Esposizione a destra

           La domanda cui risponderemo in questo post è molto diretta: nella fotografia digitale conviene sottoesporre o sovraesporre? La risposta ce la dà l'elettronica...


Le motivazioni sono legate al funzionamento stesso dell’elettronica a bordo della fotocamera, che riserva un trattamento non uniforme alla luce in ingresso. In particolare si vedrà come le macchine fotografiche digitali trattino meglio le alte luci e penalizzino le ombre, rendendole più rumorose.

La spiegazione necessita di alcuni concetti di elettronica digitale, che verranno esposti in modo didattico e senza alcuna pretesa scientifica, ma solo con lo scopo di far capire al fotografo come influiscano sulla resa finale dello scatto.
L’esposizione a destra risulterà come logica conseguenza proprio del comportamento dell’elettronica di bordo.Cosa significa esporre a destra? Il termine esposizione a destra si riferisce alla tecnica utilizzata in fotografia digitale, che spinge il fotografo ad adottare coppie tempo-diaframma, per una fissata sensibilità, che portino a sovresporre leggermente la foto.
In particolare quando si dice “a destra” ci si riferisce alla parte dell’istogramma che riguarda le alte luci, che per l’appunto sono nella parte destra del grafico. Lavorando con questa tecnica quindi l’istogramma presenterà sempre delle componenti non nulle nelle alte luci.

Per esporre a destra occorre lavorare con l’esposimetro regolato sulla misurazione spot, puntato sulla sorgente più luminosa presente nell’inquadratura. Bisogna quindi andare a cercare, muovendo la fotocamera, i punti più chiari, valutando di volta in volta quale sia quello più luminoso (il più luminoso sarà quello che avrà un tempo di scatto più rapido a diaframma impostato o un diaframma più chiuso per un tempo prefissato). Una volta individuato il punto più luminoso, occorre bloccare l’esposizione con l’apposito tasto fornito sulla fotocamera e ricomporre l’inquadratura.
 Prima di premere il pulsante di scatto occorre aver regolato opportunamente la compensazione dell’esposizione.
Il motivo per cui è necessario compensare l’esposizione è legato al funzionamento dell’esposimetro.
Se infatti seguiamo i passi elencati precedentemente, andando a misurare l’esposizione spot sulla sorgente più luminosa, questa sarà sicuramente sottoesposta dall’esposimetro, che è tarato su un grigio più scuro.
L’esposimetro suggerisce una coppia tempo diaframma per rendere la sorgente su cui lo stiamo puntando, pari al grigio su cui esso è tarato. Se scattiamo quindi senza compensare l’esposizione, la foto risulterà inevitabilmente sottoesposta nel complesso, perché il punto più luminoso lo stiamo rendendo come il grigio su cui è tarato l’esposimetro, che non è certo assimilabile ad una sorgente luminosa (ad es il grigio 18% è piuttosto scuro).

Di quanto compensare allora? In teoria occorre compensare l’esposizione di tanti stop (o frazioni di) quanti ce ne sono di differenza tra il grigio su cui è tarato l’esposimetro e la sorgente su cui si sta misurando.

Certo non è pratico adottare questo principio teorico, quindi nella pratica occorre procedere per errori, fino ad arrivare a prendere confidenza con la macchina fotografica e i diversi contesti, per ottenere il risultato sperato.

Bisogna sottolineare che la compensazione, che è comunque sempre positiva visto che bisogna sovraesporre, cambia da contesto a contesto e da modello a modello di fotocamera. Ad esempio per un cielo sereno o un cielo nuvoloso le compensazioni possono essere diverse; stessa cosa per diversi modelli di fotocamera con sensori e latitudini di posa del sensore diverse. Personalmente ho potuto constatare che la compensazione si aggira su valori che spaziano da +1.0EV a +1.7EVCerto non è pratico adottare questo principio teorico, quindi nella pratica occorre procedere per errori, fino ad arrivare a prendere confidenza con la macchina fotografica e i diversi contesti, per ottenere il risultato sperato. Bisogna sottolineare che la compensazione, che è comunque sempre positiva visto che bisogna sovraesporre, cambia da contesto a contesto e da modello a modello di fotocamera.
Ad esempio per un cielo sereno o un cielo nuvoloso le compensazioni possono essere diverse; stessa cosa per diversi modelli di fotocamera con sensori e latitudini di posa del sensore diverse. Personalmente ho potuto constatare che la compensazione si aggira su valori che spaziano da +1.0EV a +1.7EV.  A questa compensazione, che non fa altro che rispondere al comportamento dell’esposimetro, occorre aggiungere una leggera sovraesposizione (di circa +0.3EV), che permette di sfruttare al massimo la risposta del sensore per le alte luci.

