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Oltre i 60Mpix: diffrazione e micromosso


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avatarsenior
inviato il 01 Febbraio 2025 ore 8:30

Vale potresti passare a tifare il Como da questo anno in avanti, avresti più soddisfazioni MrGreen

avatarsenior
inviato il 01 Febbraio 2025 ore 8:49

La formula (1) è di derivazione MTF, non è campata per aria.
R(eq) in µm NON è la grandezza di un sensel su cui calcolare Nyquist (per esempio).
R(eq) più bassa significa più risoluzione della coppia f/ e d o meglio MTF sistemica più alta.


Nessuno ha detto che è campata in aria.

Solo che innanzitutto considera un obiettivo perfetto e quindi non è applicabile ad un obiettivo reale.

Poi se R(eq) non è una risoluzione equivalente dalla quale ricavare il minimo dettaglio risolvibile ("NON è la grandezza di un sensel su cui calcolare Nyquist (per esempio)"), non ci fornisce informazioni per quantificare quanta risoluzione perdiamo per strada per la diffrazione.

Allora se serve solo per "mettere in luce l'interazione (nel digitale!) fra f/ (diffrazione) e d (dimensione sensel)", ben venga, ma il fatto che se aumenta f/ o calano le dimensioni del sensel la diffrazione fa più danni è una cosa piuttosto nota ed intuitiva.


avatarsenior
inviato il 01 Febbraio 2025 ore 10:04

La conclusione è che dovreste ringraziarmi perché tento di spiegarvelo.MrGreen


E io ti ringrazio Valerio, come ho già scritto, ti stimo e ti rispetto però non mi metto a fare calcoli per fotografare (calcoli che non saprei neanche fare, in quinto superiore il prof. ci faceva fare gli integrali ma lì mi sono fermato).

Lauree e diplomi non c'entrano.


Beh, se si usa un linguaggio tecnico e si postano formule, per chi non ha le necessarie conoscenze rimane difficile comprendere, sempre ricordando un episodio scolastico, il prof. di chimica, rivolto ad un compagno di classe che non capiva le moli, molto pragmaticamente le spiegò cosi: “se un uomo ha 3 katz, di quante donne da 1 faiga ha bisogno?” MrGreen

avatarsenior
inviato il 01 Febbraio 2025 ore 16:14

"ricordando un episodio scolastico, il prof. di chimica, rivolto ad un compagno di classe che non capiva le moli, molto pragmaticamente le spiegò cosi: “se un uomo ha 3 katz, di quante donne da 1 faiga ha bisogno?”

Sorriso SorrisoSorriso

Mi è venuto il mal di pancia dal ridere

avatarsenior
inviato il 02 Febbraio 2025 ore 18:53

o monitor 4 K

Anche una foto di una Canon 350D può riempire questo spazio, 8MP sono sufficienti. ;-)

avatarsenior
inviato il 02 Febbraio 2025 ore 22:05

@Rolu se ci tieni, ti misuri di persona le MTF di tutti i tuoi obiettivi a ogni f/.
Poi segui la formula con dentro l'integrale del quadrato delle varie MTF al denominatore.
A quel punto hai le R(eq) che comprendono anche le aberrazioni. Le R(eq) non sono per niente dimensioni ipotetiche dei sensel (come sembrerebbe intuitivo). Perciò ti servono solo per confronto. R(eq) minore in µm significa meno "errore", ossia maggiore risoluzione. Schade ha messo sotto integrale il quadrato delle MTF per privilegiare le basse frequenze spaziali, cioè dare più peso a un 10 lp/mm nei confronti di un 60 lp/mm (casi molto rari in pratica)

Più ragionevolmente potresti chiederti: a parità di diffrazione (cioè f/, che significa anche pari aberrazioni) e con la stessa ottica (quindi stesso tipo di aberrazioni), come cambia R(eq) cambiando la dimensione d in µm del sensel?
ma il fatto che se aumenta f/ o calano le dimensioni del sensel la diffrazione fa più danni è una cosa piuttosto nota ed intuitiva.
Che f/ più alti causino diffrazione sempre più visibile è vero.
Invece sensel più piccoli apportano piccoli benefici a f/ alti anche in regioni "diffraction limited".

