Come funziona una macchina fotoigrafica digitale...

diafino · 25-09-2004, 15:09

Posto qui perchè son sicuro che mi sapete rispondere con completezza...

Cosa succede in una macchina fotografica digitale nel momento in cui scatto la foto? Come si crea l'immagine? come si creano i colori..

Grazie

marakid · 25-09-2004, 21:21

Bella domanda...

I componenti principali della macchina sono:
- l'ottica
- il sensore, cioé l'elemento che "legge" la luce cosí come é fatta entrare dall'ottica, e la converte in un segnale elettrico
- un convertitore analogico/digitale (ADC) che converte il segnale proveniente dal sensore in numeri, adatti ad una elaborazione digitale
- un processore (per brevitá chiamamolo CPU) che elabora questi numeri e li trasforma in un file
- una memoria su cui il file andrá scritto.

Supponiamo di scattare con una macchina completamente automatica. Premiamo il tasto di scatto, e la macchina regola la messa a fuoco. A fare questo é la CPU, che legge dal sensore una porzione dell'immagine e comanda i motori delle lenti cercando di ottenere un'immagine il piú nitido possibile. Sempre la CPU fará da esposimetro: viene letta la luminositá di un certo numero di pixel dell'immagine, o di una certa porzione dell'immagine, e in base a questa lettura viene deciso per quanto tempo dovrá stare aperto l'otturatore e per con che apertura di diaframma. E fin qui cambia poco da una macchina a pellicola...

Il sensore
La macchina digitale legge l'immagine con un sensore elettronico, anziché tramite una pellicola ricoperta di una sostanza sensibile alla luce. Il sensore é fatto a griglia, cioé l'immagine che si proietta su di esso é suddivisa in un grande numero di "tasselli" (chiamiamoli celle). Ogni cella legge solo uno dei tre colori fondamentali (rosso, verde o blu), perché sopra a ciascuna cella é posto un filtro che fa passare solo una componente cromatica.
Quando si dice che una macchina ha 3 megapixel, significa che il suo sensore é diviso in 3.000.000 di celle per ciascun colore (9 milioni in tutto); l'immagine finale, ottenuta combinando le celle rosso-verde-blu adiacenti, sará composta da 3.000.000 di pixel.
Cosa vuol dire "leggere un colore"? Significa che ogni pixel genererá un segnale elettrico proporzionale alla quantitá di luce che lo colpisce. Immaginiamo di colpire il sensore con una luce perfettamente viola: dato che viola=rosso+blu, i pixel su cui é posto il filtro verde non misureranno nulla, quelli del rosso e del blu misureranno una certa quantitá di luce.

Una discussione molto piú dettagliata sui sensori la trovi qui.

L'ADC (convertitore analogico/digitale)
A questo punto, abbiamo scattato la foto e ad ogni cella corrisponde un certo livello di segnale elettrico, proporzionale alla luce del colore proprio di quella cella che colpisce quella posizione del sensore.
All'assenza di una componente cromatica (buio) associamo un livello di segnale A, alla luce piú intensa che il sensore possa misurare, il livello B. Per rendere intelleggibile questo segnale al resto dell'elettronica della macchina, che é digitale, devo convertirlo in un numero, compito che spetta all'ADC. L'ADC convertirá in un valore 0 il livello A, quello minimo, e ad un valore x il livello B.

Supponiamo che il valore "x" sia 99. Allora la macchina sará in grado di distinguere 100 diversi livelli di luce. Se invece il livello x é 999, i livelli di luce sono 1000, e la qualitá dell'immagine finale sará migliore. I sensori delle macchina attuali hanno 8 o 12 bit per canale: questo significa che il livello x vale rispettivamente 255 (2^8 - 1) o 4096 (2^12 - 1).

La CPU
A questo punto, ad ogni pixel dell'immagine ho associato 3 numeri, corrispondenti alla quantitá di rosso, verde, blu proprie di quel pixel. Mettendo assieme tutti i pixel, ho l'immagine come l'ha letta il sensore: la mia immagine, ora, é una sfilza di numeri che la CPU puó trattare. Ad esempio, molte fotocamere hanno impostazioni per aumentare la nitidezza delle immagini, o per ottenere un effetto seppia: questi effetti sono realizzati dalla CPU, tramite operazioni matematiche sui numeri che compongono l'immagine.

