Quanta risoluzione necessita una fotocamera?

La fotocamera del Game Boy ha 0,014 megapixel. La prima fotocamera professionale di Nikon, la D1, offre solo 2,7 megapixel. Oggi le fotocamere professionali hanno una risoluzione compresa tra 24 e 100 megapixel. Una gamma piuttosto ampia. Qual è la risoluzione ideale? Non esiste una risposta universale a questa domanda. Dipende da come usi la fotocamera e da come visualizzi le foto in seguito.

È anche importante non rimanere ancorati per sempre a un'opinione, perché molto dipende dallo stato della tecnologia. Ad esempio, dalla tecnologia dei sensori, dagli obiettivi, dalla potenza di calcolo e dall'archiviazione dei dati.

Dimensione del sensore e dei pixel

Negli anni '90 sono arrivate sul mercato fotocamere compatte con risoluzioni sempre più elevate. Quello che all'inizio era un importante passo avanti, si è trasformato sempre più in una vuota argomentazione di marketing. È diventato chiaro che una fotocamera può anche avere una risoluzione eccessiva. Il problema era la combinazione con un sensore molto piccolo, che portava a pixel estremamente piccoli.

Più grandi sono i singoli pixel, più sono sensibili alla luce. Di conseguenza, riproducono i colori e la luminosità in modo più accurato in condizioni di scarsa illuminazione, con conseguente riduzione del rumore. I pixel sensibili alla luce riescono a gestire meglio anche le grandi differenze di luminosità all'interno dell'immagine. Su un sensore di grandi dimensioni, i singoli pixel sono più grandi a parità di risoluzione. E spesso anche a una risoluzione più elevata.

Come si possono confrontare le dimensioni dei pixel di sensori di dimensioni diverse? Se uno dei sensori è un sensore full frame, bisogna applicare la seguente formula: dividere la risoluzione del sensore full frame (rFF) per il fattore di ritaglio dell'altro sensore al quadrato.

Un esempio di calcolo con la fotocamera full frame EOS R5 e la fotocamera APS-C EOS R50, entrambe di Canon: la EOS R5 ha 44,7 MP. Il fattore di ritaglio per le fotocamere APS-C Canon è 1,61. Quindi divido 44,7 MP per 2,6 (1,61^2) e ottengo 17,2 MP. Si tratta di quanta, o quanta poca, risoluzione deve avere una fotocamera APS-C in modo che i pixel abbiano le stesse dimensioni di quelli di una fotocamera full frame. La Canon EOS R50 con 24,2 megapixel ha quindi già pixel più piccoli della Canon EOS R5.

L'equazione può essere trasformata in modo da funzionare anche nella direzione opposta. Partendo dall'R50: 24,2 × 2,6 ≈ 63. Ciò significa che una fotocamera Canon a pieno formato avrebbe pixel più piccoli della Canon EOS R50 solo a partire da 63 megapixel.

La fotocamera compatta Sony RX100 con i suoi 20 megapixel ha pixel così piccoli che 146 megapixel sarebbero sufficienti nel full frame.

La differenza tra il pieno formato e il medio formato di Fujifilm e Hasselblad non è così grande. I loro sensori da 100 megapixel hanno pixel più piccoli rispetto alla Canon EOS R5.

In sintesi, si può dire che un sensore full frame può avere un numero di pixel davvero generoso. Con i sensori più piccoli, invece, si raggiunge rapidamente un numero critico.

Queste regole non possono essere applicate agli smartphone, perché funzionano in modo diverso. Gli smartphone hanno sensori piccoli ma risoluzioni elevate. Con vari trucchi, come le esposizioni multiple e il pixel binning, riescono comunque a ottenere una qualità d'immagine accettabile. L'alta risoluzione viene utilizzata per effettuare lo zoom digitale e avere comunque una risoluzione sufficientemente elevata. Tuttavia, in questo articolo non ti presento le caratteristiche speciali degli smartphone, ma solo delle grandi fotocamere.