Dai un'occhiata al post della J5 con f/16 e d=2.37 µm. Se hai una FF con 42 Mpx hai un sensel da 4.51 µm.
La formula approssimata prevede che il sensorino 1" ha R(eq) = 16.41 µm e l'FF R(eq) = 16.85 µm.
La regola è che a parità di diffrazione (data da f/16 in questo caso) un sensel più piccolo ha sempre R(eq) minore.

avatarsenior
inviato il 03 Febbraio 2025 ore 9:06

Invece sensel più piccoli apportano piccoli benefici a f/ alti anche in regioni "diffraction limited".


Giusto, mi sono sbagliato.


La formula di Shade può essere scritta in questo modo:

Req^2 = (1.845*f*L)^2 + d^2

che ha la stessa struttura della formula di Katz solo che considera i termini (che rappresentano una risoluzione) in mm invece che in l/mm.

La differenza è nel primo termine, quello relativo all'obiettivo: assume il coefficiente 1.845 che differisce parecchio da quello derivante dal criterio di Rayleigh (1.22) ed ancor più da quello che spesso si vede usato per determinare la risoluzione di un obiettivo limitato dalla diffrazione (1.00); dal momento che i termini sono al quadrato le differenze dei risultati delle due formule sono elevati.

Mentre è chiaro il significato fisico di risoluzione della formula di Katz, quello della formula di Shade, Req, non lo è, almeno per me.

Cosa rappresenta in pratica Req? E cosa mi può dire dell'accoppiata sensore/obiettivo che sto usando che mi può servire oltre a farmi capire come qualitativamente giocano i due termini (cosa che si ricava anche dalla formula di Katz)? Ma quantitativamente?


avatarsenior
inviato il 03 Febbraio 2025 ore 9:08

Il 10-30 mm delle Nikon 1 non posso montarlo sulla mia Sony A7R perché non copre FF.
Se avessi un 10 mm FF lo potrei però montare su una Nikon 1.
A f/16 (diffraction limited, dominato dalla diffrazione) abbiamo visto che il sensore da 1" ha R(eq) lievissimamente inferiore (avevamo calcolato per sensel da 4.51 µm) di una Sony a 42 Mpx.
Vediamo a f/2.8, dove siamo "detector limited" e la diffrazione c'è ma è appena agli inizi, è bassa.
La (1) ci dà R(eq_Nikon 1)=3.7µm contro R(eq_Sony_42Mpx)=5.3µm.
Delle due l'una: o Shade non aveva capito niente delle MTF e le Case l'hanno seguito supinamente o a non capire niente del digitale sono i mezzibusto che infestano YT e i Forum di fotografia.

Una volta per tutte : in presenza di diffrazione percepibile un sensel più piccolo ha sempre R(eq) minore, cioè MTF più alta.
Perché allora si predica che sia sbagliato andare oltre f/8 con un sensorino da 1", affermando "troppa diffrazione" quando in realtà ce n'è o pari o meno?
Banalmente, perché si confrontano le pere con le mele.
Quelli che si fidano dei propri occhi osservano stampe 20x30 cm affiancate di un 1" e di una FF e notano che la FF è meno afflitta da diffrazione, dicono "è più nitida".
Per la FF l'ingrandimento è 8.33, per la 1" è 27.27! Si vede di più la diffrazione perché si è ingrandito di più.Cool

Già che ci siamo chiariamo l'equivalenza in senso lato fra sensori e focali diverse (interessa a chi ritaglia spesso).
Una equivalenza formalmente corretta esiste esclusivamente a queste condizioni:
- SOLO con fuoco all'infinito;
- SOLO con la stessa apertura fisica dell'ottica, ossia il diametro dell'apertura dell'obiettivo in senso lato deve essere lo stesso. Il diametro è F/(f/). Per un 50/1.8 sarà quindi 50/1.8 = 27.8 mm. Con questa apertura (fuoco all'infinito) avvicinandosi alla macchina c'è sfocatura sempre maggiore.

Allora perché la J5 postata qui ha tutto relativamente a fuoco con fuoco all'infinito e f/16?
Perché 10/16 fa 0.625 mm, un diametro piccolo dell'apertura. È chiaro che uno che fotografa da anni e non conosce l'ottica geometrica continuerà a fare paesaggi a f/8 con un grandangolo focheggiando a qualsiasi distanza.
Invariabilmente l'infinito gli uscirà meno nitido di quello che permetterebbe il sistema.
Per avere l'infinito perfettamente a fuoco basta focheggiare proprio sull'infinito con un diametro di aperura almeno ~2-3 mm, ovviamente 1 mm è meglio.
Uno con un 16 mm FF focheggia in un paesaggio all'infinito con f/8 e avrà l'infinito perfettamente a fuoco e tutto il resto RAGIONEVOLMENTE a fuoco fino ai suoi piedi. Perché 16/8=2 mm. Tutto quello che nella scena è più grande di 2 mm verrà ragionevolmente a fuoco.

