I bit: ma cosa sono?

    In fotografia digitale si è iniziata ad introdurre nel gergo quotidiano una parola che prima era appannaggio solamente dell'informatica. Questa parola è composta da tre semplici lettere ed è la parola "bit". Ma i bit... che cosa sono???
BIT è l'acronimo di binary digit, ovvero cifra binaria.

Voglio premettere che non entrerò nel dettaglio tecnico matematico del bit in modo approfondito, voglio solamente dare un'infarinatura generale in questa sede, per capire a cosa servono in fotografia.
Come dice la parola stessa sono cifre, cosa che conosciamo già benissimo. In particolare sono cifre binarie, ovvero in base 2. Cerchiamo di capire meglio che vuol dire...

Noi conosciamo già le cifre e sono in particolare 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e la loro combinazione ci permette di scrivere tutti i numeri, ad esempio 1358 o 46 o qualsiasi altro. Questi sono i nostri numeri, quelli che usiamo quotidianamente e sono in base 10, ci sono cioè 10 cifre diverse che possono essere combinate insieme per fare un numero.
La base 2 ne ha solo 2 di cifre, che sono 0 ed 1. Un numero binario quindi è fatto dall'unione di un certo numero di cifre, ad esempio 1101 è un numero binario, che non va letto come "millecentouno" ma come "uno uno zero uno". E senza restare spaventati, si sappia che come noi facciamo i numeri unendo 10 cifre diverse, qua se ne usano 2 sole, combinate come meglio si vuole.

Vabbè, a che servono in fotografia? Beh i bit sono l'unità digitale, ovvero sono l'elemento minimo che permette di scrivere un file digitale. Ecco allora che nella nostra memoria finiscono dei bit ovvero tanti 0 e tanti 1 opportunamente combinati insieme per fare dei numeri. Ma questi bit chi li crea? Dopotutto noi non facciamo altro che fare foto alla luce, che non sembra essere una cosa digitale...

Beh per rispondere a questa domanda dobbiamo iniziare a scavare un tantino all'interno della nostra reflex, chiedendoci cosa ci sia dentro. Sicuramente abbiamo visto com'è fatto lo schema di una reflex, ovvero c'è un obiettivo che fa passare la luce fino al sensore. Ma sto sensore, alla luce, cosa fa?
Il sensore è il primo step della catena di acquisizione in digitale della luce ed è molto importante. Il sensore infatti fa un campionamento della luce. Attraverso dei ricettori di luce infatti, CMOS o CCD che sia, il
sensore è in grado di tradurre l'intensità luminosa in corrente. La situazione quindi è questa: da una certa intensità di luce si passa ad una certa intensità di corrente. Il sensore "si carica" quindi non appena la luce lo raggiunge.

Se abbiamo detto che la corrente prodotta e la luce arrivata sul sensore sono collegate tra di loro, allora sicuramente nella corrente in qualche modo sono "nascoste" le informazioni sulla luce arrivata: dove sarà più intensa sarà arrivata più luce e vice versa.

Sarebbe allora utile riuscire a "leggere" questa corrente, per capire quale tipo di luce sia arrivata sul sensore stesso con la foto che abbiamo scattato. Per far questo occorre passare al secondo step della catena di acquisizione che è incredibilmente importante: il convertitore analogico-digitale. La luce per ora non è stata ancora digitalizzata, è stata "tradotta" in corrente dal sensore e basta, non abbiamo ancora parlato di bit.
Lo facciamo ora però, quando cioè leggiamo la corrente del sensore, generata dalla luce che lo ha colpito. Il cnvertirore A/D (analogico-digitale) è lo strumento che ci permette di digitalizzare la corrente, traducendo la sua ampiezza, che può assumere qualsiasi valore (più precisamente un infinito numerabile di valori), in bit.
Questo convertitore agisce in questo modo, per una data intensità di corrente in ingresso (quella letta dal sensore) scrive un numero binario corrispondente. Quindi ad esempio per una certa intensità di corrente il convertitore scriverà 1001, per un'altra scriverà 1100, per un altro ancora scriverà 0001.

