Diffrazione e risoluzione

La recente presentazione della nuova Nikon D800, reflex fullframe da 36 Mpx, ha suscitato molte discussioni sui forum a causa del numero così alto di pixel, da qualcuno ritenuto eccessivo.
Fra i vari problemi sollevati, dei quali discuterò a parte in un apposito articolo, ce ne uno che per il suo carattere più generale merita un articolo dedicato.
Si tratta della diffrazione e di come questa influisca sulla qualità d’immagine in funzione del formato del sensore, del numero dei pixel e dell’apertura di diaframma.
Nell’articolo analizzerò il fenomeno della diffrazione, come limita la risoluzione degli obiettivi e come interagisce con i sensori e la loro risoluzione.

La diffrazione è un fenomeno ottico che si verifica quando dei raggi di luce paralleli passano attraverso un’apertura di piccole dimensioni. Questa fa si che i raggi incomincino a divergere e ad interferire fra loro

L’interferenza diventa maggiore man mano che le dimensioni dell’apertura diminuiscono.

Poiche a questo punto i raggi fanno un percorso diverso essi non sono più in fase e interferiscono fra di loro. Se proiettiamo la loro immagine su un piano vedremo una caratteristica figura a stisce con quelle di maggiore luminosità dove i raggi arrivano in fase e di minore luminosità dove sono in opposizione di fase.

Se l’apertura è circolare la figura di diffrazione che si forma è circolare ed è detta disco di Airy.

Disco di Airy
Disco di Airy in 3D

Poichè il diaframma degli obiettivi è di forma circolare questo significa che la diffrazione trasforma la rappresentazione di un punto luminoso in un disco più o meno ampio a secondo di quanto è aperto o chiuso il diaframma. Per valutare come questo influenzi la risoluzione degli obiettivi e dei sensori è necessario considerare come gli obiettivi trasmettono questa informazione esaminando la funzione MTF (Modulation Transmission Function)
La funzione MTF che ci dice come un obiettivo riproduce coppie di linee (bianca e nera) in funzione della loro frequenza. Considerando delle coppie di linee verticali biancehe e nere, il cui contrasto cioè la differenza di luminosità e del 100 % quando queste linee saranno molto grandi, cioè la loro frequenza spaziale bassa (la frequenza spaziale è il numero di coppie di linee per unità di misura, ad esempio mm) il loro contrasto riprodotto dall’obiettivo sarà massimo, vicino al 100 %. Man mano che la frequenza aumenta il contrasto si abbasserà progressivamente fino ad annullarsi superata una frequenza limite.

La MTF si riduce all'aumentare della frequenza

La figura è riferita al rilevamento effettuato su pellicola, ma vale anche per i sensori digitali fino alla frequenza limite che vedremo più avanti.

Questo è dovuto alla diffrazione che fa si che due punti vicini producano dei dischi di Airy che si sovrappongono fino a fondersi insieme. Il limite al quale il contrasto si annulla dipende dal diametro del diaframma cioè dall’apertura f/.
Più il diaframma è chiuso più questo limite si abbassa. Un obiettivo che si comporti in questo modo si dice che è limitato solo dalla diffrazione. Solo obiettivi eccellenti raggiungono questo limite e solo a partire dai diaframmi intermedi quali f/5,6. Molti obiettivi sono però affetti da aberrazioni che ne limitano ulteriormente la risoluzione

In questo grafico in ordinate è rappresentato il valore della funzione MTF dal 100 % a 0. In ascisse la frequenza spaziale. Le linee oblique rette rappresentano la MTF di un obiettivo di eccellente qualità, limitato solo dalla diffrazione, a diverse aperture di diaframma. La curva gialla rappresenta la MTF di un obiettivo di bassa qualità limitato dalle aberrazioni. La linea orizzontale azzurra tratteggiata rappresenta il valore di MTF del 9% necessario per distinguere due linee secondo il criterio di Rayleigh (vedi più avanti). La linea verticale rossa rappresenta la frequanza spaziale limite 100 lp/mm (frequenza di Nyquist) di un sensore digitale con 200 pixel per mm.

La funzione MTF si rappresenta anche in un altro modo, cioè con due serie di curve, una per la frequenza di 10 coppie di line/mm, l’altra per 30 coppie di linee/mm, in funzione della posizione nel cerchio di copertura dell’obiettivo a partire dal centro e per linee radiali o sagittali.

Queste sono le curve fornite di solito dai produttori per valutare la qualità degli obiettivi, ma a noi in questo momento non interessano.

Quello che invece vogliamo capire è quale sia il limite di risoluzione di un insieme obiettivo/sensore e a quale di questi elementi sia dovuto. In fotografia si riproducono soggetti continui con più o meno dettagli, ma per misurare gli obiettivi si usano, come si è visto, serie di linee sempre più sottili, cioè con una frequanza spaziale crescente. Il segnale luminoso che arriva all’obiettivo non ha una banda limitata (le mire di test però si), ma gli obiettivi pongono dei limiti alla massima frequenza trasmissibile al sensore dovuti alla diffrazione.