Da ultimo, la CPU prepara questa sfilza di numeri ad essere salvata sulla memoria della macchina. I due formati che vanno per la maggiore sulle macchine economiche sono il JPEG e il TIFF, la differenza tra i due é che: 1) il JPEG lavora solo a 8 bit, anche se l'ADC della macchina é a 12 (vedi sopra), quindi con una perdita di qualitá nella resa delle sfumature 2) il JPEG genera file molto piú piccoli del TIFF, ma per fare questo elimina qualche dettaglio (solitamente invisibile a occhio nudo) dalla fotografia.

Capisco che questo post nel complesso sia un bel mattone... se c'é qualcosa da chiarire chiedi pure!!

diafino · 26-09-2004, 19:39

Dopo averlo letto un paio di volte l'ho digerito tutto..veramente un ottima risposta, chiara e completa. Complimenti.

PS:

verde + blu = giallo, ti sei confuso, è giallo + blu che da il verde..

marakid · 27-09-2004, 07:31

Opps... modifico la risposta allora!

diafino · 27-09-2004, 14:46

Quote:

Originariamente inviato da marakid
Opps... modifico la risposta allora!

Ok, l'ho pure salvata quella tua risposta, complimenti ancora

jannaz · 28-09-2004, 08:56

fatti mandare la macchina di 00Luca che cosi la vedi anche come e' fatta dentro

JaNnAz

marakid · 28-09-2004, 09:13

Quote:

Originariamente inviato da 00Luca
L'ho aperta io

Devo aver fatto un bel casino dato che ora non si accende nemmeno

LA butto. Amen

Grazie cmq per la disponibilità

Luca

FreeMan · 28-09-2004, 10:47

però se volete commentare quella discussione, fatelo in quella discussione

>bYeZ<

diafino · 29-09-2004, 17:36

up

jappilas · 30-09-2004, 22:00

Quote:

Originariamente inviato da marakid
...

Quando si dice che una macchina ha 3 megapixel, significa che il suo sensore é diviso in 3.000.000 di celle per ciascun colore (9 milioni in tutto); l'immagine finale, ottenuta combinando le celle rosso-verde-blu adiacenti, sará composta da 3.000.000 di pixel.
....

questo è quello che i costruttori vorrebbero che la gente credesse, dall' epoca degli apparecchi con *1* megapixel o meno
ed in effetti vale solo per il sensore Foveon usato dalla Sigma e da quei rarissimi modelli dotati di 3 CCD, il che è praticamente lo stesso visto che il Foveon è composto da 3 sensori CCD "impilati" (uno per componente RGB, con un suo filtro) in un unico package
in realtà, quello che si considera sulle fotocamere normali è SIA il numero di fotorecettori nel sensore, SIA di pixel (picture element) delle immagini producibili ... in certi casi è interessante notare come questi 2 parametri assumano valori, magari di poco, ma differenti

tale differenza è dovuta al modo in cui si generano le immagini a partire dai dati provenienti dal sensore: queso ha sì una griglia di elementi fotorecettori, dotati però di MICROFILTRI colorati
i filtri sono miniaturizzati perchè è necessario che ogni microsensore acquisisca una componente cromatica diversa dai microsensori adiacenti
i microsensori stessi sono disposti non in triadi ma gruppi multipli di 4, in modo che per ogni "gruppo" (si dovrebbe dire pattern) le proporzioni macroscopiche siano 2:1:1 Green/Blue/Red
ci sono 2 verdi per ogni blu/rosso perchè le tre componenti non hanno la stessa "incidenza" percentuale sull' intensità della luce in ingresso (inserire discorso sull' HVS)
una volta acquisiti così i dati dal CCd, esiste un semplice algoritmo di *interpolazione primaria* che ricostruisce i pixel dell' immagine finale, a partire dai punti RGB del pattern che lo compone più alcuni circostanti
il che suggerisce che i punti colorati sul sensore è meglio non siano organizzati in gruppi rigidamente regolari, ma in pattern semicasuali - ci si giova dell' apporto della componente stocastica
il che fa praticamente saltare agli occhi che i pixel "reali" sono praticamente un TERZO di quelli in uscita - la "moltiplicazione dei colori e del pixel" è accettabile fintantoche gli algoritmi di interpolazione sono diventati via via più "furbi" e meno invasivi, ma se si pensa ai primi modelli di fine anni 90 (il "problema" è sempre esistito) ...

