Sfatiamo i miti: più pixel più rumore

[francescophoto47]

Una delle convinzioni più diffuse fra i fotografi “esperti” è che più pixel ha un sensore e più questi sono piccoli più è alto il rumore che questo produce e quindi minore è la qualità di immagine in particolare alle alte sensibilità.
Questa è una nozione che li fa sentire superiori a coloro che, non esperti di fotografia, giudicano le fotocamere solo in base al numero di megapixel e pensano che quella che ne ha di più sia la migliore.
Purtroppo però questa idea promossa dal 99 % delle riviste, dei siti web e dei fotoamatori non è vera. E se non è sempre vero che una fotocamera che ha più megapixel sia migliore di una che ne ha meno, in molti casi è proprio così.
Spesso quando i produttori presentano nuove fotocamere con più megapixel del precedente modello le maggiori critiche che si leggono sui forum e anche sui test on-line riguardano il fatto che il maggior numero di pixel, più piccoli, degradano la qualità d’immagine e soprattutto aumentano il rumore. E’ successo recentemente per le Canon 40D e 50D e per molte altre fotocamere.
Vediamo perchè e come si è generata questa credenza.
Il ragionamento usato per concludere che pixel piccoli sono peggiori di pixel grandi è basata su due affermazioni:
1) un singolo pixel isolato, quando è ridotto come dimensioni, ha una sensibilità inferiore, più rumore e minore capacità di assorbire luce.
2) quindi un sensore di una determinata dimensione contenente molti pixel piccoli ha più rumore e minor gamma dinamica che un sensore della stessa dimensione contenente meno pixel più grandi.
Queste affermazioni sono sbagliate.
Il rumore di una foto è nei fotoni incidenti e non nei pixel. Se si considerano i fotoni incidenti in una determinata area il rumore sarà sempre lo stesso indipendentemente se questa è divisa in 1, 2, 4 o 1000 pixel.
In realtà il concetto è che il rumore è funzione della frequenza spaziale. La quantità di luce che cade su un sensore non cambia a secondo della grandezza dei pixel. Pixel grandi o piccoli registrano indifferentemente la luce che cade in certe posizioni. Entrambi riproducono lo stesso ammontare totale di luce. Quando pixel piccoli e pixel grandi sono messi a confronto sullo stesso output finale, i pixel piccoli hanno le stesse prestazioni di quelli grandi.
La frequenza spaziale è il livello di dettaglio di un’immagine. Per esempio un crop al 100 % di un’immagine da 15 Mpx ha una frequenza spaziale molto alta (dettagli fini), mentre il crop di un’immagine da 6 Mpx ha una frequenza spaziale più bassa (dettagli più grandi). Le frequenze spaziali più alte hanno un maggior rumore di quelle più basse, ma alla stessa frequenza il rumore è lo stesso, indipendentemente dalla grandezza dei pixel. Una immagine con molti megapixel può essere sempre ridimensionata allo stesso livello di dettaglio di una immagine con pochi megapixel. E’ quindi sempre possibile ottenere un’immagine con molti megapixel con lo stesso livello di rumore di un immagine con pochi, quindi è sempre possibile ottenere un’immagine ad alta risoluzione con lo stesso livello di rumore di un immagine a bassa risoluzione.
L’idea che i pixel più piccoli producano maggior rumore deriva da una serie di valutazioni eseguite in modo sbilanciato su elementi differenti e precisamente:
- diverse frequenza spaziale
- dimensioni del sensore differenti
- elaborazione differente
- aspettative errate
- tecnologia differente
Il fatto che si veda più rumore nei sensori piccoli delle compatte dipende dalla grandezza ridotta del sensore rispetto alle reflex e non dalla grandezza dei pixel. Un sensore più grande ha una maggior gamma dinamica di uno più piccolo, che quindi non dipende dalle dimensioni dei pixel, ma da quelle del sensore.
La situazione per cui nelle foto fatte con un sensore piccolo di una compatta spesso il rumore si vede in blocchi e macchie e non a livello di singoli pixel è dovuto agli algoritmi di demosaicizzazione applicati ai sensori Bayer quando il segnale è trasformato da analogico a digitale e poi alla riduzione di rumore applicata nella conversione da raw in jpeg.
Un altro fattore che rende maggiormente evidente il rumore è, a parità di pixel fra un sensore piccolo e uno grande, il maggior ingrandimento a cui sono sottoposte le immagini del sensore piccolo quando sono visualizzate sullo schermo o stampate a parità di dimensioni.
Se si confrontano poi le immagini a livello di jpeg queste sono influenzate anche dagli algoritmi di riduzione del rumore applicati dai produttori per ottenere immagini con meno rumore e che, soprattutto, risultino più pulite nei confronti fatti a livello di pixel con crop al 100 % dal 99 % dai siti internet e delle riviste fotografiche che provano le fotocamere.