I sensori fotografici sono costituiti da serie di pixel allineati, quindi trasformano l’informazione continua, fornita dall’obiettivo in un informazione discreta, raccolta dai pixel, che ha un limite superiore di frequenza.
Quando si campiona un’informazione analogica con una frequenza per trasformarla in digitale per il teorema di Nyquist-Shannon è necessario per una corretta riproduzione usare una frequenza di campionamento almeno doppia della massima frequenza da campionare. Questo vale sia per i sistemi ottici che acustici, come CD, Mp3, ecc. Se non fosse così si presenterebbero delle informazioni fantasma, non reali ma derivate da errori del campionamento, i cosiddetti alias che in fotografia provocano l’effetto moirè. La frequenza massima campionabile è la metà della frequenza di campionamento e viene detta frequanza di Nyquist. Questo è la frequenza limite dei sensori digitali. Se abbiamo un sensore con, ad esempio, 200 pixel per mm questo potrà rilevare al massimo una frequenza di 100 coppie di linee per mm.
Per riprodurre una coppia di linee, che rappresentano un ciclo, il sensore avrà bisogno di rilevare almeno due valori, quindi serviranno due pixel, nel migliore dei casi per un sensore monocromatico. Se il sensore è di tipo Bayer serviranno 4 pixel (2 verdi, 1 blu, 1 rosso), a meno che non vi sia un filtro antialias che tagli le frequenze al di sopra di quella di Nyquist. In questo caso serviranno solo due pixel.In questo modo, non essendoci frequenze più elevate di quelle previste nell’immagine avremo bisogno di 200 pixel per rilevare 100 coppie di linee/mm anche con un sensore Bayer.
Questa è la risoluzione limite del sensore, ma poichè i soggetti fotografici non sono formati da coppie di linee parallele, ma da forme continue ed irregolari, la risoluzione reale pratica è circa il 70 %. Se poi si considera un sensore Bayer con l’effetto dell’interpolazione la risoluzione diminuisce ancora e si colloca sul 60 % di quella limite.
Le linee possono essere viste come una serie di punti uno accanto all’altro quindi analizzando il comportamento dei sensori nel rilevare un punto potremo conoscere quello nel rilevare le coppie di linee cioè la loro risoluzione.
Ai fini di verificare la capacità dei sensori di risolvere le informazioni che vengono loro trasmesse dagli obiettivi quello che serve è calcolare il diametro del disco di Airy a diverse lunghezze d’onda della luce e diverse aperture di diaframma. Infatti un disco di Airy corrisponde ad una coppia di linee, quindi rilevarne uno vuol dire rilevare la coppia di linee. Se le linee hanno però una frequenza spaziale elvata diventano molto vicine ed i dischi di Airy in parte si sovrappongono diminuendo la differenza di contrasto fra riga bianca e riga nera. Questo è il fenomeno che abbiamo analizzato prima e che produce l’andamento che abbiamo visto per le curva MTF.

MTF 9 %

In questa figura i dischi sono parzialmente sovrapposti e la differenza di contrasto fra le linee è bassa (MTF al 9%, criterio di Rayleigh per misurare la risoluzione). Questo ci consentirebbe di risolvere due coppie di linee per disco di Airy.
Per avere una buona nitidezza però è preferibile avere una MTF del 50 %, quindi i due dischi non devono sovrapporsi.

MTF 50 %

In questo caso si può risolvere una coppia di linee per disco di Airy .

Il diametro dei dischi di Airy in funzione della lunghezza d’onda della luce e dell’apertura del diaframma si calcola con la formula:

D = 2,44*l*N
con
D = diametro del disco
l = lunghezza d’onda della luce
N = apertura del diaframma

Nella seguente tabella sono riportate le dimensioni dei dischi di Airy per luce verde-gialla (l=555 Nm) e la massima risoluzione possibile per MTF 0% (tutto grigio), MTF 9 % secondo il criterio di Rayleigh, MTF 50 % e MTF 80 %, in funzione dell’apertura di diaframma.

La successiva tabella allegata riporta i diametri dei dischi di Airy, espresse in micron, in funzione dell’apertura di diaframma per tre tipi di luce, blu con l=400 nM, verde-gialla con l=555 nM e rossa con l=700 nM.

– nella colonna (1) è riportato il diametro del disco di Airy
– nella colonna (2) il numero di pixel per mm necessari per il loro campionamento per un sensore monocromatico o un sensore Bayer con filtro antialias
– nella colonna (3) il numero di pixel per mm necessari per il loro campionamento con un sensore Bayer
– nella colonna (4) la dimensione in micron dei pixel relativi al caso (2)
– nella colonna (5) la dimensione dei pixel relativi al caso (3).

