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Paolo, suvvia intervieni tu con la tua esperienza.:fwink Una macchina fotografica è un PhotoDiode Array dedicato al visibile. La luce che arriva è praticamente tutta riflettanza diffusa. Nel VIS vale : h*f>>k*T, da cui deriva che il rumore del sensore è trascurabile rispetto al rumore enorme della sorgente (la luce).
Temo che il gioco si stia trasformando in lezione di quantistica... è proprio indispensabile? Si stava così bene nell'ottocento! Va beh, tanto per far domande stupide... capisco che la Piccola kT sia legata al rumore del sensore, ma perché la Grande hf dovrebbe essere il rumore della sorgente e non piuttosto rappresentare la sua energia (segnale)? Tino
Vi seguo, vi seguo. ma sono appena tornato da fare l'altalena al M Forato con una 30ina di giovani ed io unico vecchietto che ha assicurato tutti, divertito tutti e riportato a casa tutti. Domani è un altro giorno diceva Rossella O'Hara
P.S. Sono passati di li 3 Tedeschi e gli ho invitati a fare l'altalena. Alla fine mi hanno ringraziato : Gvazie gvazie.... Ed io a mani giunte : fate i bravi con lo spread !!
@ Valgrassi una domanda. Anzi 2 1) Possibile che il rumore fotonico si traduca anche in quello elettronico, per effetto fotoelettrico, e quindi anche al rumore del segnale alla fine, anche al rumore che vediamo quando osserviamo la nostra fotografia? Forse questo rumore non lo vediamo nelle luci medio-alte perché è anche accompagnato da un buon segnale. 2) Sarà mica che il Silicio è della Juve?...da quanto hai riportato temo che questo materiale distingua fotoni solo per il numero e non per il colore. È un po' bianconero insomma.
Avevamo una certa luce in scena e il nostro secchio era pieno all'orlo. il nostro convertitore ci diceva 16mila e sgonfia ( valore massimo )
Ma perchè ci è venuto d'istinto il mezzo secchio?
Probabilmente per abitudine. In tante cose. Ci hanno fatto pure un gico in TV ( ah bèh.. ) Lascia o raddoppia. Perchè i tempi li viviamo così, il diaframma lo viviamo così. anche la pellicola la vivevamo così...
E quindi? E quindi usiamo gli stop ( o EV in modo diffuso ) anche qui. MA: Sappiamo sempre per esperienza che levare 1 stop di luce non è una cosa tragica, la nostra foto non diventa improvvisamente nera, si è meno luminosa ma non è come dimezzare la lunghezza del... VERO????
Eppure il nostro numerino si è dimezzato...
Pensiamo ora ad una scena reale, Fatta da tanti pixel che misurano la luce che arriva da punti differenti della scena ( puo essere un banalissimo color checker sia chiaro ) Ci saranno pixel che registrano tanta luce, altri che ne registrano poca. La differenza tra il tanto e il poco la chiamiamo gamma dinamica della scena. Possiamo esprimerla in stop? si certo! Diciamo 4 stop ( poca dinamica ). Quanti livelli abbiamo a disposizione per descriverla?
DIPENDE! Da cosa? Da dove ci collochiamo nella scala di bit descritta sopra.
Ma scusa la luce della scena quella è quella rimane. Si vero ma ... Non avevamo delle belle rotelline, una che pilota i tempi e una che pilota i diaframmi che ci permettono di decidere quanta luce fare arrivare al nostro guppo di secchi?
Facciamo arrivare abbastanza luce per fare in modo che i secchi più pieni lo siano fino all'orlo., con 4 stop di dinamica quanto saranno pieni quelli meno pieni? 1/16? Bene, quanti livelli abbiamo a disposizione per descrivere il contenuto? direi da circa il livello 1000 al 16000 -> 15000 livelli. tanti dai.
E se regolo le rotelline in modo che il secchio più pieno sia anche solo pieno 1/16?, il più vuoto sarà pieno 4 stop in meno quindi 1/256 di secchio.. si ok sono 2 cucchiai forse. pochi vero? e i livelli? a 1 /16 siamo a circa 1000, sotto di 4 stop siamo a 64... quindi poco meno di 1000.
Molti meno vero? solo perchè abbiamo girato le rotelline senza pensare di riempire i secchi fino all'orlo?
Magari non abbiamo potuto farlo, magari non ce lo hanno detto. O ci siamo fidati dell'amante del grigio topo.
Considerando che ormai molti sensori hanno la capacità di registrare 12 stop di gamma dinamica chi ha voglia di fare il conto per i 4 stop sotto?
Palese che questo è un esempio, una gamma dinamica della scena così bassa è rara ma...
Una provocazione: se fossero 4 patch a cavallo del grigio medio il prode esposimetro dove le collocherebbe?
il jpeg ringrazia ma abbiamo sfruttato al meglio lo strumento di misura che chiamiamo macchina fotografica?
@Manzato calma e gesso. Abbiamo semplicemente stabilito che h*f>>kT nel visibile VIS che interessa ai fotografi (fissato abbastanza arbitrariamente fra 400 e 700nm). h*f naturalmente è l'energia di un singolo fotone. Un fotone blu (B) a 400nm ha energia=3.91E-19 J come in Joule (quello che si dovrebbe pronunciare giùl e in Italia si pronuncia giàul). Un fotone rosso (R) è meno energetico perché la sua frequenza è inferiore. E' chiaro che l'energia di un fotone singolo è molto bassa?
