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Alla memoria di Alessio Beltrame: smontiamo insieme le bufale in fotografia digitale


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avatarsupporter
inviato il 12 Settembre 2019 ore 18:23

P in sostanza è stato programmato dalla Casa che conosce bene il proprio sensore, per di più puoi sempre intervenire in tempo reale.


OK, capito
oggi però ho provato a usarlo e mi sono accorto che non mi lascia salire abbastanza nei tempi, a differenza di S
continuando con le prove ho capito che devo alzare gli ISO massimi di AutoISO

capite queste cose, proverò per un po' di tempo a usare P

avatarsupporter
inviato il 12 Settembre 2019 ore 18:29

in tutta questa interessante, ma per me difficile, discussione, come s'inserisce la funzione che ha la mia Oly di regolazione separata High light/Shadow?

che per altro sto appena iniziando a usare, e ancora non l'ho capita per bene...
MrGreen

P.S: scatto solo in JPG e faccio zero PP; solo talvolta crop, contrasto, luminosità e magari aggiungo un pelo di nitidezza
ormai so come voglio vengano le foto e imposto tutto in macchina
poi non so se sia per problemi di vista vetusta, ma da un paio di anni in qua preferisco le foto meno luminose ma più contrastate

avatarsenior
inviato il 13 Settembre 2019 ore 18:25

Grazie anche da parte mia.

avatarsenior
inviato il 15 Settembre 2019 ore 11:08

@Domenic visti i tuoi interessi, permettimi un approccio scientifico al rumore.;-)
Se si vuole misurare/registrare un segnale, bisogna per prima cosa indagare che banda passante in frequenza è coinvolta. La fotografia normale si occupa del visibile (VIS in spettroscopia). VIS va da ~400nm (violetto) a ~700nm (rosso). Le frequenze in gioco sono molto alte perché la velocità della luce (=dei fotoni nel vuoto o in aria) è molto alta, per questo si citano raramente. Un quanto (un fotone visibile nel nostro caso) ha energia E=hf in cui h è la costante di Planck. Si vede che il blu è più energetico del rosso, per esempio. La luce (in genere riflessa) è la sorgente.
Chi rivela questi fotoni in fotografia digitale? Il Silicio (Si). Cosa governa il rumore nel Si a livello statistico? La temperatura assoluta T in °K, per un sensore siamo intorno ai 300 °K. Entra in gioco la costante di Boltzmann k.
Regola universale: quando hf>>kt, allora il rumore più importante viene dalla sorgente (dalla luce, cioè) e non dal sensore. Questo fatto è chiaro ad alcuni, ad altri con minore preparazione scientifica un po' meno. Questo 3D dovrebbe proprio servire a chi non ha basi solide (in questo caso: di fisica dello stato solido).
Quando i fotografi parlano di infrarosso, in realtà si riferiscono al vicino infrarosso (NIR=Near Infra Red). Nell'infrarosso, il NIR obbedisce ancora alla legge per cui fa più rumore la sorgente del rivelatore. Nel medio infrarosso (chiamato MIR, Mid Infra Red ed è molto importante in spettroscopia) il rumore del sensore (che non è più Si!) diventa confrontabile e superiore al rumore della sorgente (luce infrarossa).
hf e kT permettono di tagliare in due il campo. Però alla fine che conta è la potenza del rumore. Preso atto che VIS non mette in difficoltà Si perché le frequenze in gioco sono alte, i problemi in fotografia digitale nascono lo stesso quando la potenza del rumore shot noise è più basso del rumore read noise (collettivo, ci sono diversi tipi di rumore provenienti dal sensore).
Si dà per scontato dagli altri interventi che si distingua shot noise della luce da read noise del sensore. Attenzione che sul Forum ci sono alcuni che confondono lo shot noise della luce con lo shot noise della circuiteria del sensore. Sono due cose completamente diverse e scollegate fra loro.
Vado avanti se ci sono domande o vi sembra interessante.MrGreen

avatarjunior
inviato il 15 Settembre 2019 ore 13:47

discussione MOLTO interessante!

a me piacerebbe approfondire anche il discorso dei tempi di scatto per i sensori digitali, penso sarebbe utile a molti. c'è un articolo di Beltrame che tratta l'argomento, ricordo di averlo visto a suo tempo ma di non averlo (scioccamente) archiviato... qualcuno lo ha tra i suoi link per caso?

