Sfatiamo i miti: più pixel più rumore 2

Quando lo scorso anno ho scritto il primo articolo che spiegava perchè il rumore nelle foto digitali non dipende dalle dimensioni dei pixel (Sfatiamo i miti: più pixel più rumore), ma da quelle del sensore, oltre a numerosi consensi ho ricevuto numerosi commenti ed e-mail in disaccordo. Questo è normale. Non è tanto normale invece che qualcuno sia arrivato anche ad offese e a usare parole che su un blog o su un’e-mail sarebbe meglio evitare.
E’ con mia grande soddisfazione quindi che la rivista “Tutti fotografi”, la più autorevole rivista di fotografia in Italia, nel presentare le sue nuove misure sul rumore dei sensori affermi esattamente quanto avevo affermato anche io nel mio articolo.
“Tutti fotografi” è edita dalla Editrice Progresso (www.fotografia.it) che pubblica pure Pc Photo e Progresso Fotografico, la più antica rivista di fotografia italiana che risale alla fine dell’800. Inoltre l’Editrice Progresso gestisce il “Centro Studi Progresso Fotografico”, diretto da Sergio Namias, il migliore e più attrezzato laboratorio italiano per il test di fotocamere, obiettivi, monitor, schede di memoria, ecc..
Nel numero in edicola questo mese Tutti Fotografi presenta un nuovo metodo per la misurazione del rapporto segnale/rumore dei sensori, sviluppato dal loro Centro Studi.
Nel paragrafo “Rumore, risoluzione e dimensioni dei pixel” si analizza la diffusa opinione che, a parità di dimensioni, sensori dotati di alta risoluzione siano più rumorosi di quelli con un minor numero di pixel.
Si spiega  che se anche il pixel più piccolo riceve meno luce e quindi risulta più rumoroso se si va a sommare il segnale prodotto da un gruppo di 4 pixel e si fa lo stesso per il loro rumore ci si accorgerà che si ottiene un rapporto segnale/rumore esattamente identico a quello di un grande pixel di area corrispondente a quella dei 4 pixel più piccoli.
Per sommare i pixel si esegue un ricampionamento delle immagini alla risoluzione più bassa comune. E’ quello che anche loro, come me, fanno per confrontare macchine con risoluzione differente.
Le loro misure mostrano che se si mettono i due sensori in grado di produrre la stessa immagine alla stessa risoluzione le diverse dimensioni dei pixel non comportano la minima differenza nel rumore!
Questo, continua l’articolo, non vuol dire che i pixel grandi non siano desiderabili, anzi sono il modo più sicuro per avere un basso rumore, perchè in questo modo si catturano più fotoni; bisogna però ragionare non a livello di singolo pixel, ma di area di tutto il sensore. Quindi per avere un basso livello di rumore conviene avere sensori grandi, ovvero Full Frame.
E’ quanto da sempre da me sostenuto e sperimentato: il rumore non dipende dalle dimensioni dei pixel, ma da quelle dei sensori.
Nell’articolo sono presentate poi le misure di 5 reflex Nikon: D3s, D300s, D90, D5000 e D50 (!), sia singolarmente sia a confronto fra loro. In questo caso si può notare che la D50, pur avendo pixel più grandi delle D300s, D90 e D5000 e quasi uguali a quelli della D3s, è la peggiore a livello di rumore (questo però è dovuto anche al fatto che il suo sensore, datato 2005, non ha le microlenti “gapless”).
I risultati del test ovviamente dimostrano la netta superiorità nel rapporto segnale/rumore della D3s full frame sulle  APS, ma riservano qualche sorpresa. La migliore delle APS è infatti la D5000, seguita dalla D90 e poi per ultima dalla D300s. Anche questo conferma l’opinione che mi ero fatta provando le 3 reflex Nikon.
In conclusione è una bella soddisfazione leggere che la rivista che leggevo fin da ragazzo, quando imparavo a fotografare, è giunta alle stesse mie conclusioni su un problema così importante e fondamentale per la fotografia digitale.