Mediamente quindi, ma da intendersi solo come esperienza personale e non come dato scientifico, il range di valori che attribuisco alla compensazione spaziano da +1.3EV a +2.0EV, a seconda del contesto (ad esempio compensazioni a +2.0EV sono state applicate in contesti di cielo nuvoloso).  Come si può capire in fase di scatto se la compensazione è stata sufficiente? Gli strumenti che si hanno a disposizione sulla fotocamera, permettono di capire se occorre ripetere lo scatto modificando il valore di compensazione?

A seguito dello scatto occorre guardare sul display due informazioni: l’istogramma RGB (è sufficiente questo, ma si può fare anche tramite gli istogrammi per singolo canale) e le informazioni sulle alte luci, che nelle fotocamera Nikon sono evidenziate come lampeggianti. Entrambi questi strumenti infatti ci permettono di capire se abbiamo sufficientemente esposto a destra. Se infatti l’istogramma non arriva fino al limite destro, sicuramente la compensazione non è stata sufficiente e nello stesso caso non si avranno indicazioni di alte luci. Al contrario, se l’istogramma è tutto decisamente a destra e se le informazioni sulle alte luci ci mostrano un display molto lampeggiante, la compensazione è stata eccessiva, sovresponendo troppo. Anche qui non è possibile fornire dei dati precisi su quale sia il limite universale per capire se la compensazione è stata adeguata o no, bisogna imparare a conoscere le risposte delle fotocamera e a leggere le informazioni sul display. Per meglio comprendere la problematica riporto due esperienze personali su due modelli diversi: D70s e D700. Sulla prima fotocamera una foto era accettabile anche se l’istogramma era piuttosto spostato a destra, con la D700 assolutamente no: le luci bruciate sono quasi irrecuperabili. Il fotografo quindi deve prendere confidenza con il proprio istogramma e le informazioni sulle luci bruciate, per capire se lo scatto sarà poi recuperabile.   In questo caso occorre aprire una parentesi importante sul perché le luci che da fotocamera risultano essere bruciate, siano recuperabili. Fondamentale infatti è il formato del file e questa affermazione è valida solo per i file RAW.  Per un file JPEG l’istogramma è veritiero con certezza, dal momento che la foto viene compressa su camera e da questa viene calcolato l’istogramma mostrato dalla macchina stessa.
Per il RAW invece l’istogramma potrebbe non essere veritiero. Bisogna infatti specificare che per il formato RAW non esiste istogramma, ma l’istogramma che viene visualizzato a seguito dello scatto è ottenuto da una conversione JPEG fatta su camera dello scatto. Ovviamente questa conversione introduce delle perdite, essendo lossy la compressione JPEG, che possono far passare per bruciate, ad esempio, alcune luci che bruciate non sono. La conversione su camera quindi non è affatto quella che verrà fatta in camera chiara e inoltre molti programmi difotoritocco permettono di recuperare le alte luci bruciate (ad esempio Photoshop CS3 incorpora il parametro “Recupero” in Camera RAW che permette di salvare alcune luci). Ovviamente come si diceva prima, tutto dipende dal modello, perché, tornando ai due modelli citati, con D70s l’istogramma non era veritiero e bisognava veder bruciare un bel po’ di luci, su D700 quello che viene segnalato come bruciato è effettivamente tale.   Tornando all’esposizione a destra allora si può riepilogare nei seguenti passi questa tecnica:
1. Impostare su SPOT l’esposimetro
2. Impostare una compensazione d’esposizione opportuna al contesto e alla fotocamera
3. Cercare la sorgente più luminosa presente nell’inquadratura, misurandovi l’esposizione
4. Bloccare l’esposizione
5. Ricomporre l’inquadratura e scattare
6. Valutare da istogramma e luci bruciate se la compensazione dell’esposizione è stata eccessiva o scarsa.


Bisogna chiarire un importante aspetto e cioè che lo stesso identico risultato può essere ottenuto anche lavorando con gli altri metodi di esposizione, ovvero misurando la luce in Semi Spot o Multizona (Nikon lo chiama Matrix). L'importante è sempre quello di ottenere l'istogramma verso destra. Lo spot aiuta a capire il funzionamento della tecnica dal momento che si riferisce ad un punto, ma il concetto vale sempre e comunque.
Sta al fotografo scegliere qual è il metodo che trova il più comodo ed usarlo per ottenere un istogramma spostato a destra.