La luce più influente per una foto è quella verde-gialla perchè l’occhio è più sensibile a questa e anche perchè i sensori Bayer (tutti tranne i Foveon di Sigma) hanno un numero di pixel sensibili al verde doppio di quelli sensibili al rosso ed al blu.

Per catturare un disco di Airy servono due pixel, come abbiamo visto, quindi la dimensione ottimale di un pixel deve essere la metà del diametro del disco di Airy, relativamente ad una determinata lunghezza d’onda della luce ed una determinata apertura di diaframma.
In base ai dati della precedente tabella si potranno quindi calcolare per i diversi formati di sensore il numero massimo di pixel ottimale per sfruttare tutta la risoluzione di un obiettivo limitato solo dalla diffrazione alle diverse aperture di diaframma. Se il sensore avrà pixel più grandi (cioè meno pixel a parità di dimensioni) catturerà meno informazioni di quelle che potrebbe trasmettergli l’obiettivo (non è detto che l’obiettivo lo faccia, dipende dalla sua qualità)). Se il sensore avrà più pixel questi non potranno catturare più informazioni di quelle trasmesse dall’obiettivo limitato dalla diffrazione.

In giallo sono evidenziate le condizioni nelle quali i sensori hanno più pixel di quelli necessari per catturare tutte le informazioni provenienti dall’obiettivo.Si tenga presente che gli obiettivi migliori raggiungono il limite massimo di risoluzione  a f/5,6 e che la maggior parte di quelli più economici ci arriva solo a f/8,0 o f/11 a causa delle aberrazioni. Tutti gli obiettivi cominciano a decadere con la funzione MTF a partire da f/11.

Le seguanti considerazioni sono basate sul numero di megapixel che correntemente sono usati in media dai produttori perle varie tipologie di fotocamere. Le compatte attuali vanno da 10 a 16 Mpx, le bridge da 12 a 16, le 4/3 da 12 a 16, le APS da 12 a  24 e le fullframe da 12 a 36, in media.
Dalla tabella si può vedere che le compatte e le bridge con sensore da 1/2,3″ non potranno mai raggiungere la risoluzione promessa dai loro sensori, tranne in quei pochissimi modelli che montano un obiettivo f/2,0 o più luminoso e solo se lo si usa a tutta apertura. Chiudendo il diaframma la risoluzione sarà limitata dalla diffrazione. Per tutte le altre il maggior numero di pixel serve solo a produrre file più grandi e più pesanti da gestire sul pc. Le compatte e bridge con sensore da 1/1,7″ migliorano di poco questa situazione, guadagnando circa uno stop e mantenendo la massima risoluzione fino a f/2,8.
Le 4/3 e Micro 4/3 potranno arrivare fino a f/5,6 prima di subire gli effetti di diffrazione. Per le APS questo limite si sposta a f/8,0, mentre per le fullframe è a f/11, tranne che per la Nikon D800 per la quale è a f/8.0. Anche per le medio formato questo limite è fra f/11 e f/16 a causa del loro elevato numero di pixel.
Come si vede tutte le fotocamere in tutti i formati risentono dell’effetto della diffrazione. Però quelle con più pixel, escludendo compatte e bridge troppo limitate dalla diffrazione, riusciranno a sfruttare meglio gli obiettivi di alta qualità alle aperture intermedie f/4.0-5,6 alle quali i limiti di diffrazione non sono ancora così stringenti.

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43 pensieri su “Diffrazione e risoluzione”

  1. Io non ci ho capito quasi niente 😦
    A parte il fatto che effettivamente la Nikon D800 subisce i limiti della diffrazione uno stop prima delle altre reflex… o non ho capito neanche questo?

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    1. Prima delle altre fullframe, che però non risolvono gli stessi dettagli della D800 anche quando l’obiettivo non subisce gli effetti della diffrazione.
      Ciao, Francesco

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  2. come sempre illuminante.
    Questi calcoli però si riferiscono ad obiettivi di qualità eccellente che subiscono solo l’effetto della diffrazione, giusto?
    Quindi con uno zoom normale, ad esempio un 24-120 o un 24-70 che molti usano normalmente per lavorare, non è detto che l’obiettivo riesca a fornire al sensore una risoluzione pari o superiore al numero di pixel, ancora di più se il numero di pixel aumenta. mi sbaglio?

