3 commenti

La fotocamera negli smartphone [guida]: tutti i parametri di confronto

di del 27/04/2012
 

smartphone fotocamera La fotocamera negli smartphone [guida]: tutti i parametri di confronto

La fotocamera in uno smartphone: tutti i parametri di confronto

Raramente si scattano foto con lo smartphone con lo scopo di catturare i momenti più importanti di una vacanza o di un evento particolare. Il suo utilizzo infatti è riservato agli scatti occasionali mirati ad una spensierata condivisione sui social network o è dettato da una particolare necessità del momento. La qualità delle foto realizzate con gli smartphone è ancora distante dalla qualità offerta dalla maggioranza delle compatte digitali, anche se il divario si sta assottigliando.



Prima di addentrarci nel confronto tra le fotocamere degli smartphone di fascia alta e cercare di individuare lo smartphone con la fotocamera migliore ci poniamo la seguente domanda: quali sono i fattori che determinano la qualità di una fotocamera in uno smartphone?

Risoluzione

Sono ancora molti a pensare che sia il numero di pixel a fare la differenza, complice la spinta del marketing nell’evidenziare la risoluzione di un sensore. In realtà il numero dei pixel è solamente un indice di quanto può essere grande una stampa digitale senza pregiudicare la qualità della foto. Cosa significa?

Prendiamo ad esempio la fotocamera da 5 Megapixel del Samsung Galaxy Nexus: non è tra le migliori, anzi è stata anche piuttosto criticata (anche da noi nella nostra recensione completa, lo ammettiamo). Ma la ragione non è di certo nei 5 megapixel contro gli 8 megapixel di molti smartphone di fascia alta, come il Galaxy S2.

La fotocamera del Galaxy Nexus consente foto con risoluzione 2592 x 1944 pixel. Ora la risoluzione grafica di un monitor è di 72 dpi (Dot per Inch, punti per pollice), 300 dpi per le stampanti laser, e 1200 dpi per le stampanti ad alta definizione. Prendiamo come esempio i 300 dpi di una stampante laser, che equivalgono, una volta effettuata la conversione pollice-cm (1 pollice = 2.54 cm), a 300/2.54=118 punti/cm, da cui si deduce che la fotocamera del Galaxy Nexus sarà in grado di produrre stampe di qualità fotografica pari a: 2592/118=21,96cm e 1944/118=16,47cm. Questo vuol dire che un ingrandimento a 20 x 30 non pregiudicherà la qualità in maniera sensibile.

Insomma, servono davvero tutti questi pixel in una fotocamera?

Come se non bastasse, maggiore è la risoluzione maggiore sarà, a parità di velocità di trasmissione, la quantità di dati da trasferire al processore di elaborazione dell’immagine (image processor) e di conseguenza anche il tempo necessario nel trasferimento dei dati.

In quest’ottica, ha senso esaltare la tecnologia PureView da 41 Megapixel con cui Nokia ha stupito all’ultimo Mobile World Congress di Barcellona? Si, perchè le qualità della fotocamera del nuovo smartphone di Nokia vanno aldilà del numero di pixel del sensore, dato che sono concentrate nel processo di oversampling che punta a garantire una qualità dell’immagine maggiore su immagini a risoluzione minore. In altre parole l’obiettivo è quello di aumentare la sensibilità di un dato pixel facendo in modo che sia il risultato di un gruppo di pixel.

La tecnologia PureView inoltre consente lo zoom fino a 4X (5/8 megapixel della superficie del sensore) senza perdere in qualità e rifinitura dei dettagli. In questo caso si perde il vantaggio del sovracampionamento, ma è in grado di offrire, in condizioni di massimo zoom, una qualità pari a quella di uno smartphone senza zoom digitale.

Sensore

La qualità di una fotocamera passa inevitabilmente attraverso la qualità del sensore, responsabile della conversione del segnale luminoso in segnali elettrici che vengono amplificati, convertiti in digitale, ed elaborati dal processore di immagine, che li rende compatibili con il formato e li immagazzina in una memoria a stato solido.

Recentemente vi abbiamo parlato di smartphone con sensori retroilluminati (BSI, Backside Illumination), come la serie HTC One o l’ iPhone 4S, o ancora l’eccellente sensore Exmor R del nuovo Sony Xperia S (leggi la recensione completa), che aumenta la quantità di luce catturata migliorando le prestazioni in condizioni di bassa luminosità.

Qual’è la differenza tra un sensore retroilluminato e uno tradizionale ad illuminazione frontale? La struttura. Infatti nel caso di sensore CMOS ad illuminazione frontale, il livello delle connessioni metalliche e dei transistor sulla superficie del substrato di silicio posizionato è posto al di sopra del livello dei fotodiodi, ovvero l’area fotosensibile causando una parziale perdita della luce per riflessione.

La struttura retro-illuminata invece, dove le connessioni metalliche e i transistor sono posti al di sotto del livello dei fotodiodi, non sono minimizza la sensibilità alla risposta dell’angolo ottico ma incrementa la quantità di luce catturata da ogni pixel, grazie all’assenza di ostacoli, dato che la circuiteria è posta dalla parte opposta del substrato di silicio.