avatarsenior
inviato il 15 Settembre 2019 ore 16:49

Grazie, Valgrassi è interessante ciò che dici e leggo con piacere i tuoi interventi .;-)

avatarjunior
inviato il 15 Settembre 2019 ore 18:34

@flyer mandami una mail via mp che ti invio tutti gli articoli sulla fotografia sportiva. C'è anche quello sui tempi di scatto. Anche questo messaggio verrà cancellato, tipo ispettore gadget


che gentile! MP già inviato... grazie! Cool

avatarsenior
inviato il 15 Settembre 2019 ore 18:42

La caratteristica più essenziale del rumore di cui ci stiamo occupando è il fatto di essere casuale. I rumori non casuali sono sistemici e un buon progetto li minimizza o elimina. Tipicamente tutti i sensel dovrebbero avere la stessa sensibilità, se non avviene si ricorre a chip migliori. Oppure il famigerato banding di origine HW. Oppure gli elementi PDAF annegati nel sensore che talvolta compaiono nell'immagine. Col progredire della tecnologia il rumore sistemico migliora di molto, per cui un sensore di oggi è meno afflitto da rumore sistemico di uno di quindici anni fa, questo deve essere pacifico.
Il rumore casuale non è banale eliminarlo perché è incistato nel segnale. Non è che ad un certo punto si riesca ad avere da una parte il segnale puro e dall'altra il rumore, dopodiché si scarta il rumore e si rimane con un segnale pulitissimo. Quello che possiamo invece tentare di fare è aumentare il rapporto segnale/rumore (SNR Signal (to) Noise Ratio, una volta per tutte). Se andiamo su DxO troviamo SNR tipo 42 dB nei casi più "silenziosi". Poiché in genere si parla di spettro di potenza del rumore, dB=20*log(SNR). Se SNR è pari a 42 dB, allora S/N=125.9 (S=segnale, N=Noise ovvero rumore, stiamo attenti alle notazioni, atteniamoci a quelle anglo internazionali;-)). In spettroscopia (di cui la fotografia è un caso particolare nel VIS) in genere si accetta SNR= 2 o 3 come il limite minimo per distinguere un segnale dal rumore. SNR così bassi non sono accettabili in fotografia.
Qual è il modo che non fallisce mai per aumentare SNR? E' la mediazione del segnale. Funziona se abbiamo un segnale ripetitivo che facciamo ripartire ogni volta. Mettiamo di sommare questo segnale 100 volte. Il segnale sommato diventa 100 volte il segnale, il rumore solo sqrt(100)=10. Calcoliamo SNR facendo SNR=100/10 e otteniamo il nuovo SNR=10. E' applicabile in fotografia? Evidentemente solo quando il soggetto è pressoché immobile, altrimenti sommiamo segnali che non sono uguali e la relazione non vale più. Ultimamente la mediazione del segnale (signal averaging) la fanno gli smartphone, ma non arrivano a cento ripetizioni, però solo 9 (nove) somme migliorano già SNR di sqrt(9)=3, mica male! Sarà la strada per migliorare SNR di una FF? Molto difficile, la fotografia professionale consiste essenzialmente nel congelare l'attimo. Poi una FF a cavalletto la mediazione del segnale la fa con tempi più lunghi a parità di f/ (entro limiti ben precisi, pena bruciare le luci). Laciamo perdere per un attimo le tecniche di mediazione del segnale, per ora tipiche di sensori molto piccoli come quelli degli smartphone.
Come si combinano shot noise e read noise? Se sono entrambi casuali si combinano secondo RSS (Root-Sum-Squares), cioè molto più banalmente secondo Pitagora in un triangolo rettangolo, dove shot noise e read noise sono i cateti e il rumore totale è l'ipotenusa. Se allunghiamo e accorciamo i cateti di un triangolo rettangolo vediamo che l'ipotenusa assomiglia di più (è quasi lunga come...) il cateto maggiore. [OT numerologico: triangoli rettangoli che abbiano i tre lati misurati da numeri interi sono pochi, a me piace la terna 40, 9, 41 dove si vede che l'ipotenusa 41 è moto simile al cateto maggiore 40, una terna più comune è 3, 4, 5...] .
Consegue che ci sarà una condizione di illuminazione dove domina shot noise (sn, d'ora in avanti), una dove anche read noise (rn) comincia a influire sul rumore totale (tn) e finalmente una dove domina rn.
Vediamo qui una caratteristica della fotografia digitale: cambia pelle a seconda di quanta luce raccoglie il sensore e la differenza è notevole!
Ci conviene riferirci a un istogramma raw da acquisizione a 14 bit e una scala che va da 0 a 16383, per un totale di 2^12 livelli=16384 (molte macchine acquisiscono ancora a 12 bit però, valgono le stesse considerazione numeriche scalate di un fattore 4).