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    1. Etildona,
      tutti gli obiettivi subiscono da un certo diaframma in poi l’effetto della diffrazione. In molti casi avviene già a f/8.0 in altri a f/11. A questo diaframma comunque tutti sono sotto l’influenza della diffrazione.
      Può certamente succedere che un obiettivo non riesca a fornire al sensore una risoluzione pari o superiore al numero dei pixel del sensore. Come si può vedere nella mia tabella avviene sempre o quasi per le compatte e le bridge.
      Ciao, Francesco

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    2. Non so risponderti con numeri e cifre, mi posso anche sbagliare, la D800 non ce l’ho, non so se la prenderò ma come ottiche ho tra le altre il 24-120 f4 che ha una risoluzione ed una incisività da paura, ha un comportamento completamente diverso dal costosissimo 85mm f1.4G ma trovo molto più definito il primo, mentre il 85mm ha sicuramente passaggi tonali molto migliori sui ritratti, ma non trovo abbia una incisività e definizione superiori al 24-120, questo almeno su un 16 MP della D7000.
      Il 24-120 f4 è un obiettivo che non cambierei con nessun altro, il 85mm f1.4G è migliore per alcune situazioni ma potrei farne a meno usando il mio più datato 80-200mm f2.8ED che per i ritratti è altrettanto straordinario se non migliore, in tutta onestà trovo che il famoso e costoso 85mm è davvero unico per il bokeh per il resto trovo vadano altrettanto bene zoom professionali di ottima qualità.
      Ovvio che se mi parli di zoom 8x economici il problema della risoluzione lo avrai ma con il 24-120 (5x) da prestazioni semi pro (o anche pro poichè di 5x migliori non ne trovi tanto), la risoluzione è straordinaria.
      Se noti le foto ufficiali della D800 sul sito Nikon compare con due o tre obiettivi montati, quelle più frequenti oltre che la foto di cover della D800 è proprio il 24-120 f4 a testimonianza che questo obiettivo è all’altezza della macchina.

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      1. Maximum, grazie per i chiarimenti.
        Il mio però era un discorso generico su obiettivi e sensori, non sulla d800 o sugli obiettivi nikon. Credo che quello che molti si chiedono in realtà sia se l’aumento di pixel nei sensori porti in effetti ad un miglioramento della risoluzione e se si a quali condizioni. Capisci bene che se il vantaggio dei più pixel si limita a diaframmi che vanno da 5,6 a 8 e solo con determinati obiettivi per alcuni può diventare addirittura uno svantaggio, perchè scattano spesso a diaframmi minori o maggiori oppure devono usare lenti molto flessibili ma non eccellenti, e si ritrovano con file inutilmente pesanti da gestire senza avere un aumento tangibile di risoluzione.
        Mi pare che questo articolo abbia dato un contributo notevole al chiarimento di questo dilemma. Sarebbe interessante, nel caso della D800, sapere con precisione quali obiettivi risolvono più del suo sensore e a quali diaframmi.

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        1. Etildona,
          non riesco a capire come avere una qualità, in termini di risoluzione, maggiore anche se non in tutte le condizioni possa essere uno svantaggio. Con i pc disponibili oggi, quando un notebook con Intel I7 e 4 o 8 Gb costa 600-700 € e con dischi da 2 Tb a circa 100-1200 € non credo che sia un problema l’elaborazione di file più grandi.
          Usare una macchina con una risoluzione inferiore vuol dire essere SEMPRE penalizzati anche quando si potrebbe avere di più. E’ un po’ come dire che poichè non tutte le trasmissioni TV sono Full HD è inutile comprare un televisore Full HD. Così anche quando potrei vedere una trasmissione di migliore qualità o un blue ray non potrò farlo. Oppure che poichè circolo quasi sempre in città è inutile avere un’auto con frenata e tenuta di strada eccellenti alle alte velocità, tanto più di 50 km/h non posso (o meglio non dovrei) fare.
          Per gli obiettivi puoi consultare le prove online di DXOMark o quelle sulla rivista Tutti Fotografi.
          Ciao, Francesco

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          1. Francesco,
            Dimentichi il costo delle schede di memoria e il fatto che alcuni scattano migliaia di foto a settimana per poi elaborarle in blocchi di centinaia su enormi cataloghi di lightroom.
            Per usare il tuo stesso paragone io consegno in Blu-Ray, quindi ho bisogno di una telecamera full-HD, ma chi consegna solo in DVD per quale motivo dovrebbe comprare una telecamera nuova, un computer nuovo, X schede da 32 gb e un (se va bene) hard disk nuovo?
            21 ma anche 12 megapixel buoni sono più che sufficienti, credo, per una bella fetta di professionisti. Diversi colleghi con cui ho parlato pensano che la mkII abbia più risoluzione di quanta ne serve a loro.
            La capacità risolutiva degli obiettivi, che in alcune condizioni non raggiunge quella dei sensori, per queste persone è solo un motivo in più per non aggiornare la loro mkII o al massimo passare alla mkIII per motivi di sensibilità. Chi siamo noi per dire che hanno torto?