BSI vs illuminazione frontale La fotocamera negli smartphone [guida]: tutti i parametri di confronto

I sensori retroilluminati sono però associati a noti problemi di rumore, corrente oscura (dark current, ovvero un flusso di corrente non nullo anche quando nessuna radiazione incide sul rivelatore, a causa dell’energia termica) che causano un decremento del rapporto segnale/rumore. Per ovviare a questi problemi la straordinaria esperienza di Sony nel campo dell’imaging ha portato alla realizzazione di una struttura del fotodiodo e di lenti on-chip ottimizzate per la struttura retroilluminata, con un sensibilità più elevata di 6dB e un rumore casuale di 2dB inferiore rispetto alla struttura ad illuminazione frontale, oltre a tecnologie avanzate volte a garantire una maggiore fedeltà dei colori. Il risultato non è quindi solo nella riduzione della perdita di luminosità ma anche nell’incremento della sensibilità alla luce e nella riduzione del disturbo.

Altro fattore che influisce sulla qualità del sensore sono le dimensioni del sensore stesso. Perchè un sensore deve essere grande? Perchè a parità di pixel, più è grande il sensore e più è grande anche la dimensione fisica di ciascun pixel, risultando quindi più sensibili e meno affetti dal rumore. E’ questo un altro motivo per cui il numero di pixel non è un parametro di valutazione di una fotocamera. Maggiore infatti è il numero di pixel, maggiore deve essere la grandezza del sensore al fine di garantire un’elevata sensibilità di ciascun pixel.

Generalmente sensori di dimensioni fisiche maggiori garantiscono una qualità superiore rispetto a quelli dimensioni inferiori ma se andiamo a confrontare sensori delle stesse dimensioni (a parità di risoluzione) troveremo differenze nella qualità delle immagini che riescono a produrre. Vi sono infatti altri fattori di merito come la gamma dinamica, ovvero l’ampiezza dell’intervallo di luminosità dal minimo rilevabile al massimo (saturazione) o la capacità del sensore di non produrre artefatti derivanti da interferenze fra i pixel;

Insomma il consiglio è quello di non fidarvi delle specifiche di un sensore: il miglior modo per valutare la fotocamera in uno smartphone è quello di confrontare foto scattate da fotocamere differenti nelle stesse condizioni di luce.

Ottica

Si è parlato molto dell’ottica a 5 lenti dell’ iPhone 4S. Aldilà del numero delle lenti, della posizione e delle dimensioni, a fare la differenza è la qualità e la trasparenza (o meglio nitidezza) delle lenti. Alcune lenti ad esempio subiscono particolari trattamenti anti-riflesso che possono alleviare alcuni effetti spiacevoli come il purple-finging o il flare, fenomeni questi che si manifestano soprattutto controluce. Il primo riguarda un’aberrazione cromatica che consiste in un alone sfocato di colore variabile (delle lunghezze d’onda più corte) risultante su tutti i lati di un oggetto molto luminoso.

Il secondo fenomeno si riferisce ai riflessi a forma di poligoni o linee dovute ad un’errata diffrazione della luce all’interno del gruppo ottico. In tal senso il sistema di ottiche dell’iPhone 4S sembra produrre molti meno “flare” rispetto all’iPhone 4, proprio grazie ad una migliore diffrazione della luce per merito della lente aggiuntiva.

In generale comunque il sistema di ottiche è spesso sottovalutato, nonostante la qualità delle lenti sia fondamentale nella presenza o meno di eventuali imperfezioni nella foto finale. Questo perchè solitamente, soprattutto negli smartphone (ad eccezione dell’iPhone 4S che ne ha fatto un cavallo di battaglia), sono pochissimi i dettagli che vengono rilasciati dai produttori sulla qualità delle lenti. Sicuramente vi sarà familiare il nome Carl Zeiss, garanzia di qualità in ambito delle lenti, ed evidenziato da Nokia nel pubblicizzare la fotocamera dei propri smartphone.

Non è da sottovalutare infine la tendenza delle lenti a sporcarsi. La presenza di sporco sulla lente causerà infatti una riflessione anomala della luce. E’ difficile valutare a priori, solamente tramite un’ispezione visiva, l’eventuale tendenza delle lenti a sporcarsi o meno.

Apertura

Parliamo ora dell’apertura di una fotocamera. Quante volte avete visto nelle nostre recensioni citare l’ apertura nella descrizione delle caratteristiche della fotocamera di uno smartphone  f/2.8, f2.4, f2.0 ecc..)? Cosa si intende?

Anzitutto con il termine apertura, intendiamo l’ apertura del diaframma, che controlla la quantità di luce che raggiunge il sensore durante il tempo di esposizione, ovvero nel tempo in cui l’otturatore resta aperto. In particolare con il numero che segue la “f” si esprime il rapporto focale, ovvero il rapporto tra la lunghezza focale dell’obiettivo e il diametro dell’apertura del diaframma. Questo vuol dire che minore è il valore di f maggiore l’apertura del diaframma, consentendo ad una maggiore quantità di luce di incide sul sensore. Ma l’apertura del diaframma non controlla solamente la luminosità dell’immagine, ma anche l’ampiezza del campo visivo.