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24 pensieri su “Sfatiamo i miti: più pixel più rumore 2”

  1. Perchè credevi che la gente ignorante fosse solo nella realtà e non su internet? 🙂 Come già detto ormai sei un riferimento per i fotoamatori e non solo, non ti si può dire nulla se non continua così e grazie per i tuoi consigli e articoli su questo bel blog.

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  2. Ciao Francesco,
    riporto un estratto da una rivista pubblicata nelle scorse settimane: “Aumentare il valore della sensibilità ISO è un’opzione molto comoda quando siamo in difficoltà con l’esposizione, ma non è una scelta indolore: insieme alla sensibilità, infatti, viene amplificato il rumore digitale, che fa decadere la qualità dell’immagine finale. Il rumore digitale non è altro che il risultato (visibile nell’immagine sotto forma di macchioline colorate o granulosità) di un disturbo elettrico causato dalla quantità di pixel disposti a stretto contatto sulla superficie del sensore”.

    Evidentemente è una convinzione molto diffusa. E ti sei scontrato con me sulla profondità di campo: oltre all’ignoranza, da parte mia c’è l’esigenza di visualizzare nella mente la causa di un fenomeno. E finché non sono riuscito a rappresentarmelo con un esperimento mentale, non ho capito.

    Gli insulti però non sono giustificabili.

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    1. Simone, la discussione non è da considerare scontro. si possono avere punti di vista diversi o informazioni diverse che portano anche a conclusioni differenti. L’importante e parlarne e se si è intellettualmente onesti arrivare ad una conclusione condivisa e razionale basata sui fatti.
      Quello che riporta la rivista è giusto per la prima parte, ma le conclusioni a cui arriva sono sbagliate: infatti i pixel, grandi o piccoli che siano sono sempre a stretto contatto. I primi sensori, nei quali una parte della superficie era occupata dalla circuitazione e che non avevano microlenti gapless, non avevano i pixel a stretto contatto, ma proprio per questo avevano più rumore perchè catturavano meno luce.
      Ciao, Francesco

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  3. ciao Francesco, ho letto l’articolo (sarebbe meglio dire “gli articoli”, visto che c’è anche la comparativa tra 5 canon) e, ancora una volta, mi trovo nella parte di “avvocato del diavolo”. Per il momento non entro nel merito del metodo utilizzato e dell’attendibilità della comparativa, ma mi limito a riportarne alcuni brani, da te stesso citati:

    “Si spiega che se anche il pixel più piccolo riceve meno luce e quindi risulta più rumoroso se si va a sommare il segnale prodotto da un gruppo di 4 pixel e si fa lo stesso per il loro rumore ci si accorgerà che si ottiene un rapporto segnale/rumore esattamente identico a quello di un grande pixel di area corrispondente a quella dei 4 pixel più piccoli.
    Per sommare i pixel si esegue un ricampionamento delle immagini alla risoluzione più bassa comune. E’ quello che anche loro, come me, fanno per confrontare macchine con risoluzione differente.”

    questa operazione si chiama “pixel resizing”, si fa in postprocessing e non permette di ottenere quanto sbandierato: ovvero, il pixel resizing fatto su 4 pixel fornisce un SNR inferiore a quello di un pixel di area 4 volte maggiore e questo è tanto più vero quanto più il test è eseguito in condizioni di scarsa illuminazione (per il momento non entro nel merito delle questioni tecniche). Per ottenere lo stesso risultato si dovrebbe fare PIXEL BINNING ma questo riduce, di fatto, anche la risoluzione, poichè l’operazione di mettere insieme n pixel avviene in hardware e non via software. La controprova è data dal fatto che i risultati ottenuti facendo resizing sono nettamente inferiori a quelli ottenibili facendo la divisione del SNR di una qualsiasi delle fotocamere campione per l’area del pixel corrispondente e moltiplicando il risultato ottenuto per l’area del pixel normalizzato (ad esempio, per la D5000, a 1600 ISO, si dovrebbe ottenere un valore pari a 29 contro i 21 ottenuti dopo la normalizzazione).