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            1. Etidona,
              ognuno fa le sue scelte, ma non per questo deve convincere tutti che siano le migliori.
              Ognuno cerca la qualità che per lui è sufficiente, c’è chi si accontenta di poco e chi vuole il massimo, sono scelte di vita diverse.
              Qualche anno fa molti dicevano che 6 Mpx erano più che sufficienti per tutto, ora si dice così di 12, chissà cosa si dirà tra qualche anno.
              Elaborare qualche migliaio di foto, se hai un computer adeguato non è un problema. Il problema è semmai selezionare quelle buone fra queste migliaia e non cambia in funzione dei megapixel. Le schede poi non mi pere che possano spostare di molto il costo complessivo dell’attrezzatura.
              Ciao e buone foto, Francesco

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  3. Quindi no per essere troppo duro di comprendonio … questa D800 con questa diffrazione viene penalizzata??? XDXD cosa comporta questa diffrazione nell atto pratico di una fotografia??? e tra una D800 e D800E questa diffrazione è la stessa?? XDXD scusa se non capisco!!

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    1. Andrea,
      mi sembra che l’articolo sia chiaro. Sulla D800 ho fatto solo un accenno e l’attenzione si posa solo su quella.
      TUTTE le machhine, digitali o analogiche sono limitate dalla diffrazione che è un fenomeno fisico di ottica che non possiamo modificare.
      La diffrazione si genera con il passaggio della luce NEGLI OBIETTIVI. Infatti questi hanno il massimo della funzione MTF e quindi della nitidezza fra il diaframma 4,0 e 8,0. Per diaframmi più aperti la MTF è inferiore a causa delle aberrazioni non completamente corrette. Oltre f/8.0 subentra la diffrazione, per TUTTI gli obiettivi, indipendentemente su quale fotocamera vengano montati. E’ UNA CARATTERISTICA DEGLI OBIETTIVI. Questo fenomeno fa diminuire la loro MTF e quindi la loro risoluzione e nitidezza.
      Se una fotocamera ha una risoluzione bassa può anche non risentire di questo fenomeno o risentirne solo ai diaframmi più chiusi, f/16 o f/22. Vuol dire che ai diaframmi più aperti NON E’ IN GRADO DI SFRUTTARE TUTTA LA RISOLUZIONE DELL’OBIETTIVO.
      Se una fotocamera ha una risoluzione elevata ne risente prima a f/8 o F/11, ma vuol dire che E’ IN GRADO DI SFRUTTARE MEGLIO LA RISOLUZIONE DELL’OBIETTIVO.
      E’ il caso, ad esempio delle Nikon D700 e D800. La D700 ha 118 pixel per mm con una risoluzione di 59 coppie di linee per mm, non molto alta, quindi per diaframmi più aperti di f/11 non è ingrado di sfruttare la risoluzione di un eventuale obiettivo di alta qualità. La D800 ha 204 pixel per mm (il 70 % in più) con una risoluzione di 102 coppie di linee per mm, molto più alta. E’ in grado quindi di sfruttare meglio della D700 la risoluzione di obiettivi di alta qualità. La diminuzione di nitidezza dopo f/8.0 NON DIPENDE DALLA D800 MA DALLE LEGGI DELL’OTTICA, solo che le altre reflex se ne accorgono solo a f/11 perchè hanno meno risoluzione. Con la macchina con più risoluzione (più pixel) quindi si raggiunge prima il limite della diffrazione e da quel punto in poi si avrà LA STESSA RISOLUZIONE della macchina con minore risoluzione (meno pixel) perchè il limite a questo punto è la diffrazione e vale allo stesso modo per entrambe.
      La diffrazzione infine, dipendendo dalle leggi dell’ottica e dal fatto che la luce passa attraverso l’obiettivo, è la stessa per la D800, la D800E e per tutte le reflex su cui può essere montato l’obiettivo. Solo che, come detto, alcune, con maggior risoluzione ne risentono a diaframmi più aperti, altre con minore risoluzione a diaframmi più chiusi. Questo però non è certo un buon motivo per decidere di avere una macchina con risoluzione minore. In questo caso avrò sempre una risoluzione bassa. Con una macchina con risoluzione maggiore avrò questa risoluzione più alta fino ad una certa chiusura del diaframma, e poi avrò la risoluzione più bassa, perchè limitata dall’obiettivo, esattamente come con la macchina con minore risoluzione.
      Ciao, Francesco

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      1. però c’è da dire: anche se la risoluzione non viene migliorata una fotocamera con più megapixel riesce ad avere passaggi cromatici più completi rispetto ad una con meno megapixel; quindi la risoluzione resta come le fotocamere con meno megapixel e i passaggi cromatici migliorano! Ecco perché la pellicola ha un aspetto cromatico insuperabile, perché gloruri d’argento sono talmente piccoli che risentono della diffrazione ma migliora nel passaggio cromatico.
        Quindi una d800 si comporta stile pellicola…