Risoluzioni video: sono necessarie riserve

Le risoluzioni video sono standardizzate, quindi sembra chiaro quali siano necessarie. Gli standard più comuni sono:

• Full HD: 1920×1080 = 2073600 pixel ≈ 2,1 MP
• UHD (4K): 3840×2160 = 8294400 pixel ≈ 8,3 MP
• UHD-2 (8K): 7680×4320 = 33177600 pixel ≈ 33,2 MP

Ciò significa che ogni fotocamera oggi soddisfa i requisiti per il 4K. La stessa cosa non vale per l'8K: secondo il calcolo di cui sopra, una fotocamera dovrebbe avere almeno 33 megapixel. Ma anche questo non è sufficiente, perché praticamente tutte le fotocamere utilizzate anche per la fotografia hanno un sensore con un rapporto di aspetto 3:2 o 4:3. Ciò significa che per i video in formato 16:9 viene utilizzata solo una parte del sensore.

Ne risultano le seguenti risoluzioni minime per i sensori 3:2:

• 3840×2560 = 9830400 pixel ≈ 10 MP
• 7680×5120 = 39321600 pixel ≈ 39,3 MP

E per i sensori 4:3:

• 3840×2880 = 11059200 pixel ≈ 11 MP
• 7680×5760 = 44236800 pixel ≈ 44,2 MP

Ma questo è solo il minimo indispensabile. Per una nitidezza ottimale, la risoluzione dovrebbe essere maggiore. Questo perché il downscaling non è possibile con la risoluzione minima.

Downscaling – o perché più è meglio

La risoluzione di una fotocamera deve essere superiore alla risoluzione dell'immagine finale. Questo vale non solo per i video, ma anche per la visualizzazione di foto sullo schermo.

Ad esempio, se hai una fotocamera da 8 megapixel, questa non può produrre la stessa nitidezza di un'immagine da 8 megapixel ridimensionata da una risoluzione superiore. Il motivo risiede nel filtro RGB. I pixel di un fotosensore possono catturare solo un colore rosso, verde o blu alla volta. I valori di colore rimanenti devono essere calcolati dai pixel circostanti. Il processo è chiamato demosaicizzazione e produce una sfocatura.

Quando viene eseguito il downscaling, ogni pixel viene ricalcolato sulla base dei pixel vicini: questa operazione si chiama interpolazione. Ma poiché la risoluzione è più alta, posso essere incluse più informazioni.

La risoluzione non deve essere molto più alta della risoluzione target. Per i video può essere addirittura un vantaggio tenerla bassa. La lettura è così più veloce e l'otturatore meno sensibile. Se il sensore viene letto 60 volte al secondo e ogni volta viene ricalcolata un'immagine, il surriscaldamento può verificarsi anche con grandi quantità di dati.

Rumore dell'immagine: dimensione dei pixel vs. downscaling

Il downscaling ha anche un altro effetto collaterale positivo: il rumore dell'immagine viene attenuato. Questo perché l'interpolazione viene utilizzata per far corrispondere il colore e la luminosità dei pixel circostanti. Il rumore non è altro che una deviazione casuale e indesiderata del colore e della luminosità, che viene livellato riducendo la risoluzione.

A differenza della nitidezza, questo effetto è significativamente più forte ad alta risoluzione. Con i sensori ad alta risoluzione, una grande parte del rumore dell'immagine scompare quando viene ridimensionata alla stessa risoluzione di quella target.

Tuttavia, come detto all'inizio, i pixel grandi e quindi sensibili alla luce producono meno rumore dell'immagine, il che va a favore di una risoluzione inferiore. Quale effetto pesa di più? Un'immagine con una risoluzione elevata produce ancora meno rumore quando entrambe vengono ridimensionate in UHD?

Di solito no. Il vantaggio dei pixel più grandi supera il rumore dell'immagine. Ad esempio, la Nikon Z6 II con 24,5 MP e la Nikon Z7 II con 45,7 MP a 25600 ISO. Nel confronto diretto qui sopra puoi vedere la dimensione originale: qui lo Z7 II ad alta risoluzione mostra molto più rumore. Se viene ridimensionato alle stesse dimensioni dello Z6 (sotto), il rumore rimane ancora leggermente superiore. Ma l'immagine è più nitida.