questa prima interpolazione viene sempre effettuata dalla cpu della fotocamera, subito dopo lo scatto dell' otturatore
quindi, si ha un'immagine prima da convertire in formato eventualmente compresso JPG , TIFF, o altro, e quindi salvare sulla scheda di memoria...

marakid · 01-10-2004, 18:02

Molto interessante, queste cose non erano saltate fuori neanche nella discussione sui sensori!

Quote:

in realtà, quello che si considera sulle fotocamere normali è SIA il numero di fotorecettori nel sensore, SIA di pixel (picture element) delle immagini producibili ... in certi casi è interessante notare come questi 2 parametri assumano valori, magari di poco, ma differenti

E c'é un modo di sapere quale sia il numero reale dei fotoricettori? sarei curioso di sapere quanti ne ha la mia Minolta...

Quote:

proporzioni macroscopiche siano 2:1:1 Green/Blue/Red
ci sono 2 verdi per ogni blu/rosso perchè le tre componenti non hanno la stessa "incidenza" percentuale sull' intensità della luce in ingresso (inserire discorso sull' HVS)

Forse hai scordato di inserire il discorso HVS... non credo che c'entri, ma mi fa specie notare che é proprio il verde (il colore a cui é piú sensibile l'occhio umano) quello a cui sono dedicati piú microsensori.

jappilas · 01-10-2004, 20:16

sì di solito è un dato dichiarato dai costruttori
da http://www.dpreview.com/reviews/specs/Konica_Minolta/ :

Quote:

3.9 million effective pixels
4.1 million sensor photo detectors
35 mm - 140 mm (4x) zoom lens

per "discorso sull' HVS" (human view system, come da dispense del corso di Elaborazione Immagini) intendevo almeno un accenno a una cosa che effettivamente già sai, che l' occhio umano è più sensibile al verde ...
per come l' hanno spiegato a me, il funzionamento dell' HVS in effetti determina un tot di scelte concettuali in ambito video, a cominciare dal perchè col segnale TV il verde non è trasmesso...

marakid · 01-10-2004, 20:45

Quote:

3.9 million effective pixels
4.1 million sensor photo detectors
35 mm - 140 mm (4x) zoom lens

Significa che il sensore ha 4.1M microcelle, cioé 2M per il verde e 1 M a testa per rosso e blu?

jappilas · 01-10-2004, 21:23

il venus della panasonic fa praticamente così ... e si direbbero anche i sony (usati da fotocamere di varie altre marche, non solo sony-brand ) http://www.sony.net/Products/SC-HP/c...pdf/icx452.pdf

diafino · 04-10-2004, 15:50

discussione molto interessante...stasera la leggo bene

marakid · 04-10-2004, 19:47

Quote:

Originariamente inviato da jappilas
il venus della panasonic fa praticamente così ... e si direbbero anche i sony (usati da fotocamere di varie altre marche, non solo sony-brand ) http://www.sony.net/Products/SC-HP/c...pdf/icx452.pdf

Molto interessante il data sheet che hai postato, voglio fare qualche ricerca per cercarne di simili di altre marche.