[b]Elementi elettronici di una macchina fotografica digitale[/b]
L’acquisizione e l’elaborazione della luce in una fotocamera digitale vede coinvolti diversi attori, o meglio componenti, ognuno implicato in una particolare funzione.  Uno schema può essere riepilogato come di seguito: I diversi componenti effettuano tutte le operazioni necessarie per completare la digitalizzazione della luce, che è un segnale analogico. Brevemente, un segnale analogico è una qualsiasi grandezza, per noi luce, che varia con continuità, senza “salti” e che può assumere un infinito range di valori. Questo segnale deve essere digitalizzato e diventare per l’appunto un segnale digitale. Per effettuare questa operazione bisogna prima realizzare il teorema del campionamento, che riduce il set di valori che può assumere il segnale in ingresso ad un infinito numerabile di valori, ovvero si creano i campioni del segnale. Questi verranno mandati in pasto al convertitore analogico-digitale, che tirerà fuori il segnale digitale.

Il teorema del campionamento viene effettuato dal sensore, che acquisisce i fotoni presenti nella luce in ingresso e ne crea, con i suoi fotositi, i campioni.
I campioni sono un infinito numerabile di elementi, ovvero elementi che possono assumere qualsiasi valore, ma non variano con continuità e si possono contare. Dal sensore, CCD o CMOS che sia, esce una corrente di intensità direttamente proporzionale all’intensità luminosa che ha colpito ogni fotosito. Questa corrente è di intensità comunque ridotta e deve necessariamente essere amplificata per poterla digitalizzare con il convertitore analogico- digitale (ADC – Analog to Digital Converter).
L’amplificazione è tanto più forte quanto più è l’impostazione ISO che si è scelta su camera. Occorre fare una doverosa osservazione sull’amplificazione, per spiegare come mai, all’aumentare della sensibilità, aumenta il rumore sulla foto finale. L’amplificatore non fa altro che prendere un segnale in ingresso e ne aumenta il valore in uscita di un opportuno fattore. Nel caso della reflex l’amplificatore riceve la corrente che esce dal sensore e la amplifica. Cosa comporta questo?
Questo implica che se la corrente che esce dal sensore, contenente i campioni della luce arrivata su di esso scattando la foto, contiene del rumore, anche quest’ultimo verrà amplificato. Generalmente il rumore è inferiore per intensità alle informazioni fotografiche, ma amplificando sempre di più la corrente, si finisce per fargli raggiungere un’intensità tale per cui sia visibile sulla foto.
Risulta quindi evidente come lavorando a ISO200 si abbia una certa figura di rumore (ovvero del rumore visibile sulla foto), che sarà molto minore di quello che si vede a ISO1600, che implica un amplificazione maggiore della corrente uscita dal sensore (che contiene anche il rumore). Risulta altrettanto vero allora che molto dipende da quanto rumore produce il sensore. Generalmente i CMOS sono migliori perché oltre ad essere elettronica fredda, non vengono letti in modo seriale come i CCD e quindi permettono di ottenere foto più pulite.  Tornando alla catena che porta a scrivere su supporto di memoria una foto, arriviamo all’ADC, che ricopre un ruolo molto importante: a valle dell’ADC infatti avremo un segnale digitale.
La digitalizzazione di un segnale è un’operazione lineare e con perdita. Per comprendere l’operato di un ADC occorre introdurre i cosiddetti bit (binary digit). I bit sono gli elementi principali di ogni grandezza digitalizzata e sono cifre in base 2.  Non spaventi questa dicitura, dal momento che come esseri umani siamo molto familiari con le cifre in base 10, che non sono altro che: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Tutti noi sappiamo scrivere i numeri, composti come due o più cifre affiancate. In particolare quando arriviamo al 9, tutti sappiamo scrivere il numero 10, che viene ottenuto aggiungendo una cifra (il 9 è una cifra sola, 10 contiene l’1 e lo 0) e in particolare si mette uno 0 al posto più a destra e un 1 al posto di sinistra. Cosa analoga quando arriviamo a 99, infatti per scrivere 100 non facciamo altro che mettere due 0 a destra e un 1 a sinistra, ecc ecc. La base due, ovvero la base usata dai bit, fa la stessa cosa, ma con solamente due cifre: 0, 1. In base 2 allora si scriverà sempre il numero 10, ma non sarà da leggersi come “dieci”, piuttosto come “uno, zero” e che corrisponde al decimale 2. Il numero 10 (sempre “uno, zero”) in base 2 è un numero a 2 bit, come si può facilmente dedurre.Digitalizzare un segnale, per noi la corrente che esce dal sensore, significa scriverlo in cifre binarie, ovvero in bit e questo è compito dell’ADC. Il convertitore è caratterizzato da un numero di bit cui lavora, che nelle reflex più recenti sono arrivati a 14 (in altri modelli sono 12).