Per divertimento monto in città un Nikkor AF 20/2.8 sulla Sony A7R e lascio fissi f/16 e fuoco all'infinito.
Provare per credere...MrGreen

avatarsenior
inviato il 03 Febbraio 2025 ore 10:13

Una volta per tutte : in presenza di diffrazione percepibile un sensel più piccolo ha sempre R(eq) minore, cioè MTF più alta.
Perché allora si predica che sia sbagliato andare oltre f/8 con un sensorino da 1", affermando "troppa diffrazione" quando in realtà ce n'è o pari o meno?
Banalmente, perché si confrontano le pere con le mele.


Facciamo anche il confronto a parità di sensore con differente risoluzione, 24 vs 42 o 61 Mpx, e relativa dimensione del sensel ;-)

Quelli che si fidano dei propri occhi osservano stampe 20x30 cm affiancate di un 1" e di una FF e notano che la FF è meno afflitta da diffrazione, dicono "è più nitida".
Per la FF l'ingrandimento è 8.33, per la 1" è 27.27! Si vede di più la diffrazione perché si è ingrandito di più.Cool


In questo caso però sbaglia chi si ostina ad usare un formato piccolo per stampe troppo grandi, quindi chi usa il FF e si fida dei propri occhi, o non ha capito come sostieni tu o ha capito tutto ed usa il FF anziché il sensore da 1" ;-)

È chiaro che uno che fotografa da anni e non conosce l'ottica geometrica continuerà a fare paesaggi a f/8 con un grandangolo focheggiando a qualsiasi distanza.
Invariabilmente l'infinito gli uscirà meno nitido di quello che permetterebbe il sistema.
Per avere l'infinito perfettamente a fuoco basta focheggiare proprio sull'infinito con un diametro di aperura almeno ~2-3 mm, ovviamente 1 mm è meglio.


Beh, questo è abbastanza elementare, mi rimane difficile credere che non si sappia!

avatarsenior
inviato il 03 Febbraio 2025 ore 11:37

@NoPhoto non ho mai scritto che chi usa una FF sbaglia e non ha capito!
Semmai vatti a leggere quelli che sostengono che una aps-C è meglio di una FF. Non dico che non capiscono, constato solo che non è vero, ma sai anche tu che dipende molto da che criterio di giudizio si segue.
Ho la Fuji S5 Pro che ha un CCD fantastico, con una dinamica alta per essere del 2007. Dal crepuscolo in poi però non regge le FF, è questione di luce che arriva al sensore.
Come avrai notato, su Juza Forum c'è il partito dei "24 Mpx FF sono abbastanza per tutti". Fondamentalmente è vero. La discriminante sono i dettagli fini della scena che si vogliono riprodurre.
Con qualche arrotondamento una 24 Mpx ha un sensel da 6 µm. Ci sono due casi: con e senza AA. I fanatici dei 24 Mpx preferiscono sensori senza AA, in testa a tutti Leitz che addirittura vendeva 18 Mpx FF senza AA.
Leitz contava sul fatto che le sue macchine raramente venissero usate (ad esempio) per foto commerciali di tessuti a trama finissima. Per cui 18 Mpx senza AA potevano essere accettabili. I Leicisti sono indubbiamente come minimo fotografi facoltosi.
Ma non è detto che chi ha i soldi capisca automaticamente la fotografia DIGITALE.
Su Juza la stragrande maggioranza dei Leicisti sceglie la M10-P, non la M10-R o la M11, con varie motivazioni.
Ma senza AA sarebbe auspicabile impiegare una Leica con più Mpx possibili, almeno quello.
Poi trovi anche chi posta ingrandimenti Leica M10-P tipo 1.5x1 m e asserisce trionfante che 24 Mpx sono il massimo. Invece è perché fotografano scene con pochissimi dettagli molto fini.
Leitz ha infinocchiato i suoi estimatori con i 24 Mpx senza AA perché sensori megapixellati non ne aveva. Un ing Leitz non ha gli anelli al naso, naturalmente. Ma molti Leicisti non sanno a cosa servono veramente tanti Mpx, quando va bene parlano di ingrandimenti massimi oppure di crop.
La realtà è molto semplice.
A scalare da 24 Mpx a 42, a 61 Mpx FF, i sensel sono (approssimativamente) grandi 6 µm, 4.51 µm, 3.76 µm.
Oltre 24 Mpx solo Canon e Sigma montano filtri AA di ultima generazione.
Questo è importante da capire: 24 Mpx FF significano 83.3 lp/mm come limite massimo, si chiama frequenza spaziale di Nyquist, nota da un secolo ormai. Nyquist ha senso fisico se il sensore ha una banda passante ben delimitata, cioè se monta un filtro ottico passa basso AA, con ottima approssimazione.
Tutte le Case che offrono 24 Mpx FF senza AA contano sulla ignoranza dei fotografi, i quali preferiscono macchine senza AA, convinti che siano più nitide.
Quando disgraziatamente c'è la congiunzione di un'ottica che risolve più di 83.3 lp/mm e una scena che mostra dettagli dell'ordine di 100 lp/mm, il fotografo 24 Mpx senza AA si attacca al tram (come si dice a Milano: "e fa pertegheta"). Lì è avvantaggiato chi ha 24 Mpx FF CON AA. Questo fatto è molto raramente visibile.
Quando c'è interessata una zona con abbastanza px, allora si vede il Moiré, cioè un arcobaleno. Poiché è un caso raro, chi usa 20 e 24 Mpx FF senza AA non vede praticamente mai Moiré. Però tutte le volte che raccoglie dati a più di 83.3 lp/mm, le frequenze spaziali si ripiegano. È umanamente quasi impossibile vederlo a occhio. È il motivo per cui chi non conosce il digitale si limita a parlare di Mpx in termini (ad esempio) di 300 linee per pollice (non DPI!) che viene presa come Fine Art. Oppure di possibiltà di ritaglio più o meno spinto.