Eh, ma che vuol dire sta roba? Beh innanzi tutti bisogna pensare che come per i numeri "nostri", ovvero quelli in base 10 cui siamo abituati, ci sono numeri più grandi di altri, quindi 0001 è il numero più piccolo tra quelli scritti prima, poi c'è 1001 e poi c'è 1100. Chiariamo meglio, prendendo 3 bit e vediamo dalla più piccola alla più grande quanti numeri si possono scrivere:
000
001
010
011
100
101
110
111

Sono 8 i numeri che si possono scrivere con queste combinazioni e come vedere ci sono gli 1 in posizioni sempre più a sinistra, man mano che il numero sale di una unità.
Ora torniamo al nostro convertitore A/D e andiamo a vedere come scrive questi numeri. Beh, immaginando di essere sempre a 3 bit, per un'intensità nulla, quindi per una zona nera, che non trasmette luce, il convertitore scriverà 000 (equivalente al nostro 0), per un'intensità leggermente maggiore scriverà 001, poi scriverà 010 per una ancora più grande e così via per intensità sempre maggiori, fino al valore massimo 111.
Questo convertitore che abbiamo descritto è un convertitore a 3 bit, ovvero è in grado di tradurre in numeri digitali di 3 cifre, con tutte le combinazioni possibili, la corrente che prende in ingresso.

I convertitori che oggi sono presenti sulle reflex digitali sono a 12 o anche 14 bit, ovvero questo significa che il convertitore è in grado di tradurre in numeri a 12 o 14 cifre binarie la corrente che esce dal sensore. Questa abbondanza di cifre è un bene o no? Capiamolo insieme...

Partiamo dalla luce che entra nella reflex quando scattiamo. Sicuramente avremo il nero puro e il bianco puro che sono gli estremi della nostra luce, quindi il sensore emetterà un'intensità di corrente minima e massima, rappresentative del bianco e del nero. Come pensate che verranno tradotte dal convertitore? Beh se ci fermiamo per comodità a 12 bit, il nero sarà rappresentato dal numero binario: 000000000000, mentre il bianco sarà rappresentato dal numero 111111111111. Tra questi due estremi esistono una quantità di numeri molto grande, ad esempio esiste il numero 101011001101 oppure il 000111000111 e così via, tutti quanti compresi sempre tra il nero ed il bianco.
Che differenza c'è allora col convertitore a 3 bit? Abbiamo detto che c'è un minimo ed un massimo di luce, quindi il convertitore a 3 bit scriverà per l'assenza di luce il numero 000, mentre per il bianco il numero 111. Tra bianco e nero ci sono altri 6 numeri possibili, quindi possiamo dire che il convertitore a 3 bit divide in totali 8 fette la luce che arriva sul sensore tra il nero ed il bianco.
Un convertitore invece a 12 bit divide la luce tra il nero ed il bianco in ben 4096 valori diversi in uscita.

E questo che significa all'atto pratico? Beh immaginate che la luce in natura varia in modo continuo, ovvero è una cosiddetta grandezza analogica. La luce può assumere infiniti valori di intensità, in modo assolutamente libero, mentre dal convertitore A/D escono solamente alcuni valori, che nei nostri esempi sono 8 o 4096.
Questo vuol dire che più riusciamo a suddividere in intervalli la luce che traduciamo in bit, migliore sarà la nostra traduzione, ovvero la nostra conversione.
Facciamo un esempio per essere più chiari. Immaginiamo che il bianco ed il nero siano su un segmento lungo 1 metro. Col convertitore ad 8 bit suddividiamo il metro in 8 parti, col convertitore A/D invece a 12 bit di fettine ne facciamo 4096. Secondo voi quale suddivisione contiene l'errore più piccolo? Beh ovviamente quella da 4096...
Con 8 suddivisioni del metro significa che ogni suddivisione è lunga 12,5cm mentre con 4096 ogni sezione è grande 0,024 cm.
Quindi se arriva in ingresso un valore pari a 1cm o a 3cm o comunque fino a 12,5cm, il convertitore A/D a 3 bit scrive sempre lo stesso numero binario 000, mentre quello a 12 bit scrive due numeri ben diversi tra loro per 1 cm o 3cm o 12,5 cm e quindi il numero è più accurato, perché ha un margine di errore al più di 0,024cm, mentre quello a 3 bit ha un margine di errore di ben 12,5 cm