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  4. Ciao francesco,
    articolo veramente fico, complimenti!
    ho capito comunque che alla fine si ottengono solo valori indicativi, per ciascuna categoria. Infatti ad esempio solo all’interno delle APS c’è una certa differenza tra i pixel di una da 12 con pixel di un tipo e un’altra da 24 con pixel di altro tipo. In questo caso il disco di Airy prende più o meno pixel risultando in maggiore o minore risoluzione complessiva.
    Detto questo comunque, se per esempio dall’analisi di dxomark volessi risalire al potere di diffrazione del mio obiettivo, per trovare la risoluzione condizionata anche da aberrazioni o imperfezioni intrinseche dell’ottica, e da questa ai Mpixel effettivi che mi servono con una determinata ottica, come dovrei fare secondo te?
    Grazie mille, ciao
    tommaso

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    1. Tommaso,
      la diffrazione in un obiettivo dipende solo dall’apertura del diaframma. Quindi la MTF e la risoluzione che può avere trovano un limite massimo in questo. Poi in un obiettivo ci sono aberrazioni, riflessi e distorsioni che ne limitano ulteriormente la MTF. Solo i migliori riescono ad avvicinarsi o a raggiungere la curva MTF limite della diffrazione e solo a partire dai diaframmi intermedi, più o meno f/5,6. Poi la MTF decade appunto per il fenomeno della diffrazione. Non mi risulta però che DXOMark faccia misure di MTF. Le uniche che ho visto sono sulla rivista “Tutti Fotografi”, ma sono solo a livello di fattore di qualità e non sono indicati i valori numerici.
      Non saprei quindi come passare dalle misure di DXOMark ad una curva MTF di un obiettivo per verificare se e quando subisce limitazioni per diffrazione.
      Ciao, Francesco

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      1. Ciao Francesco,
        ho ricontrollato, se vai sul compare tra più obiettivi e poi scegli measurments—>resolution la quarta voce è la MTF! si può cambiare in funzione della focale e dell’f number a seconda dell’obiettivo!
        ciao, grazie
        tommaso

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        1. Quando tornero’ a casa a fine settimana controllero’. Con il Galaxy con cui sto rispondendo non mi viene molto comodo.
          Ciao, Francesco

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  5. Quindi se ho capito bene, per via della maggiore risoluzione la D800, pur risentendo del calo di MTF sin da F8, sfrutterà meglio gli obbiettivi rispetto alla D700 fino a F11 … Da F11 in poi usare 36mp o 12mp non farà molta differenza nel dettaglio per via dell’abbassamento degli MTF.

    In pratica sappiamo che l’eventuale downsampling (oltre a giovare sul rumore) non provoca nessun deterioramento delle immagini se scattate sopra F11…

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  6. Ciao Francesco, grazie di questo articolo, vorrei porti alcune questioni/riflessioni:

    1. spesso in rete c’è chi disquisisce sul fatto che parlando di una matrice bayer, questa permette di guadagnare uno stop sulla diffrazione grazie proprio alla demosaicizzazione, anche se una disquisizione a livello di 1 stop equivale sempre a stampare in formato A2 e guardare con il naso attaccato alla foto 🙂

    2. a mio parere, non siamo vicini ai limiti di densità, ma ai limiti di una matrice bayer classica, vedrei bene anche una matrice da 200 mega che lavori con un binning su sottomatrici 4*4 (tipo la truesense) per ottenere file nativi da 12 mega… Oppure dei firmware che modifichino il file di output in base alla diffrazione, per cui per esempio a f2,0 si può scattare a 100 mega e man mano cala la risoluzione “accoppiando” pixel.

    3. le top di gamma di Canon (1dx) e di Nikon (d4) sono probabilmente a fine era? cioè non saranno più sostituite, o meglio in futuro entrambe le case avranno una sola fullframe e non più 2 (fino a 1 anno fa erano 3)… Quindi andranno anche codeste case sul medioformato per ricoprire una fascia di clienti danarosi (6-10mila euro)?

    Christian

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    1. Christian,
      la diffrazione riguarda gli obiettivi e non i sensori, ponendo un limite alla loro massima riscoluzione man mano che si chiude il diaframma.
      Il sensore Bayer come è noto, riduce la risoluzione nominale del sensore, determinata dal numero di pixel, a circa il 60 %. Si ha per questo una perdita di risoluzione. L’effetto della diffrazione perciò si sente ad uno stop di chiusura in più. E’ quindi un aspetto negativo del sensore Bayer. Come questo possa essere visto come un fenomeno positivo fa parte del lato oscuro della mente umana. Naturalemente questo è un discorso accademico in quanto tutte le fotocamere digitali usano sensori Bayer ad eccezione delle Sigma.
      I limiti di risoluzione sono dei limiti fisici non superabili. Si potranno pure usare sensori con molti più pixel, ma quei limiti non si supereranno. Tenendo poi conto del fatto che gli obiettivi hanno le loro massime prestazioni posizionate intorno a f/5,6 e ai diaframmi più aperti perdono in nitidezza (salvo eccezioni) è inutile avere sensori con una risoluzione maggiore di quella corrispondente a quel diaframma.
      Non condivido infine l’idea che il numero di fullframe si ridurrà: serviranno sempre macchine veloci e di alta sensibilità per sport e cronaca e altre con maggior risoluzione per paesaggi, studio, architettura, cerimonie, ecc.. Inoltre sia Canon che Nikon, ed anche Sony, hanno un notevole corredo di obiettivi per fullframe, che continuamente incrementano e che quindi non credo vorranno buttare alle ortiche.
      Ciao, Francesco