Questo significa che il convertitore prenderà la corrente in ingresso e ne tirerà fuori, per ogni campione, un numero in base 2 a 14 cifre, direttamente proporzionale al valore del campione, che a sua volta è direttamente proporzionale all’intensità della luce che è arrivata sui fotositi del sensore.

Ogni volta che si digitalizza un campione si introduce un errore, detto errore di quantizzazione. Come detto precedentemente infatti la digitalizzazione è un’operazione con perdita. Vediamo da cosa dipende l’errore, rappresentando graficamente una digitalizzazione a 3 bit di un segnale qualsiasi, come in figura:

Nella figura precedente abbiamo il segnale in ingresso, da digitalizzare, costituito da una retta e i cui valori saranno da cercarsi sull’asse delle ordinate (quello verticale) e saranno un infinito numerabile; in asse delle ascisse invece abbiamo i valori che assumerà il segnale a seguito della quantizzazione a 3 bit, che come si nota sono solamente 8 e sono tutti numeri binari a 3 cifre. Si vede come il segnale in uscita non rispecchi esattamente il segnale in ingresso, visto che avrà solamente 8 valori diversi. Il segnale digitalizzato è stato fatto a fette e dalla figura seguente si vede dove si introduce l’errore:
I valori a e b del segnale in ingresso sono entrambi resi nel segnale in uscita come 011, nonostante questi siano effettivamente due valori diversi. Questo è l’errore di quantizzazione: digitalizzando un segnale, che viene rappresentato con un set discreto di valori.

Facciamo un altro esempio, considerando i numeri. Prendiamo i numeri 1 e 2 e supponiamo di rappresentare solo con questi numeri tutti i decimali tra loro contenuti, approssimando per eccesso dal valore 1,5 e per difetto fino all’1,49.
Per noi quindi il numero 1,3 sarà scritto come 1 e il numero 1,5 sarà scritto come 2. Non stiamo facendo altro che introdurre anche noi un errore di quantizzazione, perché se per noi 1,5 è scritto come 2, stiamo rappresentando il numero con uno 0,5 di errore. Questo è il nostro errore di quantizzazione.
Cosa si può fare per l’errore di quantizzazione? Come si può ridurlo? Partendo dal fatto che è inevitabile, l’unica cosa da fare è quella di aumentare il numero di bit, in modo tale che le fette siano molte e fitte e il segnale sia reso meglio, con maggiore precisione.   Cosa comporta scattare a 14 bit?
Quando si lavora a 14 bit si ottengono foto qualitativamente migliori di foto a 12 bit. Utilizzare infatti 14 bit, in base a quanto detto, ci mette in condizioni di ottenere errori di quantizzazione minori. Ma questo beneficio si applica a tutta la foto in maniera uniforme? La risposta è no. A prescindere infatti dal numero di bit che si usa, la macchina fotografica digitale riserva un trattamento migliore alle luci e peggiore alle ombre. Cerchiamo di capirne il motivo.  Lavorando con una macchina a 14 bit si avranno 2^14 fette diverse, ovvero 16384 fette diverse in cui viene fatto il segnale.

Ma come possiamo rapportare gli stop a queste 16000 e più fette? I fotografi sono abituati ad usare gli stop per misurare l’esposizione e se quindi fosse possibile identificare una relazione che lega questa unità di misura al comportamento dell’ADC si potrebbe definire una regola che permetta di sfruttare al meglio il convertitore.Ragionando sulla definizione dello stop, sappiamo che due stop successivi sono separati da un fattore 2 o ½ a seconda che si consideri il precedente o il successivo.
Ma abbiamo altrettanto visto che anche i bit sono in base 2 e moltiplicando per 2 un numero binario, si aggiunge una cifra nel numero stesso (01 x 2 = 10). Allora spostiamo gli stop sul nostro ADC e vediamo cosa succede. Partiamo dallo stop più luminoso, quello che per intenderci contiene anche il bianco.
Il bianco, che è per l’appunto il valore massimo di luminosità che arriva sul sensore sarà rappresentato inevitabilmente dal valore massimo del convertitore, che essendo a 14 bit è pari a 11111111111111, e per gli altri valori di luminosità? Come viene trattata la luce che arriva sul sensore e che è sempre contenuta in questo stop? Dopotutto fino a quando la luce non diventa la metà siamo sempre nello stesso stop.