    “Le loro misure mostrano che se si mettono i due sensori in grado di produrre la stessa immagine alla stessa risoluzione le diverse dimensioni dei pixel non comportano la minima differenza nel rumore!”

    i risultati ottenuti sono i seguenti (mi riferisco ai soli 1600 ISO e al solo formato aps-c)
    7D 20,2
    50D 19,7
    1000 D 16,6
    D300s 17
    D5000 21,1
    D90 18,5
    D50 13,1
    Ovvero, escludendo la d50 (fotocamera il cui progetto ha circa 6 anni), lo scarto tra la migliore e la peggiore è del 21%, nettamente superiore al 10,8% di differenza tra 1d mark IV (aps-h) e 5d mark II (FF).
    Sarei curioso di capire come questi risultati permettano di affermare che quello che conta sono le differenti misure del sensore e non quelle dei pixel e che tutte le fotocamere, a parità di tecnologia e di dimensioni del sensore, si comportano nello stesso IDENTICO modo indipendentemente dalle dimensioni dei singoli pixel (questo, ovviamente,m tralasciando il discorso gamma dinamica).
    Infine, visto che l’articolo sulle nikon conclude adducendo le differenti prestazioni della d50 all’assenza di lenti gapless, sarei curioso di sapere quante delle fotocamere della comparativa hanno microlenti gapless

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    1. Se vogliamo fare i calcoli precisi, secondo le misure di Tutti fotografi, la Nikon D3s ha un rapposto S/N a 200 Iso migliore del 69 % della D5000 (la migliore delle APS Nikon, la Canon 5D II del 48 € rispetto alla 7D (la migliore delle APS Canon), la 1D IV del 29 % rispetto alla 7D.
      A 1600 Iso la D3s ha un S/N migliore della D5000 del 66 %, la 5D IV migliore della 7D del 46 % e la 1D IV del 30 %.
      Fra la migliore APS e la peggiore, considerando le fotocamere di più recente generazione e trascurando la D50, troppo datat, e la 1000D anche questa di vecchia progettazione, la differenza e del 13 %.
      I risultati sono quindi in linea con i rapporti dimensionali fra i vari sensori e dimostrano che il rumore, a a parità di livello di tecnologia del sensore (o di generazione) dipende dalle sue dimensioni e non da quelle dei pixel.
      Ciao, Francesco

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  4. p.s. la conclusione è una vera chicca
    “Questo, continua l’articolo, non vuol dire che i pixel grandi non siano desiderabili, anzi sono il modo più sicuro per avere un basso rumore, perchè in questo modo si catturano più fotoni; bisogna però ragionare non a livello di singolo pixel, ma di area di tutto il sensore”

    a parte la contraddizione esplicita tra l’affermazione che avere pixel grandi è il modo più sicuro per avere un basso rumore ma che si deve ragionare in termini di dimensioni del sensore (allora perchè avere pixel grandi sarebbe desiderabile?), ma è l’affermazione finale che è sbagliata. Avere pixel grandi, a parità di dimensioni del sensore e di tecnologia applicata, è l’unico modo per avere un migliore SNR (non il modo migliore)

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    1. Come detto nell’articolo da Sergio Namias, non uno qualsiasi, ma il più grande esperto di tecnica fotografica in Italia, e come spiegato nei miei articoli, il rumore dipende dalle DIMENSIONI DEL SENSORE e non dalle dimensioni dei pixel. Questo può essere verificato in pratica sia dalla visione delle mie foto sia dalle misure fatte da Tutti Fotografi.
      Ma contro i DOGMI DI FEDE non c’è nulla da fare!
      Comprati una fotocamerea di 10 anni fa con 1 Mpx, così avrà meno rumore.
      Ciao, Francesco

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  5. p.p.s.
    la conclusione, al termine del confronto tra le canon, tra l’altro, non sembra confermare quanto detto nel primo articolo. Questo secondo pezzo, a firma Namias, conclude dicendo che più è grande il sensore migliore è la resa per quanto riguarda il rumore (e, guarda caso, sensori più grandi significano anche pixel size maggiori) ma non si sbilancia (saggiamente) su affermazioni relative alla presunta ininfluenza delle dimensioni del singolo pixel