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      1. si hai ragione, il fatto di guadagnare uno stop che in realtà è poi la diminuzione di definizione effettiva del sensore bayer si sventola come positiva, quando in realtà è un limite 🙂
        sul resto, non penso chiudano completamente le fullframe, ma la tecnologia va avanti e fra 3-4 anni tutta la componentistica elettronica sarà più potente, certo si potrà discutere e relativizzare sempre, ma frammentare un segmento già piccolo (quello delle FF) e in fase di contrazione trova sempre meno ragion d’essere… comunque fra 3-4-5 anni vedremo come sarà andato il mercato e quindi come saranno le nuove FF 🙂

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        1. Ben detto Christian. Vedremo come si evolverà il mercato.
          Ti preannuncio però che Sony sta preparando almeno due fullframe, da lanciare per la Photokina.
          Ciao, Francesco

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  7. Dal Lato tecnico il tuo esposto è ineccepibile ma sul lato pratico, conoscendo io esperti tecnici che l’hanno provata non è così come abbiano fatto non so però questo è il punto

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    1. Dario,
      non è così cosa? Spiega meglio. Forse la diffrazione non si comporta come ho descritto?
      Chi sono poi questi”esperti tecnici”?
      Ciao, Francesco

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  8. Da quello che ho potuto sperimentare con la mia Canon Powershot A650 (che come apertura va da un f/2,8 a f/8), se con i valori più alti del diframma da un lato hai più diffrazione, è anche vero che però allo stesso tempo hai minori aberrazioni cromatici con aperture di diaframma minori che non fa con aperture maggiori, e hai anche più nitidezza ai bordi (specie con il macro).
    Solo il centro risulta un po’ meno definito rispetto alla foto fatta a f/2,8, per tutto il resto, sembra migliore quella a f/8.

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    1. Ciao Robertl,
      la diffrazione pone un limite alla risoluzione che può raggiungere un obiettivo quando si chiude il diaframma. Ma possono esserci altri limiti dovuti alle aberrazioni cromatiche, che sono più accentuati quando il diaframma è aperto (in particolare ai bordi): infatti il centro della lente ha proprietà ottiche migliori rispetto ai bordi, che non vengono utilizzati quando il diaframma è chiuso. Ho osservato che la mia bridge (Finepix HS10), in automatico tende ad usare il diaframma più aperto possibile, mentre la Nikon D5100 tende a chiuderlo fino a f5.6 o f8 in piena luce.

      Direi che questo articolo è un altro tassello di informazione per capire quello che i produttori di macchine fotografiche non dicono, ma che influenza il nostro modo di fare foto. 🙂

      Simone

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  9. Tutta teoria,allora i sensori da 2/3 di pollici con un mare di pixel , (anche 16MP)dovrebbero fare foto ingurdabili. Invece, almeno a 100 ISO , offrono delle prestazioni veramente interessanti.

    Questo perchè il software interviene a cambiare le leggi della fisica ?

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    1. Ciao Sergio,
      il modello esposto da Francesco non afferma che i sensori da 2/3 di pollice con 16MP dovrebbero fare foto inguardabili. Il software non cambia le leggi della fisica, e per aggiungere informazione da una parte, deve toglierla da un’altra: in genere puoi osservare che le foto di molte compatte tendono a presentare un forte contrasto e nitidezza, a discapito della profondità di colore e del dettaglio. Le compatte “evolute” con qualità migliore solitamente hanno obiettivi con una buona luminosità massima (f/2-2.8), che a iso 100 offrono ottimi risultati. Quelle che offrono maggiore flessibilità nell’uso del diaframma, in genere hanno una risoluzione limitata a 10 MPixels. Semplicemente le leggi della fisica impongono ai costruttori dei compromessi.

      La discussione era scaturita dalla nuova Nikon D800, una FF da 36 MPixels, e Francesco ha mostrato che il gran numero di pixel non aggiunge limitazioni: semplicemente la risoluzione reale chiudendo il diaframma oltre una certa misura è inferiore al numero di pixel.

      Simone

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      1. non mi è chiaro, perchè allora le Sony A77-A65 sono state criticate per il loro alto numero di pixel ?
        Veramente i crop di quelle macchine risultano peggiori anche in confronto alle immagini della D800. Le dimensioni dei pixel non sono superiori a quelle delle compatte, non so di quanto lo siano nei confronti di quelli della D800, ma c’è troppa differenza, secondo me. IMHO.