Hai notato che tra i dati forniti si parla anche di PAL e di NTSC? Secondo te a cosa si riferisce, visto che una videocamera non dovrebbe farsene nulla di 5MP?

jappilas · 04-10-2004, 20:20

questa è la pagina iniziale dove avevo trovato quel pdf.. tra le news c' è anche qualche altro prodotto sony che non riuscivo a trovare sul sito principale (sembra non siano prodotti molto "ufficiali" o cmq non per il pubblico...)

cmq dicevo... secondo me si riferisce al fatto che a una "still camera" viene spesso richiesto di riprendere anche immagini in movimento, una volta con risoluzione 320x240 circa (come la mia panasonic sigh) ora anche vga 640 , e in full motion (25 o 30 fps)
25-30 fps che dovrebbero essere giusto i quadri del pal ed ntsc (non interlacciati... 50-60 interlacciati) per poi vedere la ripresa su tv (eventualmente passando da pc...)

penso... ma mi sembra sensato....

marakid · 05-10-2004, 08:46

Grazie, daró un'occhiata.

diafino · 12-10-2004, 19:33

up

Mark75 · 15-10-2004, 07:58

Sul discorso del rapporto 2:1:1 tra i colori avevo letto qualcosa su un sito in tedesco ma non avevo capito tutto da poterne scrivere perciò non l'ho fatto e ho ancora qualche dubbio in merito.

x Marakid
Da quanto ho letto se una fotocamera ha 3Mp non è che li ha per colore (figurati, se il costruttore la chiamava ancora una 3Mp!) li ha in totale per cui ogni pixel ha solo una componente rgb reale, le altre due sono calcolate utilizzando i pixel adiacenti esempio se un pixel ha il filtro rosso in quelli adiacenti è presente il blu e su un altro il verde (come hai detto tu formano una griglia). Il pixel rosso utilizza le informazioni intorno a se per completare le altre due componenti perciò il risultato finale delle digitali è tutt'altro che reale, a parte l'X3 della foveon o in genere avere 1 CCD x componente. Questo fa capire il problema che si ha con forti contrasti di luce (sole tra le foglie), i pixel sbalzano tra valori molto differenti.

25-09-2004, 15:09	#1
diafino Senior Member Iscritto dal: Mar 2002 Città: Milano (Settimo Milanese) Messaggi: 7025	Come funziona una macchina fotoigrafica digitale... Posto qui perchè son sicuro che mi sapete rispondere con completezza... Cosa succede in una macchina fotografica digitale nel momento in cui scatto la foto? Come si crea l'immagine? come si creano i colori.. Grazie