Basta spostarsi a frequenze più basse per avere il sensore che fa più rumore della sorgente, visto quanto costano gli strumenti ospedalieri RM (risonanza magnetica)? E' perché lavorano a frequenze radio, molto più basse delle frequenze dei fotoni, per cui è h*f<<kT, cioè il contrario del VIS. In parole più semplici: le macchine fotografiche costano relativamente poco perché il rumore proprio dei sensori è trascurabile rispetto al rumore della sorgente (luce riflessa dalla scena). (continua)
Se la propensione di un sensore a far rumore è legata al prodotto kT, calcoliamo cosa succede ad un sensore che lavori, a 20, 40, 60 °C. I CMOS in genere non arrivano a 60 °C nell'uso normale, i CCD impiegati in fotografia astronomica restano accesi per ore e si surriscaldano, per cui arrivano ad essere raffreddati a LN2 (azoto liquido). Abbiamo già visto che 40 °C non è una temperatura doppia di 20 °C, 60 °C non è una temperatura tripla di 20 °C. E' perché in termodinamica si usano le temperature assolute: °K=273.15+°C quindi in gradi Kelvin i Celsius diventano: K(20)=293.15 °K, K(40)=313.15 °K, K(60)=333.15 °K. La costante di Boltzmann è pari a 1.38E-23 per cui kT a 20 °C è 4.04E-21, 40 °C è 4.32E-21, 60 °C è 4.6E-21. Si sono tralasciate le unità di misura per semplicità. Controlliamo h*f>>kT. La costante h di Planck è 6.626E-38. La frequenza più bassa nel campo VIS corrisponde al rosso (R) ed è pari a 429E+12 Hz che è anche 429 TeraHz, da cui h*f=2.84E-19. Confrontiamo h*f del rosso (la frequenza più bassa) con kT a 60 °C (sensore caldo): 2.84E-19/4.6E-21=61.74, cioè è vero che anche nel caso meno favorevole h*f>>kT.
Quando si parla di IR in fotografia si parla di vicino infrarosso (NIR, near infra red). Il medio infrarosso MIR ha in corrispondenza dell'assorbimento dell'acqua una lunghezza d'onda di 5000 nm, per di più i rivelatori IR non raffreddati hanno la tendenza a surriscaldare. In questo caso h*f=3.98E-20 contro kT a 60 °C pari a 4.6E-21, facciamo il rapporto, dà 8.65, significa che non è affatto h*f>>kT (a 700nm era 61.74 il rapporto). Quindi se vogliamo registrare buoni segnali MIR dobbiamo usare tempi di acquisizione lunghi o ancora meglio mediare il segnale (signal averaging). Con le frequenze VIS più alte questo problema non l'abbiamo e 1/1000s è un tempo realistico in buona luce (continua)
Fin qui si sono gettate le basi. Parlare di fotoni come fossero biglie o onde non porta da nessuna parte. Non parliamo della pioggia e dei secchi, sono analogie più complicate da seguire della realtà fisica. Quello che si è imparato è che a un singolo fotone corrisponde un'energia a seconda del "colore", ossia della lunghezza d'onda (o anche: della frequenza). Nozione importantissima: il rumore apportato dalla luce non dipende dal "colore", altrimenti vedremmo nelle foto le zone interamente blu o rosse esibire rumore diverso (questo palesemente non avviene).
@ Iltoda Ottima spiegazione sull'importanza di riempire i secchi. Sul rumore dici : "Alla 1: come fai a distinguere il segnale dal rumore? Tu registri tutto. " Penso si riesca anche a distinguere il rumore. Questo non è altro che l'entità e la modalità con cui varia la risposta (segnale) quando il sistema è sottoposto ad uno stesso stimolo esterno. Idealmente fotografando una parete grigio topo chiaro tutti i pixel dovrebbero rispondere ugualmente dando una spada, una linea nell'istogramma raw. Ciò non avviene e il tutto non è spiegabile dalla sola conversione AD.
@ Paolo Iacopini D'accordo sulle microlenti. Il miglioramento dei sensori forse è sta principalmente proprio in quelle !!, così come altre tecnologie tipo sensori retroilluminati. L'esempio della tettoia, della pioggia e dei secchi può far capire alcune cose ma non altre. Cioè noi abbiamo una camera in cui entra luce. Non sappiamo però quale sia la percentuale di questa luce quella che va a colpire la superficie sensibile del fotodiodo a dare un evento utile (cioè a produrre elettroni).
Quando si parla di rapporto Segnale/Rumore (Signal-to-Noise S/N) va riaffermato con forza che S è il segnale totale (comprendente quindi il rumore) e non il segnale privo di rumore. Se così non fosse vorrebbe dire che si è capaci di sottrarre il rumore completamente. Tutt'altra cosa è parlare di rapporto S/N, in alcuni casi non è affatto random come il rumore, nel caso del photon shot noise sappiamo a priori S/N se conosciamo i fotoni raccolti. In altre parole il photon shot noise è un rumore sui generis.
Grazie Valgrassi, utile chiarificazione. Quindi nel caso del photon shot noise si vede il S/N, non il rumore. Lo so.. ce l'hai spiegato n volte ma alcuni siamo un po duretti...abbi pazienza
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?...da quanto hai riportato temo che questo materiale distingua fotoni solo per il numero e non per il colore. È un po' bianconero insomma. 