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    1. Stefano, noto che la tua e-mail è adatta a chi si nutre di DOGMI DI FEDE (di DPReview, bravissimi a fare siti internet, un po’ meno come fotografi).
      Vedi la risposta al tuo commento precedente.
      Comunque non credo che ad ogni articolo e ad ogni prova Namias debba ripetere gli stessi concetti espressi nella presentazione della metodologia.
      Se tu avessi letto bene l’articolo fra l’altro avresti visto che la 7D con 18 Mpx ha lo stesso rumore della 50d con 15 e che entrambe hanno meno rumore della 1000d con 10, a parità di dimensioni del sensore. E continui a credere che “più pixel più rumore”?????????
      In ogni caso se vuoi credere nel dogma “più pixel più rumore” sei libero di farlo, tanto i fatti lo smentiscono e sono davanti agli occhi di tutti.
      Ciao, Francesco

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      1. @Francesco

        a me non interessa chi sia Sergio Namias e, in quanto ai dogmi, mi pare che sia molto più dogmatica l’impostazione di chi fa dei test, ottiene dei risultati chiaramente contrastanti con le premesse (sensori di uguale dimensione producono stessi valori di SNR) e conclude dicendo che la tesi è dimostrata.
        Purtroppo le cose non funzionano così e quando leggo che i risultati prodotti, ad esempio, dalle aps-c, sono identici tra di loro e poi verifico che, dai test fatti (con metodologia del tutto discutibile) risulta che la forbice tra le migliore e la peggiore (esclusa la d50) è superiore al 21% ed è doppia rispetto a quella tra aps-h e ff, non posso che mettermi a ridere e prendere questa prova per quello che è, ovvero “molto rumore per nulla”.
        I test fatti dimostrano lesatto contrario della tesi di partenza, per quanto, come già detto, la metodologia sia del tutto discutibile. E parlo di risultati, non di dogmi. Il dogmatismo è quello di affermare che l’assunto è dimostrato pur se le prove dicono l’esatto contrario.
        In quanto al rumore digitale, ci sono centinaia di prove e di testi scientifici che ne parlano e su cui consiglio chiunque di documentarsi prima di avventurarsi in disquisizioni su cose che si conoscono poco o nulla.
        Per la cronaca, d90, d5000, d300 e d1000 non hanno lenti gapless e, tecnicamente parlando, un test che fornisce risultati così diversi sui raw di d90, d5000 e d300s, con quest’ultima, addirittura, ultima della lista nel confronto, è, quanto meno, poco attendibile.

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        1. Stefano, ripeto credi a quello che ti pare.
          Neanche a me interessa chi sei tu. Riguardo a Namias, che non conosco di persona, leggo le riviste della sua famiglia 8prima le dirigevano suo nonno e suo padre9 da 40 anni e non hanno mai detto fesserie.
          Che la D300s fornisca risultati peggiori della D90 e della D5000 è stato misurato anche da DXMark (se vuoi vai a vedere) oltre che da Tutti Fotografi e constatato anche da me nelle mie prove.
          Ma evidentemente tu ne sai più di loro!
          Infine siccome smontare dogmi e esporre tesi che vanno contro il pensiero unico dominante si rivela un’impresa impossibile, anche davanti all’evidenza dei fatti, direi di chiuderla qui.
          Ciao, Francesco