25-09-2004, 21:21	#2
marakid Senior Member Iscritto dal: Jan 2001 Città: Bologna Messaggi: 955	Bella domanda... I componenti principali della macchina sono: - l'ottica - il sensore, cioé l'elemento che "legge" la luce cosí come é fatta entrare dall'ottica, e la converte in un segnale elettrico - un convertitore analogico/digitale (ADC) che converte il segnale proveniente dal sensore in numeri, adatti ad una elaborazione digitale - un processore (per brevitá chiamamolo CPU) che elabora questi numeri e li trasforma in un file - una memoria su cui il file andrá scritto. Supponiamo di scattare con una macchina completamente automatica. Premiamo il tasto di scatto, e la macchina regola la messa a fuoco. A fare questo é la CPU, che legge dal sensore una porzione dell'immagine e comanda i motori delle lenti cercando di ottenere un'immagine il piú nitido possibile. Sempre la CPU fará da esposimetro: viene letta la luminositá di un certo numero di pixel dell'immagine, o di una certa porzione dell'immagine, e in base a questa lettura viene deciso per quanto tempo dovrá stare aperto l'otturatore e per con che apertura di diaframma. E fin qui cambia poco da una macchina a pellicola... Il sensore La macchina digitale legge l'immagine con un sensore elettronico, anziché tramite una pellicola ricoperta di una sostanza sensibile alla luce. Il sensore é fatto a griglia, cioé l'immagine che si proietta su di esso é suddivisa in un grande numero di "tasselli" (chiamiamoli celle). Ogni cella legge solo uno dei tre colori fondamentali (rosso, verde o blu), perché sopra a ciascuna cella é posto un filtro che fa passare solo una componente cromatica. Quando si dice che una macchina ha 3 megapixel, significa che il suo sensore é diviso in 3.000.000 di celle per ciascun colore (9 milioni in tutto); l'immagine finale, ottenuta combinando le celle rosso-verde-blu adiacenti, sará composta da 3.000.000 di pixel. Cosa vuol dire "leggere un colore"? Significa che ogni pixel genererá un segnale elettrico proporzionale alla quantitá di luce che lo colpisce. Immaginiamo di colpire il sensore con una luce perfettamente viola: dato che viola=rosso+blu, i pixel su cui é posto il filtro verde non misureranno nulla, quelli del rosso e del blu misureranno una certa quantitá di luce. Una discussione molto piú dettagliata sui sensori la trovi qui. L'ADC (convertitore analogico/digitale) A questo punto, abbiamo scattato la foto e ad ogni cella corrisponde un certo livello di segnale elettrico, proporzionale alla luce del colore proprio di quella cella che colpisce quella posizione del sensore. All'assenza di una componente cromatica (buio) associamo un livello di segnale A, alla luce piú intensa che il sensore possa misurare, il livello B. Per rendere intelleggibile questo segnale al resto dell'elettronica della macchina, che é digitale, devo convertirlo in un numero, compito che spetta all'ADC. L'ADC convertirá in un valore 0 il livello A, quello minimo, e ad un valore x il livello B. Supponiamo che il valore "x" sia 99. Allora la macchina sará in grado di distinguere 100 diversi livelli di luce. Se invece il livello x é 999, i livelli di luce sono 1000, e la qualitá dell'immagine finale sará migliore. I sensori delle macchina attuali hanno 8 o 12 bit per canale: questo significa che il livello x vale rispettivamente 255 (2^8 - 1) o 4096 (2^12 - 1). La CPU A questo punto, ad ogni pixel dell'immagine ho associato 3 numeri, corrispondenti alla quantitá di rosso, verde, blu proprie di quel pixel. Mettendo assieme tutti i pixel, ho l'immagine come l'ha letta il sensore: la mia immagine, ora, é una sfilza di numeri che la CPU puó trattare. Ad esempio, molte fotocamere hanno impostazioni per aumentare la nitidezza delle immagini, o per ottenere un effetto seppia: questi effetti sono realizzati dalla CPU, tramite operazioni matematiche sui numeri che compongono l'immagine. Da ultimo, la CPU prepara questa sfilza di numeri ad essere salvata sulla memoria della macchina. I due formati che vanno per la maggiore sulle macchine economiche sono il JPEG e il TIFF, la differenza tra i due é che: 1) il JPEG lavora solo a 8 bit, anche se l'ADC della macchina é a 12 (vedi sopra), quindi con una perdita di qualitá nella resa delle sfumature 2) il JPEG genera file molto piú piccoli del TIFF, ma per fare questo elimina qualche dettaglio (solitamente invisibile a occhio nudo) dalla fotografia. Capisco che questo post nel complesso sia un bel mattone... se c'é qualcosa da chiarire chiedi pure!! __________________ Le mie foto su Flickr: Clicca qui ...dopodichè ditemi un altro sito simile che consenta l'accesso alle foto solo per set! Ultima modifica di marakid : 27-09-2004 alle 07:32.

27-09-2004, 07:31	#4
marakid Senior Member Iscritto dal: Jan 2001 Città: Bologna Messaggi: 955	Opps... modifico la risposta allora! __________________ Le mie foto su Flickr: Clicca qui ...dopodichè ditemi un altro sito simile che consenta l'accesso alle foto solo per set!

28-09-2004, 08:56	#6
jannaz Senior Member Iscritto dal: Mar 2002 Città: Brescia Messaggi: 574	fatti mandare la macchina di 00Luca che cosi la vedi anche come e' fatta dentro JaNnAz __________________ ho fatto affari con: mrwolf1981 - Varenne

28-09-2004, 10:47	#8
FreeMan Senior Member Iscritto dal: Jul 1999 Città: Black Mesa Messaggi: 72456	però se volete commentare quella discussione, fatelo in quella discussione >bYeZ< __________________ REGOLAMENTO & update1/update2 \| IO C'ERO \| Realme X3 SZ 12/256 - History \| GTi is BACK "Non sorridete.......gli spari sopra.....sono per VOI!"

26-09-2004, 19:39	#3
diafino Senior Member Iscritto dal: Mar 2002 Città: Milano (Settimo Milanese) Messaggi: 7025	Dopo averlo letto un paio di volte l'ho digerito tutto..veramente un ottima risposta, chiara e completa. Complimenti. PS: verde + blu = giallo, ti sei confuso, è giallo + blu che da il verde..

