’immagine per ottenere la massima qualità possibile dai sensori X-Trans. Ciò può comportare una leggera differenza nell’elaborazione delle immagini rispetto ai sensori Bayer, e alcuni software di post-produzione potrebbero richiedere un supporto specifico per la gestione dei file RAW provenienti dai sensori X-Trans.