La luce contenuta nello stesso stop del bianco viene rappresentata con tutti quei valori binari compresi tra il massimo: 11111111111111, e il massimo diviso 2, ovvero 01111111111111 escluso, per un totale di 8192 valori diversi, ovvero 8192 fette diverse (contare per credere). Riepilogando, i valori dello stop più luminoso spazieranno nel seguente intervallo chiuso [11111111111111; 10000000000000], in cui i valori estremi sono compresi. 
Possiamo allora ottenere un primo risultato: lo stop più luminoso, contenente il massimo dell’intensità luminosa che arriva sul sensore, viene digitalizzato con 8192 valori (fette) diversi.  Passiamo allo stop immediatamente sotto. Cosa accade per questo stop?
 Beh la risposta è semplice, i valori ad esso riservati andranno da 01111111111111 a 01000000000000 e quindi avremo 4096 valori (fette) diversi per questo stop. Per lo stop ancora sotto, avremo valori da 00111111111111 a 00100000000000 e quindi avremo 2048 valori (fette) diverse.  Possiamo allora formulare il seguente enunciato: ad ogni stop che arriva sul sensore viene riservato un numero di bit significativi che si dimezza al decrescere dell’intensità luminosa del singolo stop.  E se invece di lavorare a 14 bit lavorassimo a 12 bit, cosa cambierebbe? I conti sono molto semplici da fare e si avrebbe che per lo stop più luminoso, verrebbero riservati valori (fette) da 111111111111 a 100000000000, ovvero 2048 valori diversi. Facendo il confronto con quanto visto a 14 bit, dove avevamo 8192 valori diversi, si nota come a 12 bit si abbia una risoluzione inferiore di ben 4 volte.
Cosa simile accade per gli altri stop.  Da quanto esposto possiamo dedurre i seguenti risultati:
1. Lavorare a 14 bit permette di avere una rappresentazione migliore del segnale digitalizzato, rispetto ai 12 bit;
2. Ogni stop via via più scuro viene digitalizzato con un numero sempre minore di bit e quindi viene reso con maggiore rumore  le luci vengono trattate meglio dalla fotocamera digitale rispetto alle ombre;
3. In fase di scatto, se si include il bianco nella foto, si ottiene una foto meno rumorosa di una che non lo comprenda.

Bisogna fare molta attenzione a non confondere l’operato del convertitore analogico-digitale con la latitudine di posa del sensore.

Infatti il numero di bit del convertitore non influenza assolutamente questo parametro, che si lavori a 12 o 14 bit le caratteristiche del sensore non cambiano.

Il sensore registra la luce con la sua latitudine di posa e successivamente quanto registrato viene mandato al convertitore. Come influisce in questo l’esposizione a destra?

Dai 3 risultati precedentemente elencati si comprende facilmente come l’esposizione a destra trovi significato ed applicazione, dal momento che includendo il massimo della luminosità possibile (appunto il bianco) si ottiene una foto qualitativamente migliore.

L’esposizione a destra vale a prescindere dal numero di bit con cui si lavora, siano essi 12 o 14, dal momento che comunque lo stop più luminoso riceve un trattamento migliore in termini di digitalizzazione.
In cosa si manifesta la minore qualità, se non si include il bianco nella foto, ovvero sottoesponendo? Il risultato è da cercarsi nelle ombre, che appariranno maggiormente blocchettate, come se si trattasse di artefatto di compressione eccessiva JPEG.
Molto spesso viene sollevata l’obiezione sul fatto che lavorando con l’esposizione a destra, bruciando leggermente le luci, queste siano irrecuperabili e quindi sia meglio sottoesporre, salvando tutto e poi recuperare l’esposizione in camera chiara.
In parte si è già confutata questa affermazione, dimostrando come il trattamento riservato agli stop più luminosi sia migliore, ma si possono anche aggiungere diverse considerazioni:
1. schiarire, quindi recuperare la sottoesposizione, in fase di fotoritocco, comporta un aumento del rumore dell’immagine; scurire invece non comporta alcun rumore aggiuntivo;
2. i programmi di fotoritocco oggi permettono di recuperare con un certo margine le luci bruciate;
3. utilizzando lo spazio di colore ProPhotoRGB in fase di postproduzione è possibile ulteriormente recuperare le luci.

Si ricorda che tutto quanto esposto è valido per foto scattate in formato RAW.  Circa il punto 3 precedente, che merita una trattazione adeguata, invito il lettore a fare il seguente tentativo:
si apra una foto in Adobe Camera RAW con spazio di colore sRGB e si noti l’istogramma. Successivamente si modifichi, sempre in Camera RAW lo spazio di colore in ProPhotoRGB e si noti come cambia l’istogramma, recuperando diverse luci.

















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