29-09-2004, 17:36	#9
diafino Senior Member Iscritto dal: Mar 2002 Città: Milano (Settimo Milanese) Messaggi: 7025	up

01-10-2004, 21:23	#14
jappilas Senior Member Iscritto dal: Apr 2003 Città: Genova Messaggi: 4741	il venus della panasonic fa praticamente così ... e si direbbero anche i sony (usati da fotocamere di varie altre marche, non solo sony-brand ) http://www.sony.net/Products/SC-HP/c...pdf/icx452.pdf __________________ Jappilas is a character created by a friend for his own comic - I feel honored he allowed me to bear his name Saber's true name belongs to myth - a Heroic Soul out of legends, fighting in our time to fullfill her only wish Let her image remind of her story, and of the emotions that flew from my heart when i assisted to her Fate Ultima modifica di jappilas : 01-10-2004 alle 22:49.

04-10-2004, 15:50	#15
diafino Senior Member Iscritto dal: Mar 2002 Città: Milano (Settimo Milanese) Messaggi: 7025	discussione molto interessante...stasera la leggo bene

04-10-2004, 20:20	#17
jappilas Senior Member Iscritto dal: Apr 2003 Città: Genova Messaggi: 4741	questa è la pagina iniziale dove avevo trovato quel pdf.. tra le news c' è anche qualche altro prodotto sony che non riuscivo a trovare sul sito principale (sembra non siano prodotti molto "ufficiali" o cmq non per il pubblico...) cmq dicevo... secondo me si riferisce al fatto che a una "still camera" viene spesso richiesto di riprendere anche immagini in movimento, una volta con risoluzione 320x240 circa (come la mia panasonic sigh) ora anche vga 640 , e in full motion (25 o 30 fps) 25-30 fps che dovrebbero essere giusto i quadri del pal ed ntsc (non interlacciati... 50-60 interlacciati) per poi vedere la ripresa su tv (eventualmente passando da pc...) penso... ma mi sembra sensato.... __________________ Jappilas is a character created by a friend for his own comic - I feel honored he allowed me to bear his name Saber's true name belongs to myth - a Heroic Soul out of legends, fighting in our time to fullfill her only wish Let her image remind of her story, and of the emotions that flew from my heart when i assisted to her Fate Ultima modifica di jappilas : 05-10-2004 alle 00:02.

05-10-2004, 08:46	#18
marakid Senior Member Iscritto dal: Jan 2001 Città: Bologna Messaggi: 955	Grazie, daró un'occhiata. __________________ Le mie foto su Flickr: Clicca qui ...dopodichè ditemi un altro sito simile che consenta l'accesso alle foto solo per set!

12-10-2004, 19:33	#19
diafino Senior Member Iscritto dal: Mar 2002 Città: Milano (Settimo Milanese) Messaggi: 7025	up

15-10-2004, 07:58	#20
Mark75 Bannato Iscritto dal: Jan 2003 Città: Milano Messaggi: 3684	Sul discorso del rapporto 2:1:1 tra i colori avevo letto qualcosa su un sito in tedesco ma non avevo capito tutto da poterne scrivere perciò non l'ho fatto e ho ancora qualche dubbio in merito. x Marakid Da quanto ho letto se una fotocamera ha 3Mp non è che li ha per colore (figurati, se il costruttore la chiamava ancora una 3Mp!) li ha in totale per cui ogni pixel ha solo una componente rgb reale, le altre due sono calcolate utilizzando i pixel adiacenti esempio se un pixel ha il filtro rosso in quelli adiacenti è presente il blu e su un altro il verde (come hai detto tu formano una griglia). Il pixel rosso utilizza le informazioni intorno a se per completare le altre due componenti perciò il risultato finale delle digitali è tutt'altro che reale, a parte l'X3 della foveon o in genere avere 1 CCD x componente. Questo fa capire il problema che si ha con forti contrasti di luce (sole tra le foglie), i pixel sbalzano tra valori molto differenti.

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