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        1. in una risoluzione foto entrano in gioco tanti fattori, questo spiegato è quello della diffrazione, ma non è l’unico… tieni presente che oltre il sensore fanno la sua parte:
          a) l’ottica
          b) gli algoritmi di demosaicizzazione e antirumore
          c) la scena
          d) la metodologia di rilevamento (andrebbe sempre fatta su cavalletto e in medesime condizioni di luce)…

          Comunque il sensore della D800 è da 36mega è come tecnologia paragonabile al sensore da 16mega usato per l’appunto su alpha 35, 55 e 57

          Però aldilà di disquisizione sui ritagli, con una aps-c si può comprare un’ottica zoom eccellente (faccio esempio k5 + DA* 60-250 al prezzo di 2200 euro, una d800 con 70-200 costa sui 4-5000 euro e ti ritrovi a fotografare che con la prima soluzione ottieni il risultato del ritaglio che avresti con la seconda, avendo però speso la metà dei soldi)

          La storia del “crop” è affascinante per vedere una risoluzione, ma non è quello il modo di fotografare… altrimenti finisce che uno compra una fullframe con supergrandangolo e poi fa solo ritagli 🙂

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          1. Complimenti intanto per l’articolo minuzioso. Avrei delle domande… Prima volevo però precisare la richiesta di schinellato… L’elevato numero di pixel riduce anche la dimensione fisica del pixel,e questo ingenera riflessi e minore qualità… Le domande è che ruolo giocano gli iso sulla diffrazione… e che ruolo rivestono gli iso in generale…

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    2. Sergio,
      forse non ti è chiaro che la fisica è una Scienza che in questo caso, con una sua branca che se non ti è noto,si chiama Ottica, descrive il comportamento della luce e degli strumenti che la utilizzano. Questo comportamento non è modificabile da nessun software perchè fa parte della natura. In base alle leggi dell’ottica si progettano obiettivi e sensori.
      Nessun software quindi potrà inventare dettagli ghe l’obiettivo non ha trasmesso al sensore. Quello che fanno è aumentare il microcontrasto (contrasto fra dettagli fini) esageratamente per dare agli occhi degli inesperti l’impressione di maggiore nitidezza. E aggiungo, fanno bene, perchè la maggior parte dei clienti ci casca.
      Ciao, Francesco

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  10. Uno dei migliori articoli in assoluto sulla diffrazione. Sopratutto la conclusione. Troppi qualunquisti della fotografia hanno liquidato la risoluzione alta solo per “sentito dire” o a causa di una paura ingiustificata.
    Mi piace sopratutto la conclusione di Francesco:

    “Con una macchina con risoluzione maggiore avrò questa risoluzione più alta fino ad una certa chiusura del diaframma, e poi avrò la risoluzione più bassa, perchè limitata dall’obiettivo, esattamente come con la macchina con minore risoluzione”. Cioé, male che vada, ad un certa chiusura di diaframma, la Nikon D800 sará uguale alle altre full frame. MA MAI PEGGIO!

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    1. Si ma lad800 oltre a qualitá mtf pari ad altre reflex avrá maggiore qualitá cromatica e questa cosa non è assolutamente da sottovalutare, poiché riesce anche ad avere finalmente più passaggi cromatici dell’ insuperabile pellicola da 35mm ad iso 1000 che ha una superfice di elementi fotosensibili di circa 30 nilioni di

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      1. Di gloruri d’ argento. quindi simile ad una pellicola da 50 iso che é la piú usata per avere maggiori passaggi cromatici. la diffrazione non puó in ofni caso essere migliorata perché le leggi fisiche c’ e lo impongono.. comunque io ho la d 800 e vi dico che a paritá della d 700 ho dei colori molto piú accurati, abbiamo fatto dei test con il mio amico e ho ottenuto foto spettacolari a diaframmi f16 che una d700 non puó arrivare. queste cromie giá si differenziavano con la d3 contro la d3x che grazie alla sua maggiore distribuzione del pixel si é fatta notare.
        piú colori sfumati e l’ immagine ne guadagna tantissimo.
        buona luce Riccardo.

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          1. Riccardo,
            1000 al posto di 100 era evidentemente un errore di digitazione. Piuttosto i “gloruri” forse sono i cloruri d’argento? Cioè composti di argento e cloro? Le pellicole comunque contenevano anche i bromuri d’argento.
            Ciao, Francesco

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  11. hai ragione bromuri d’argento, a volte confondo alcuni nomi con altri e quando me ne rendo conto é tardi! grazie per la correzione, di solito quando scrivo col pc rileggo il tutto prima dell’ invio… cosí correggo.
    sto scrivendo col cellulare e mi viene difficile correggere. grazie Francesco ancora per la correzione.
    buona luce Riccardo Asaro

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  12. Grazie Francesco per l’articolo che in parole semplici, per quanto l’argomento lo consenta, mi hai permesso di spiegare questo concetto a un’amico “confuso”. Cesare

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