42 Mpx FF danno Nyquist a 111 lp/mm, 61 Mpx FF Nyquist a 133 lp/mm.
Dovrebbe essere palese perché senza AA si dovrebbero usare megapixellate FF invece di 24 Mpx.
Tuttavia hanno buone ragioni Canon e Sigma a usare sensori FF megapixellati con filtri AA.
Innanzitutto per i video.
Poi perché qualche 135 mm FF con risolvenze stratosferiche potrebbe incontrare una scena con 150 lp/mm e allora il ripiegamento delle frequenze spaziali (si chiama "folding" per gli strumentisti) sarebbe inevitabile anche se difficilmente riscontrabile a occhio (si chiama "aliasing").
Come si vede siamo sempre all' "occhio non vede, cuore non duole", così caro ai profani.MrGreen

avatarsenior
inviato il 03 Febbraio 2025 ore 12:24

@NoPhoto non ho mai scritto che chi usa una FF sbaglia e non ha capito!


Il mio commento non era riferito a chi usa FF ma a quelli che si fidano dei propri occhi, me compreso! MrGreen
Implicitamente però può starci che chi usa il FF lo fa perché ha capito (appunto se usare un sensore FF piuttosto che da 1" in certi contesti di ripresa o per ottenere certi ingrandimenti)

Proprio per evitare pere e mele sarebbe utile (e per me di più facile comprensione) valutare l'effetto delle diffrazione a parità di formato del sensore ma con differenti quantità di Mpx, ma credo di aver capito abbastanza, che insomma troppi Mpx non peggiorano la diffrazione perché i sensel piccoli ne compensano l'insorgenza (detto in parole povere).

Come si vede siamo sempre all' "occhio non vede, cuore non duole", così caro ai profani.MrGreen


MrGreen

A volte ci sono anch'io tra i profani MrGreen

Comunque grazie Valerio della spiegazione, mi hai rincuorato, confermandomi delle nozioni che avevo appreso leggendoti, così come leggendo altri dotati di competenza tecnica in merito, come Rolubich e Simone Rota.

avatarsenior
inviato il 03 Febbraio 2025 ore 14:26

@Rolubich
Cosa rappresenta in pratica Req?

Su questo Valgrassi è un maestro. Forse concettualmente Req si capisce meglio dalla relazione non semplificata, dove compare l'integrale. Poi entrano in gioco le famigerate FT....
Nella formula semplificata (1) compare lambda, quindi per un riscontro pratico con la realtà si dovrebbe avere luce monocromatica. Non ha senso inserire una lunghezza d'onda media all'interno dello spettro visibile..sarebbe comunque monocromatica. Dove con luce monocromatica si può creare frange di diffrazione, con luce bianca e mire bianco-nero si avrà solo una perdita di contrasto o una cosiddetta "velatura" dell'immagine.
Comunque, MTF, Req,.. sono parametri intensivi del sistema..il formato non entra...