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  6. possiamo anche chiuderla, ma resta il fatto che continui a parlare di dogmi da smontare mentre io ti ho citato dei fatti incontrovertibili a cui non hai dato risposta. Se per te è ragionare in maniera dogmatica chiedere giustificazione di risultati che smentiscono alla stragrande l’assunto iniziale dell’articolo e se significa seguire il pensiero unico dominante (che non so quale sia né mi interessa) trovare ridicole frasi come quella citata e, per semplicità riporto “Questo, continua l’articolo, non vuol dire che i pixel grandi non siano desiderabili, anzi sono il modo più sicuro per avere un basso rumore, perchè in questo modo si catturano più fotoni; bisogna però ragionare non a livello di singolo pixel, ma di area di tutto il sensore”, allora hai ragione a parlare di dogmi. Francamente, a me sembra che quest’ultima frase non abbia senso alcuno in lingua italiana. Non ha senso affermare che avere PIXEL GRANDI è desiderabile per avere un più basso rumore, però si deve ragionare in termini di SENSORE. I pixel sono una cosa, il sensore un’altra e le macchine sopra citate, al pari della d50, non hanno microlenti GAPLESS.
    Il fatto che Namias diriga una rivista che prima dirigeva suo nonno, non ne fa, per qualche strana proprietà, un esperto di tecnologia dei sensori digitali. Ripeto, se vuoi documentarti SERIAMENTE sulla cosa, ci sono centinaia di libri, articoli e pubblicazioni SCIENTIFICHE sul rumore digitale e sul rapporto tra dimensioni dei pixel e rumore.

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    1. Stefano, io ti ho dimostrato con i calcoli che tu stesso hai iniziato che è giusto quello che avevo affermato io. Questo è dimostrabile anche sperimentalmente guardando le foto fatte con le fotocamere con più megapixel, a parità di dimensioni di sensore, e verificando che non producono più rumore di quelle con meno. La cosa è sostenuta anche da esperti autorevoli che ti ho citato, come Tutti Fotografi e DXOMark, e molti altri che non ho citato.
      Se tu vuoi credere alle affermazioni di un inglese bravo a fare e vendere i siti web, ma non altrettanto come fotografo, cioè Phil Askey di DPReview che è stato il primo, molti anni fa, a diffondere la leggenda del “più pixel più rumore” bene, fai pure.
      Quello che da fastidio in te ed altri con il tuo atteggiamento è il non aver nessuna considerazione e rispetto per il lavoro, e soprattutto l’esperienza di persone che lavorano da molto tempo sull’argomento (non mi riferisco a me), pensando di essere più bravi e preparati.
      Non credo che si possa portare avanti per 110 anni una rivista di fotografia se non si è esperti e si dicono fesserie, ma a te di questo cosa importa? Arrivi tu che pensi di sapere tutto e dici che quello che scrivono è sbagliato.
      Non sei il primo che mi cita pubblicazioni scientifiche, ma tutti non avete capito cosa vuol dire misurare il rumore su una FOTO e non studiare teoricamente come potrebbe essere la distribuzione del rumore su un sensore.
      Ciao, Francesco

      P.S: chi ti dice che le macchine sopracitate non hanno il sensore gapless? Che ne sai di come sono fatti i sensori Nikon e in cosa si differenzia ad esempio quello della D3s da quello della D3 o della D700 o dai Canon?

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      1. lo so per certo, come so per certo che il sensore gapless è sulla d3s e sulla d3x (e so anche quali differenze ci sono tra i due tipi di lenti.

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    2. p.s. il resizing, ovvero la pratica di normalizzare le risoluzione sul valore più basso non una novità ed equivale alla scoperta dell’acqua calda. Lo studio dei file RAW neppure rappresenta una novità. Non ha senso testare alla stessa intensità di luce tutte le sensibilità (e chi capisce qualcosa di rumore digitale conosce bene il motivo). Non ha senso paragonare un ccd di 6 anni fa con cmos degli ultimi 2 o 3 anni. I file RAW sono “manipolabili”, soprattutto con la tecnologia MOS (la cosa più semplice è l’offset dello spettro di rumore di un blackframe verso valori negativi). Nei dubbi da me sollevati non c’è nulla di dogmatico; al contrario, mi sembra dogmatico il tuo atteggiamento fideistico nei confronti di Namias. Non ha senso paragonare sensori con valori così differenti di QE.
      E mi fermo qui, senza approfondire i punti toccati e senza tirarne in ballo altri, perchè non reputo opportuno o necessario farlo.
      Ciao
      Stefano

