Dalla pellicola al digitale: evoluzione e tecnologia dei sensori fotografici

Evoluzione del cinema elettronico

Per molti anni, prima dell’avvento del cinema elettronico, il negativo scaricato dai magazzini delle cineprese, subito dopo il processo di sviluppo, veniva trasferito su supporti video con un sistema print-to-print telescanner. Poi, con la disponibilità di hardware e software potenti e veloci nell’elaborazione di calcolo, si è potuto acquisire le immagini direttamente in formato digitale, immagazzinando i file ottenuti dal telecinema in capienti unità di memorizzazione.

Funzionamento dei sensori fotografici

Come la pellicola, ovviamente, anche il sensore ha bisogno di esser colpito dalla luce per poter acquisire un’immagine. Quello che succede subito dopo, però, è che il sensore trasforma la luce che lo colpisce in elettricità.

Più precisamente, la tecnologia dei sensori CMOS si basa sulla capacità di alcuni materiali di reagire in un determinato modo quando esposti alla luce, in particolare alle caratteristiche di alcuni semiconduttori di far muovere cariche elettriche se colpite da fotoni. Il sensore fotografico, quindi, è una matrice di “punti” in grado di leggere la luce e restituire, per ciascun punto, un segnale elettrico direttamente proporzionale all’intensità di luce letta, in maniera lineare. In questo modo, però, possiamo ottenere solo le informazioni riguardanti la luminosità (luma), ma non quelle riguardanti il colore. Questo perché i fotodiodi che costituiscono la matrice del sensore misurano la quantità di fotoni che arrivano, ma non la loro lunghezza d’onda.

Tecnologia del filtro di Bayer

Per questo motivo, davanti ai sensori CCD e CMOS è anteposto il filtro di Bayer, una matrice di filtri colorati (rosso, verde e blu) organizzati in un determinato pattern. Questa matrice ha lo stesso numero di elementi del sensore, ciascuno dei quali è perfettamente allineato a un fotosito del sensore. Quindi, ogni fotosito legge la luminosità che passa attraverso un filtro colorato del colore assegnato dalla posizione del pattern di Bayer. Poiché i tre colori primari hanno lunghezze d’onda molto diverse, la selezione delle lunghezze d’onda ben distinte, la selezione delle frequenze corrispondenti avviene con un grado elevato di separazione, così che ogni fotosito legge il valore di luminosità di un solo colore della terna RGB. Parte della luce, però, si perde negli spazi residuali tra le celle. Per ovviare a questo problema, negli ultimi anni sono state adottate delle strutture microlenticolari che riescono a ottimizzare la quantità di luce catturata, convogliandola all’interno del fotosito. Dato che l’occhio umano è più sensibile al colore verde, il filtro di Bayer è costruito in modo da avere maggiori informazioni sul colore verde. La ricostruzione dei colori mancanti viene fatta per interpolazione coi valori adiacenti dello stesso colore, attraverso complessi algoritmi che permettono di ricostruire l’informazione. Per evitare di perdere risoluzione, il processore ricampiona ogni punto e integra le informazioni mancanti o considerate errate. Questo processo prende il nome di “demosaicizzazione”. Alla fine dei calcoli ciascun elemento della matrice corrispondente al sensore potrà essere caratterizzato dai tre valori RGB, di cui uno solo, però, sarà stato letto dell’elemento sensibile di quella posizione, mentre gli altri saranno ottenuti tramite interpolazione.