[gerarcone]

Non è solo una questione di rumore, che io sappia c'è anche il problema della diffrazione, ad esempio.

[coccobell]

quindi la differenza del rumore deriva dall'area del sensore e non dai suoi megapixel?

Strano perche le prove dimostrano il contrario, se come dici il rumore aumenta alle alte frequenze ,chi ci assicura che un downsize porti un vantaggio o un egual risultato di un sensore con i megapixel del nostro downsize?

se cio' che dici e vero, ed effettivamente non ho gli strumenti per ribattere con sicurezza, mi spieghi come mai ad esempio 2 sensori dalla stessa tecnologia come quello della fuji s6500 e quello della fuji s9600 producono risultati migliori per la s6500 nonostante il suo snesore sia piu piccolo e pur facendo un downsize hai file della s9600? il tutto ovviamente dai raw e con lo stesso software di demosaicizzazione?

nel forum ci sono molte prove fatte dagli utenti....

[Pietro Bianchi]

io andrei fuori a fare delle foto...

[Filip]

Non ho prove che dimostrino il contrario di quanto dici ma solo le molte informazioni che si raccolgono sul web messe a disposizione del pubblico da dei professionisti in questo campo. Le stesse case che producono i sensori, parlano spesso di questo punto dolente che cercano in tutti i modi di arginare (riuscendoci solo in parte). Ora mi piacerebbe sapere se quanto dici e solo una tua tesi o se sono informazione prelevate da non so dove.
Quello che so e che vedo è che nonostante la tecnologia elettronica avanzi, l'aumento della densità sui soliti sensori ha dato sempre come risultato si maggior dettaglio ma anche maggior rumore e di conseguenza sensibilità più limitata e dr ridotto.
Essendo io ancora credente al mito che tu vuoi sfatare, non sono mai stato deluso sul pronostico del maggior rumore ogni qualvolta esce un nuovo modello con maggior densità di pix sul sensore.
Sicuramente questo fatto sarà meno sentito su un medio formato o ancora meno su un FF perchè non hanno raggiunto densità limite ma sui piccoli ccd delle compatte o bridge, dove il limite è stato raggiunto da tempo, eccome che si sente.
Esempio di quello che intendo:
un FF da oltre 24 mpx tipo quello della Nikon d3x, ha una densità pari a 2.8mpx per cm².
Un piccolo sensore da compatta da 10 mpx, tipo quello della fuji s2000, ha una densità pari a 35mpx per cm².
E secondo te questo non incide sul rumore?

[Cosimo M.]

Sig. francescophoto47,
ma lei che titoli ha per venire a farci questa lezione?
Sulla base di quali fonti autorevoli, taglia i suoi drastici giudizi su cosa è vero e cosa è falso?
Questo non è il suo blog dove può scrivere tutte le sciocchezze che vuole credendosi un esperto in assenza di contraddittorio.
E il copia-incolla dell'articolo del suo blog su questo forum non da di lei certo una buona impressione.

Il suo discorso può essere smontato da chiunque abbia le conoscenze di base di un trasduttore opto-elettronico. E da chiunque invece di inventarsi castelli per aria davanti ad un pc, esce in mezzo alla gente adoperando nella realtà le fotocamere.

Lei forse non se ne rende conto.
Ma il suo tono di fare la lezione ad una presunta massa di ignoranti, che come dice lei "ci sentiamo superiori", è assolutamente offensiva.

Ora il tempo si è messo al bello.
Spenga il computer, e - come ha detto il collega - esca fuori a fare un pò di foto.

Stia bene.

[AleZan]

Al di là delle imprecisioni tecniche e terminologiche,

[palmerino]

Più che altro dovremmo sfatare sia il rumore, che spesso in stampa non da fastidio e lo vedono solo i più pignoli...non il 99% delle persone che si godranno la foto ed anche il numero dei megapixel, visto che bastano 5mp per ottime stampe 30x40cm.

Ora, ammesso e non concesso che una Eos 50D sia migliore od uguale (come rumore alle alte sensibilità) alla Eos precedente, probabilmente (scommettiamo?) nessuno noterebbe differenze in stampe grandi 30x45cm (si usa nei matrimoni, di solito) tra una Eos 50D ed una vecchia Eos 30D.