@Valgrassi
Una equivalenza formalmente corretta esiste esclusivamente a queste condizioni:
- SOLO con fuoco all'infinito;
- SOLO con la stessa apertura fisica dell'ottica, ossia il diametro dell'apertura dell'obiettivo in senso lato deve essere lo stesso. Il diametro è F/(f/). Per un 50/1.8 sarà quindi 50/1.8 = 27.8 mm. Con questa apertura (fuoco all'infinito) avvicinandosi alla macchina c'è sfocatura sempre maggiore

Appunto per questo occorre un valore di diaframma f/ più aperto su aps-c con un 35mm rispetto a full frame con un 50mm. Con lo stesso f/ si ha un maggiore effetto della diffrazione su sensore più piccolo per il minor rapporto di riproduzione dell'ottica. Già a livello di sensore quindi, indipendentemente dall'ingrandimento. Per un monitor od una stampante inkjet che devono riprodurre un file di che so, 6 mpx, questo è soltanto un "pacchetto di dati", non c'è traccia del formato con cui è stato acquisito. Il concetto di ingrandimento funziona ancora, ma in realtà mostra quel che già c'è'..del resto mi insegni che per un qualsiasi detector il segnale/rumore non cambia con la scala con cui viene visualizzato.





avatarsenior
inviato il 03 Febbraio 2025 ore 14:53

Io ho capito questo, senza formule, e cioè che la diffrazione è un fenomeno fisico di tutte le onde, sonore ecc, più l'ostacolo di queste onde è grande più si verifica, i pixel o i sensel non c'entrano niente con questo fenomeno, però più è grande un immagine più si vede, o anche più ingrandita con i sensori più piccoli
Ho capito?
Ostacolo=diaframma
Aggiungo questo, un obiettivo perfetto non esiste, altrimenti a TA dovrebbe andare al massimo e chiudendo il diaframma peggiorare, quindi una formula uguale per tutto non può esistere
La risposta a che diaframma devo scattare per un paesaggio è :-dipende dalla fotocamera, da quanti pixel ha, da quando è grande il sensore e dall'obiettivo

avatarsenior
inviato il 03 Febbraio 2025 ore 17:29

Su questo Valgrassi è un maestro.


Non lo metto in dubbio ma no si è ancora espresso a riguardo. Sorriso


avatarsenior
inviato il 03 Febbraio 2025 ore 17:43

La risposta a che diaframma devo scattare per un paesaggio è :-dipende dalla fotocamera, da quanti pixel ha, da quando è grande il sensore e dall'obiettivo


Giusto, però, nonostante mi piaccia approfondire aspetti ottici teorici, aggiungo che la cosa migliore è comunque provare: basta una serie di scatti ai vari diaframmi.

Questo per due motivi sostanzialmente.

Le formule considerano un obiettivo limitato solo dalla diffrazione (che si avvicina alla realtà solo per diaframmi piuttosto chiusi) e soprattutto non tengono conto delle possibilità di recuperare in PP parte della perdita per diffrazione con una giusta combinazione di raggio ed intensità dello sharpening (non si fanno miracoli, giusta è l'osservazione che il dettaglio che non c'è non si può creare in PP, ma il dettaglio fine restituito con un contrasto molto basso, al limite del visibile, può beneficiare parecchio di un incremento di contrasto da sharpening).

Tanto per fare un esempio:

- il ritaglio centrale della mira ottica che ho inserito a pag. 4, indica che ad f/16 con un sensore di 42MP si distinguono le linee di larghezza 1.5pixel (che vuol dire 110lp/mm / 1.5 = 73.5lp/mm) piuttosto bene, direi ben oltre i limite del visibile;

- a quella frequenza (73.5lp/mm) un sensore da 42MP su FF restituisce un contrasto pari a 0.827 ed un obiettivo ad f/16 un contrasto di 0.243;

- il contrasto del sistema obiettivo sensore si ottiene moltiplicando i due termini, quindi risulta 0.2 (0.827*0.243) che è un contrasto molto basso, le linee si dovrebbero distinguere a mala pena, dovrebbero essere due toni di grigio poco diversi;

- quindi evidentemente lo sharpening ha migliorato non poco le cose.


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