Lo scenario di prova proviene da dpreview.com – con questo link puoi accedervi direttamente e giocare con i parametri come l'ISO o altre fotocamere. La situazione è simile con le Canon EOS R5 e R6.

Tuttavia, l'affermazione «i sensori con minore risoluzione producono meno rumore» non è sempre vera. Il confronto è ammesso solo per sensori dello stesso design. Ad esempio, un vecchio sensore degli anni '90 probabilmente produce più rumore di un sensore attuale ad alta risoluzione, anche a una risoluzione inferiore. E naturalmente i sensori devono avere le stesse dimensioni.

Visualizzazione su schermo

Uno schermo Full HD mostra solo circa 2 megapixel, uno schermo 4K solo 8 megapixel. Serve uno schermo 8K (33 megapixel) per visualizzare la risoluzione delle fotocamere di oggi.

Tuttavia, anche in questo caso vale lo stesso discorso: puoi ottenere una nitidezza ottimale solo se ridimensioni da un'immagine più grande. Altrimenti, il chip grafico lo farà per te, ma forse meno bene, perché deve farlo in tempo reale.

Inoltre, sullo schermo puoi ingrandire l'immagine. Sul televisore è scomodo, ma su tutti gli altri schermi è un'operazione ovvia. Soprattutto con i touchscreen. E poi ci sono chiare differenze tra una foto con 8 e una con 50 megapixel.

Foto stampate

Le foto stampate non possono essere ingrandite, quindi la risoluzione raramente deve essere superiore a 10 megapixel. Anche i poster di grandi dimensioni non richiedono una risoluzione infinita: si guardano da una distanza maggiore e quindi la densità dei pixel può essere inferiore. A una distanza di visione di cinque metri o più, sono sufficienti da 20 a 30 dpi invece dei 300 dpi abituali dei libri fotografici.

Puoi facilmente raggiungere i valori di dpi specificati anche con 10 megapixel. Naturalmente, più è meglio, nel caso in cui il poster venga osservato da vicino. Ma le alte risoluzioni non sono necessarie per la stampa.

Ritaglio di immagini

Un grande vantaggio di una risoluzione più elevata è che posso usare una sezione di un'immagine senza che questa perda nitidezza. Ogni tanto qualcuno obietta dicendo che non dovrei ritagliare le mie foto se fossi in grado di fotografare. Ma non ha senso.

Ricordo le riprese nel parco BMX. Molte cose accadono così rapidamente che è impossibile pensare alla composizione dell'immagine. Miri al centro dell'immagine e speri di riprendere tutto il soggetto. Le probabilità che ciò accada sono molto più alte se lasci un bordo attorno.

Un altro esempio sono gli uccelli in volo che cambiano direzione in modo imprevedibile. In generale, gli animali selvatici se ne fregano della tua composizione dell'immagine. Devi accettare quello che ottieni. Alcuni soggetti sono anche semplicemente troppo lontani. Con una risoluzione alta, l'immagine può ancora essere utilizzata. Ma non con una risoluzione bassa.

Un caso meno specialistico riguarda i grandi edifici. Se vuoi catturarli in full frame senza un obiettivo tilt-shift, otterrai linee storte. Se tieni la fotocamera dritta, in seguito dovrai ritagliare gran parte dell'immagine.

In altri casi, un'immagine deve funzionare per diversi formati di pagina: quando scatti una foto, non sai ancora se alla rivista serve una foto in formato verticale o orizzontale. Ovviamente puoi scattarla in entrambi i formati. Ma nello sport devi scegliere tra il formato verticale e quello orizzontale subito – e poi ritagliare l'immagine, il che funziona solo se c'è abbastanza spazio intorno al soggetto.

In breve, sono innumerevoli i casi in cui è necessario un successivo taglio. E le riserve valgono oro quando si parla di risoluzione.

Volumi di dati: oggi non è più un problema

Più bassa è la risoluzione, meno dati devono essere elaborati. Per molto tempo, solo le fotocamere con un numero relativamente basso di pixel erano in grado di raggiungere elevate velocità di scatto continuo, importanti per la fotografia sportiva e d'azione.

