Riprendo l’argomento del rumore prodotto dai sensori in relazione alla loro dimensione ed a quella dei pixel per illustrare con una serie di misure e di crop al 100 % i concetti illustrati nell’articolo “Sfatiamo i miti: più pixel più rumore” che in quella sede erano esposti soltanto dal punto di vista teorico.
Per fare ciò ho utilizzato i grafici di misure dell’ottimo sito DXOMark, che misura la qualità dei sensori fotografici a livello del loro output raw e che consente di confrontare fra loro le misure di 2 o più fotocamere, e le foto di test pubblicate dall’altrettanto ottimo Imaging Resource, che effettua i test fotografando sempre le stesse scene e soggetti e consentendo così un confronto fra fotocamere.

Nel precedente articolo ho illustrato le due caratteristiche principali che, a parità di tecnologia dei sensori, determinano il rumore nelle immagini da loro riprese e cioè:
1) dimensioni del sensore
2) frequenza spaziale massima riprodotta.
Le dimensioni dei pixel, sempre a parità di tecnologia non influiscono sul rumore indotto sulle immagini raw (e di conseguenza anche jpeg e tiff) risultanti.
A parità di tecnologia significa non tanto CCD o CMOS quanto livello di evoluzione della tecnologia dei sensori e dell’elaborazione dei loro segnali e delle immagini. Questa si è evoluta molto rapidamente nel tempo ed è facile vedere che fotocamere che 5 anni fa erano considerate il massimo come qualità di immagine oggi risultano abbastanza deludenti.

Per valutare quindi come si comportano i diversi sensori vediamo innanzitutto quali sono i risultati delle misure.

In relazione alla variazione del rumore con la frequenza spaziale riprodotta dal sensore mi sono sembrati interessante un grafico prodotto da Daniel Browning che ha misurato e confrontato il rumore prodotto dalle Canon D40 e D50 al variare della frequenza spaziale.
Il primo rappresenta il rumore delle due fotocamere (in ordinate) al variare della frequenza spaziale (40D in rosso, 50D in blu).

Come si può vedere il rumore è lo stesso fino alle frequenze spaziali comuni. La 50D poi ha un maggior rumore alle frequenze più alte della frequenza di Nyquist della 40D, fino alla sua frequenza di Nyquist. Ma per le frequenze che le due fotocamere condividono non c’è sostanziale differenza.
Per confrontare il rumore di due differenti fotocamere è necessario farlo alla medesima scala, altrimenti le misure non sono corrette. In questo esempio ricampionando la 50D per ottenere le stesse dimensioni della 40D questa ha la stessa curva di quest’ultima (40D in rosso, 50D in blu, 50D ricampionata con bicubic in giallo, 50D ricampionata con Lanczos in nero):

Eliminare le alte freuenze il rumore è uguale a quello della 40D.

Per valutare come variano il rumore, la gamma dinamica e la risoluzione al variare delle dimensioni del sensore è opportuno riferirsi invece ai grafici delle misurazioni di DXMark e ad alcuni crop delle foto pubblicate da Imaging Resource.
DXMark effettua le misure sui file raw e per normalizzarle in modo da poter confrontare sensori di dimensioni diverse e con diverso numero di megapixel le rapporta tutte ad una dimensione standard di 8 Mpx adeguata a stampare una foto di 8×10″ (circa 20×30 cm) alla risoluzione di 300 dpi. Le misure sono quindi presentate come viste sullo schermo al 100 % (opzione “Screen”) e come stampate nel formato normalizzato (opzione “Print”). Come vedremo i dati cambiano in modo significativo da una opzione all’altra. Per tutti i confronti ho riportato i grafici delle curve SN nelle visualizzazioni “Screen”, cioè con le due immagini al 100 %, e nella visualizzazione “Print”, cioè con le due immagini normalizzate.
Per i crop ho riportato quelli con le foto della macchina con più Mpx ridotte alla dimensione di quella con meno e viceversa.

Sensori delle stesse dimensioni

Sensori con pixel di simili dimensioni e densità

Sensori con uguale numero di pixel, ma di diverse dimensioni

Conclusioni

Dai grafici e dai crop mostrati si può dedurre.

1) il rumore non varia con le dimensioni dei pixel, ma con le dimensioni del sensore e con la frequenza spaziale riprodotta
2) a parità di dimensioni dei pixel i sensori di maggiori dimensioni hanno meno rumore
3) a parità di dimensioni di sensore quelli con più pixel hanno una maggior risoluzione a parità di rumore
4) i sensori con più pixel o di uguali o maggiori dimensioni mantengono la loro maggior risoluzione anche ridimensionando verso il basso la loro immagine.

Si può concludere quindi affermando che è sempre meglio avere una fotocamera con un numero maggiore di pixel a parità di dimensioni del sensore (e di livello di tecnologia) o ancora meglio una fotocamera con un sensore più grande e numero di pixel uguale o superiore.