Il segnale nelle alte luci è max, è max il rumore, è max SNR. E' possibile perché se raccogliamo n fotoni in media, la loro deviazione standard (ossia: il rumore sulla media) è pari a sqrt(n). Se facciamo SNR=n/(sqrt(n) otteniamo SNR=sqrt(n), una relazione meravigliosa che se ricordate converge su quella della mediazione del segnale. Ci siamo, nelle alte luci basta raccogliere più fotoni n per migliorare SNR.
Come si fa? Per esempio usando un sensore con una superficie maggiore. Oppure, a parità di superficie del sensore, avendo cura di riempire a dx tutto il registro di acquisizione. Questa tecnica si chiama ETTR (Expose-To-The-Right) e va maneggiata con cautela. Una vera ETTR si applica a ISO base. A ISO base i dati non vengono amplificati dagli ISO e soprattutto manifestano la gamma dinamica (DR, dynamic range d'ora in poi) max del sensore. In questo campo è facile prendere cantonate. Ci sono in giro anche attivi parecchi 3D farciti di castronerie su DR e ISO, per esempio. Non dimentichiamoci che scopo di Alessio era sradicare false credenze. Non che mi senta un missionario, da parte mia provo tenerezza per chi mette in piedi astruse teorie basate su poche prove rigorosamente JPEG. Quasi sempre sono fotografi che non hanno mai fatto ricerca. In linea di massima chiunque è libero di proporre qualsiasi teoria. Il metodo scientifico consiste in questo: appena si fanno prove sperimentali in contraddizione con la teoria, la teoria va rivista e ri-adattata. Non vale il principio di autorità, vale l'esperimento ben congegnato e soprattutto ripetibile da tutti.
Teniamo presente che il fotografo medio è rimasto al 1870: equazioni di Maxwell, splendida, concisa descrizione dell'elettromagnetismo, alla portata di fisici e qualche ingegnere. Peccato che dopo cinquant'anni il mondo è cambiato sotto la spinta della quantistica, la tecnologia dei semicon come il Si è un esempio per tutti. La creazione di elettroni a partire dalla luce che colpisce il silicio non è spiegabile con la natura ondulatoria della luce, Einstein ha preso il Nobel per l'effetto fotoelettrico che risale al 1905, non per le due relatività. Molti sono convinti che la quantistica sia una nicchia della fisica classica, invece è il contrario. La fisica classica va benissimo per descrivere il moto dei pianeti intorno al Sole ma non riesce a descrivere un singolo elettrone in un atomo di idrogeno H. La fisica classica è un caso particolare della fisica quantistica. Punto.
Una conseguenza del fatto che a dx dell'istogramma il rumore è max e che i gradini dell'ultimo bit sono ca. 8k (14 bit da 0 a 16383), è che in genere gli ultimi due bit servono solo a descrivere perfettamente il rumore. Non parliamo dei 16 bit, francamente una presa in giro per creduloni. Attenzione: ADC a 16 bit, non storage a 16 bit, ormai normale!
L'occhio distingue male le alte luci, la lotta è nelle ombre. Nei toni medi declina il contributo sn e aumenta gradatamente rn, tuttavia nessuno riesce a dire a occhio "questa macchina ha migliore SNR" a ISO base nei toni medi (per non complicarci la vita, ci stiamo riferendo a una FF, non a una compattina).
Intorno a 512 comincia a farsi sentire rn e sn diventa sempre meno "pesante". rn è pressoché indipendente dal segnale, per cui la famosa legge SNR=sqrt(n) diventa semplicemente SNR=n dove per = si intende proporzionale. Si vede che ogni fotone conta molto di più, le luci e le ombre sono due mondi diversi. Si capisce perché i telefonini soffrono al buio, il sensorino accetta troppo pochi fotoni. E si capisce perché un fotografo sportivo tenda ad usare una FF in palestre/stadi male illuminati.
Inesorabilmente è venuto il momento di mettere in relazione ISO e rumore. Quante frescacce circolano sull'argomento! Mi prendo un attimo di riflessione, non vorrei diventare troppo acido e abrasivo,
stay tuned!

avatarjunior
inviato il 15 Settembre 2019 ore 18:45

raramente si possono trovare approfondimenti così completi come questo...
ma a questo punto, in soldoni, quali insegnamenti se ne possono trarre? come ci si deve comportare e cosa evitare per ridurre il "rumore" negli scatti digitali?

avatarsenior
inviato il 15 Settembre 2019 ore 18:51

@Flyer sono un po' nervoso perché il mio vecchio Milan si presenta a Verona e normalmente ce le suonano.Eeeek!!!
Cmq tranquillo, la bacchetta magica non ce l'ho...MrGreen

avatarjunior
inviato il 15 Settembre 2019 ore 18:55

Cmq tranquillo, la bacchetta magica non ce l'ho...


mavalà che quelli che ne sanno come te è sempre un piacere ascoltarli! E' che sei stato fin troppo... profondo! MrGreen

Che cosa ne pensi di questo argomento?


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