Questo vuole dire che con un’apertura f/2.0 rispetto all’apertura f/2,8 solo la zona che mette a fuoco il soggetto risulta nitida, mentre il resto risulterà leggermente sfocato. Ad aperture inferiori però corrispondono anche tempi di esposizione più lunghi con il rischio di ottenere la classica foto “mossa”.  Con un’apertura f/2.8 otteniamo una foto leggermente più nitida nel complesso, che riduce le distorsioni lungo i bordi delle immagini.

Flash: dual-LED vs Flash allo Xenon

In scarse condizioni di luce o in ambienti bui è fondamentale la qualità del Flash nella riuscita di una buona foto. La presenza del Flash non è ancora così ovvia negli smartphone moderni. Solo per fare qualche esempio è assente nel Samsung Galaxy S, nel Galaxy S Plus e nel Galaxy Mini 2. Si è parlato spesso del confronto tra Flash dual-LED e Flash allo Xenon ma il confronto è impari. Il secondo ha capacità nettamente superiori nell’illuminare la scena, consentendo anche tempi di esposizione più brevi. Di contro il Flash allo Xenon ha costi di produzioni più elevati, oltre ad avere un impatto sulla batteria decisamente più importante, ed è per questo che raramente gli smartphone ne sono dotati. L’eccezione è rappresentata dal Nokia N8 ( i nuovi Lumia invece non ce l’hanno).

Impostazioni dell’applicazione camera

Importante nel valutare la qualità della fotocamera di uno smartphone anche le impostazioni dell’applicazione camera. Ovviamente non stiamo parlando di una reflex e quindi non vi è molto spazio alla fantasia, ma sia l’iPhone che gli smartphone Android di fascia medio-alta consentono di impostare il fuoco, il bilanciamento dei colori, l’esposizione e l’ ISO. Cosa si intende per ISO?

ISO è l’indice della sensibilità alla luce. Maggiore è il valore ISO impostato, minore la luce necessaria per scattare la foto. Di contro però la foto risulterà più granulosa, con un’evidente abbassamento della qualità generale. La regolazione dell’ ISO consente ad esempio di fare in modo che la foto di un oggetto in movimento non venga “mossa”, diminuendo i tempi di esposizione ma aumentando l’ISO.

Molti smartphone hanno inoltre la modalità notturna, che consiste essenzialmente nell’aumentare i tempi di esposizione, consentendo di catturare una maggior quantità di luce. Anche qui la qualità si abbasserà inevitabilmente. Inoltre con i tempi di esposizione lunghi, sarà fondamentale avere una mano ferma.

Hardware e software

Parlando della fotocamera di uno smartphone non possiamo non considerare il processore per l’elaborazione di immagine, che riceve i segnali elettrici amplificati e convertiti in digitale dal sensore e li rende compatibili con un formato (es. jpeg), per poi memorizzarli. E’ quello che controlla la velocità di scatto di una foto in uno smartphone ma anche quello che determina i tempi di avvio dell’applicazione camera.

Qui non possiamo non citare il nuovo HTC ImageChip, presentato all’ultimo MWC 2012, e di cui è dotata la serie HTC One, che tra i vantaggi annovera la straordinaria velocità di avvio della fotocamera (meno di 1 secondo messa a fuoco compresa).

In definitiva sono moltissimi i parametri che determinano la qualità di una fotocamera di uno smartphone e di certo le numerose campagne di marketing volte ad esaltare le qualità della fotocamera sotto aspetti diversi non aiutano. Nokia stupisce con la risoluzione (i 41 megapixel della tecnologia PureView) e con le lenti Carl Zeiss, HTC esalta le capacità del suovo ImageChip, mentre Apple punta alla superiorità dell’ottica a 5 lenti.

Quale tra queste sarà in grado di fare foto migliori? L’unico modo per scoprirlo è fare un confronto mirato tra gli scatti effettuati con le diverse fotocamere.

avatar1 La fotocamera negli smartphone [guida]: tutti i parametri di confronto

Hiroshi Andrea

Appassionato di tutto il mondo della tecnologia e dell'elettronica, soprattutto consumer. Sogna di non aver più bisogno di dormire per riuscire a dedicare il giusto tempo alle proprie passioni.

Leggi tutti gli Articoli

  • Massimo Magnani

    peccato che nessun produttore metta fra le specifiche di una fotocamera…….il materiale con cui son fatte le lenti….che è il dato più importante, se sono di vetro, in genere le foto sono molto nitide e simili alla realtà, se sono di plastica(come credo quasi il 100% degli smart) LE FOTO SARANNO SEMPRE MOLTO LONTANE DALLA MASSIMA NITIDEZZA E DALLA REALTA’, SI VEDE CHE SONO PLASTICOSE

    • psychok9

      Io ho visto tante, troppe fotocamere digitali compatte… fare foto davvero pessime (almeno da quel che ho visto nei siti di fotografia…).

  • Pingback: ⇒ Nokia Lumia 1020 e Camera Grip: la recensione completa del Camera-phone » Tecnologici.net