Sapendo questo, poi ognuno liberamente potrà acquistare la Eos 50D per altre migliorie operative, perché è moderna, perché ha tantissimi megapixel (utile nei crop), perché....mettetecelo voi il perché, ma certamente un fotografo anche professionista non avrebbe difficoltà ad avere alte prestazioni con la citata Eos 30D.

Questo dovremmo sfatare...poi le case fotografiche potranno anche proporre un' aps da 20mp con un rumore più contenuto di quello attuale.
E nulla vieterebbe di acquistarla: personale.

[Michaeldesanctis]

[LucaFuma]

[Wu-hsin]

Giusto per far un pò di chiarezza (non tanto per il creatore del topic, ma per la clientela del forum )

La sensibilità di un fotoelemento è direttamente proporzionale all'area fotosensibile, più questa sarà grande, più fotoni sarà in grado di catturare, più informazioni sarà in grado di registrare.


Il pixel finale dell'immagine non corrisponde al pixel del sensore, causa filtro Bayer (http://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter). In ogni caso la lettura del sensore viene pulita, per tentar di ridurre più rumore possibile.


A parità di costruzione, più pixel corrispondono a più rumore. Ripeto, a parità di costruzione. Questo non significa che con l'aumentare dei pixel aumenti in modo esponenziale anche il rumore, causa affinamento capacità costruttive.


Il rumore nei sensori digitali ha diverse fonti, dal termico (il calore crea dei falsi positivi, per dirlo in parole semplici), elettrico (l'alimentazione), ad una errata lettura, alla luce che va dove non deve andare....


La gamma dinamica non è altro che la capacità di registrare più informazioni possibili, dalla luce forte alle ombre, nella stessa scena. Non dipende dalla grandezza del sensore, ma dalla tipologia degli elementi fotosensibili, dalla loro geometria e da altri fattori.

Vedi le reflex, tra nikon e Fuji.. Anche tra le compatte.

[Pietro Bianchi]

"What is it with all the noise on the recent cameras? I thought image quality was important to Canon. Now I have to spend time cleaning up noise even at ISO 100. It’s getting crazy you guys better do something about this!"

"Thank you for your suggestion. If you’ve been following this blog long enough you already know my personal opinion regarding noise in images: I don’t like it myself. However, at Canon we think that noise is an important part of digital photography and certainly with regards to image quality. More noise in larger images is actually an improvement that contributes a lot to good image quality, as we have clearly demonstrated with the EOS 50D and the EOS 5D Mark II. Going forward, we expect noise to continue to play an important role in digital photography here at Canon with future advancements in sensor development, which will allow for even larger resolutions on smaller sensors while bending, and indeed completely trashing, the laws of physics and causing a rip in the space-time continuum.
Other industry leaders have also recognized the importance of noise in images. For example, Adobe has demonstrated to share a similar view by including filters in Photoshop that add noise to images. As a result, images made with older cameras that offered noise-free images can now be improved by adding noise to them. I expect this trend to continue for the foreseeable future."

[AleZan]

..... E mentre noi parliamo parliamo nell'oscurità di un oscuro laboratorio di Harvard qualcuno sta sperimentando.... il silicio nero...! Che ci piomberà adosso fra pochissimi anni....
La sensibilità ISO base di una compattina sarà moltiplicata per 500.....

[LucaFuma]

Giusto per chiudere la questione, allego la formula del calcolo del rapporto S/N in un fotodiodo (tratta dalle dispense di un corso di ingegneria). Quello che ci interessa: Iph è la corrente di segnale (dovuta ai fotoni) che è proporzionale all'area del diodo (pixel). tint è il tempo di esposizione (integrazione della carica).

Si vede chiaramente che al crescere dell'area aumenta ovviamente Iph e quindi aumenta anche S/N (Iph al denominatore è sotto radice). Morale, il rapporto S/N aumenta se aumenta l'area. Cito l'autore della dispensa: "all’aumentare dell’area del diodo il rapporto segnale rumore migliora
sicuramente (ancora come nel caso precedente in maniera lineare o con
la radice quadrata a seconda del valore relativo delle potenze di rumore
elettronico o shot della corrente)".

Quindi non c'è nessun mito da sfatare...

[AleZan]

[d23]

[Cosimo M.]

[Riccardo Bonetti]

[Wu-hsin]

boh, per l'af?


Aver sensori che arrivano a 1'000'000 di ISO, ma per poter utilizzar decentemente l'AF serve una minima quantità di luce..

[d23]

cosimo,