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      1. Senti, io ho scritto che il rumore dipende dalle dimensioni del sensore prima di Tutti Fotografi e ho solo detto che anche loro erano dello stesso avviso, non ho nessuna fede dogmatica in loro, ma mi fa piacere che le loro misure confermino ESATTAMENTE il mio ragionamento e le mie osservazioni pratiche.
        Credo che l’incomprensione derivi da un diverso approccio. Quelli che, come te sostengono che il rumore aumenta col diminuire della dimensione dei pixel si focalizzano sul singolo pixel e ne studiano la distribuzione del rumore al variare della dimensione.
        chi sostiene il contrario invece considera l’intera foto, che è fatta da un insieme di pixel e che può essere visualizzata o stampata a differenti dimensioni.
        A parità di dimensioni di sensore, se uno ha più pixel e si confrontano le immagini di entrambi al 100 % sullo schermo, l’immagine di quello con più pixel è più grande, cioè in termini fotografici è sottoposta ad un maggior ingrandimento. Per fare un confronto omogeneo, che abbia sensoo diciamo scientifico, e necessario normalizzare queste dimensioni ad una dimensione standard, cioè sempre in termini fotografici ad un ingrandimento standard. Questo consente di confronate risultari derivati da sensori con diverso numero di pixel e anche da sensori di diverse dimensioni. Altrimenti, confrontando le foto al 100 % si confrontano mele con pere, altro che metodo scientifico, e mi meraviglia che chi parla di scienza, pubblicazioni scientifiche ecc. non arrivi a capire una cosa così semplice, altro che l’acqua calda!!!!
        I file raw sono indipendenti dalla tecnologia CMOS o CCD, sono già un qualcosa di manipolato dalla conversione A/D e anche prima e devono essere ulteriormente manipolati per derivarne una foto visibile.
        Mi fermo qui anche io perchè mi sembra che non ci sia altro da dire a chi vuol negare l’evidenza.
        Ciao, Francesco

        P.S.: ma dopo che ti ho rifatto i calcoli giusti non hai più niente da dire sul fatto che, guarda caso, la variazione del rumore dei sensori sia in accordo col variare delle loro dimensioni?????????

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  7. Ciao,
    sono capitato per caso su questa pagina dal momento che sto leggendo anche studiando delle cose volevo dare un contributo per quanto limitato.Da quello che so il problema non è il n° di pixel per quanto riguarda il rumore, ma il cross talk tra i pixel vicini, ovvero una carica che viene fotogenerata nella parte sensibile del pixel( il fotodiodo) può andare più o meno distante ed essere raccolta ad esempio dai Mos di un altro pixel, questo genera una perdita di risoluzione dal momento che è come se si facesse una media tra un certo numero di pixel vicini(come un filtro su photoshop).Questo rumore è quello base, è molto complesso da eliminare e come si capisce è indipendente dal numero di pixel, dipende dalla qualità della costruzione del sensore in generale, a questo rumore si sommano una quantità di altri rumori.Il rumore termico generato dalle resistenze dei Mos(resistenze hardware diciamo, non che vi siano nei Mos), quello generato dal clock del controllore che temporizza le esposizioni, quello causato dalle differenze microscopiche tra elementi strutturali(fixed pattern noise), e altri che ora non ricordo.Inoltre vista la complessità costruttiva dei sensori di cui stiamo parlando anche le aziende grandissime come Nikon e Canon si uniscono per costruire fonderie che siano in grado di produrli sostenendo spese immense e dunque hanno spesso gli stessi identici Mos e fotodiodi sul chip di base.Come si capisce la qualità sarà scollegata dal numero di pixel, in modo assoluto, sarà legata alla qualità costruttiva del sensore (che spesso,ripeto, è proprio la stessa anche tra grandi case)e alla capacità dell’elettronica(questa sì diversa da azienda ad azienda) del dispositivo di limitare tutti i rumori che si creano sopra al segnale. E’ anche considerare(quello su cui discutevate) che il cross talk,e dunque il rumore locale, aumenta al diminuire delle dimensioni del pixel questo però non significa un peggioramento delle immagini, significa che se prima parlavano(ed esempio) 10 pixel in 2 mm^2 nel circuito più evoluto ne parlano 20 in mezzo mm^2, il risultato globale sarà cmq un miglioramento dell’immagine.Ciao, spero di avere aiutato.Se no mi sono divertito cmq a scrivere!

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