La situazione ha iniziato a cambiare nel 2021, quando è uscita la Sony Alpha 1. Ha 50 megapixel e scatta 30 immagini al secondo, ma costa anche 8000 franchi o euro. Chi non poteva o non voleva permettersela, ha dovuto continuare a scegliere tra alta velocità e alta risoluzione.

Oggi non devi più farlo. La Canon EOS R5 II e la Nikon Z8 costano molto meno della Sony Alpha 1 e offrono anche loro un'alta risoluzione ad alta velocità. Anche la Canon EOS R7, che costa meno di 1500 franchi, riesce a scattare 30 immagini al secondo, con una risoluzione di ben 33 megapixel.

È vero che le fotocamere sportive professionali tendono ancora ad avere una bassa risoluzione. La Canon EOS R1 o la Sony Alpha 9 III hanno circa 24 megapixel. Ma si tratta di strumenti per professionisti con esigenze molto specifiche. Il global shutter della fotocamera Sony non è (ancora) disponibile in una risoluzione superiore. Anche il dispositivo top di gamma di Canon soddisfa requisiti speciali: frequenze di fotogrammi estremamente elevate, situazioni di esposizione estreme. L'obiettivo è quello di ottenere un po' di più da una determinata area. Se non ne hai necessariamente bisogno, ma vuoi usare la fotocamera per altri scopi, è meglio scegliere una risoluzione più alta.

L'alta risoluzione da sola non rende l'immagine più nitida

È più difficile sfruttare appieno il potenziale delle fotocamere con risoluzioni molto elevate. Affinché l'immagine sia davvero più nitida e mostri maggiori dettagli, devono essere soddisfatte due condizioni.

In primo luogo, l'obiettivo deve essere sufficientemente nitido. Alcuni non riescono a raggiungere una risoluzione di 50 o più megapixel, nemmeno con un'apertura minore. Con una massima apertura del diaframma e negli angoli dell'immagine è quasi sempre visibile una leggera sfocatura.

Ma gli obiettivi più recenti sono adattati alle risoluzioni di oggi. Inoltre, benefici di una risoluzione più elevata anche se l'obiettivo non la cattura completamente, perché puoi comunque ancora vedere un po' di dettagli. E siamo onesti: quando mai l'angolo dell'immagine deve essere nitido a diaframma aperto?

In secondo luogo, devi evitare i tremolii della fotocamera e le sfocature da movimento: un'alta risoluzione rivela anche le più piccole sfocature. L'intervallo di tolleranza è maggiore con una risoluzione bassa. Nel caso del tremolio della fotocamera, il problema può essere compensato con uno stabilizzatore d'immagine migliore; nel caso delle sfocature da movimento, rimane solo il tempo di esposizione più breve.

Tuttavia, questo non è uno svantaggio rispetto a una risoluzione inferiore. Perché anche in questo caso, se scali alla stessa risoluzione target, ad esempio UHD, la sfocatura è ugualmente visibile in entrambi i casi.

Conclusione: alta risoluzione nel full frame

I vantaggi di una risoluzione più elevata sono una maggiore flessibilità nella post-elaborazione e un'immagine con maggiori dettagli. Questo vale non solo per lo schermo 8K, ma per qualsiasi schermo su cui effettui lo zoom. I video in 8K sono possibili solo con risoluzioni elevate a partire da 40 megapixel.

Gli svantaggi dei sensori ad alta risoluzione sono una gamma dinamica leggermente inferiore e un rumore dell'immagine leggermente superiore. Quest'ultimo aspetto viene parzialmente compensato con il downscaling. Per molto tempo, anche l'immensa quantità di dati ha causato problemi. Tuttavia, questo non è più un problema nel 2024. Anche le fotocamere ad alta risoluzione sono veloci e resistenti.

Allo stato attuale della tecnologia, preferisco 40 o 50 megapixel in formato pieno a risoluzioni basse come 24 megapixel. Per una fotocamera tuttofare, i vantaggi della risoluzione più elevata superano gli svantaggi. Questo può essere diverso per applicazioni speciali, come dimostrano alcune fotocamere sportive professionali. Sono anche scettico nei confronti dei sensori più piccoli come il formato APS-C. In questo caso, 25 megapixel mi sembrano ancora adeguati.