Se quindi ci mettiamo dopo il convertitore a 3 bit e leggiamo 001 sappiamo che questo numero si riferisce ad una lunghezza compresa tra 12,5cm e 25cm. E' utile secondo voi? Beh è molto poco precisa come stima, mentre se leggiamo 0002000000001 in uscita a quello da 12 bit sappiamo che questo numero si riferisce ad una lunghezza compresa tra 0,024cm e 0,048cm. Decisamente migliore come approssimazione, non credete?

In fotografia quindi a valle di un convertitore a 12 bit esce un'informazione digitale decisamente migliore, cioè con un'approssimazione molto più accurata e quindi la riproduzione in digitale della luce è sicuramente migliore, perché l'errore di conversione è minore. Immaginate cosa sia allora un convertitore a 14bit, come oggi si vedono nelle reflex digitali. Abbiamo ancora più precisione.
La luce quindi nel nostro file digitale sarà migliore, cioè più fedele alla "vera" analogica che abbiamo catturato col sensore.

Per chiudere va detto che tra il sensore e il convertitore analogico digitale c'è un altro pezzo, un amplificatore. Questo pezzo è necessario perché la corrente che esce dal sensore è di intensità molto piccola e quindi per renderla utilizzabile va amplificata.
Ogni amplificatore però si porta dietro sia il segnale utile da amplificare, quindi la corrente, ma anche del rumore. La generazione infatti della corrente all'interno del sensore produce di suo rumore e anche l'amplificazione stessa introduce del rumore. Il rumore è quello che poi si vede sulla foto come grana indesiderata.
Questo amplificatore aumenta l'intensità della corrente tanto più si alza la sensibilità. Alzando cioè la sensibilità, si amplifica di più e ovviamente anche il rumore sarà più evidente, ed ecco spiegato perché al crescere della sensibilità il rumore è maggiormente evidente nella foto.

Tratteremo più avanti l'aspetto più pratico dei bit, ovvero cosa ha senso fare quando si usa il RAW o il JPEG, per ora basti sapere cosa c'è dentro una reflex e l'importanza del convertitore A/D.
Da quanto detto emerge quindi la necessità di avere un sensore che sia il meno rumoroso possibile, ovvero che produca un rumore molto contenuto quando traduce la luce in corrente, al fine di avere un'immagine più pulita. A questo si somma anche la possibilità di avere un convertitore con un alto numero di bit, al fine di avere una digitalizzazione che sia la più accurata possibile.

9 commenti:

  1. Spiegazione più che esauriente! Una sola curiosità: qual è allora il numero di bit ideale? Evitare il rumore è tecnicamente possibile?
    giuseppe

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  2. Ciao Giuseppe e grazie per il commento, sono contento che il post ti sia piaciuto.
    Il numero ideale? Beh quello che dà il miglior compromesso tra tempo di elaborazione, batteria che si scarica e qualità dell'immagine. Un numero ideale non c'è in assoluto, diciamo però che acquistare una macchina in commercio che permetta, ad oggi, di arrivare a 14bit è una mossa furba.
    Più in generale serve prendere la macchina in commercio che abbia il numero più alto
    Evitare il rumore è impossibile se ci sono delle ombre nella scena, ma anche le luci stesse sono rumorose. Lo sono meno delle ombre, ma non sono esenti da rumore...
    La cosa che di può fare è quella di cercare di ridurlo il più possibile

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  3. Ancora una volta ricevo una risposta esauriente e chiara. Complimenti! Ti avrei voluto come maestro di tecnica fotografica sin dall'inizio...ma forse ho ancora tempo per approfittare delle tue notevoli doti didattiche.
    Ciao

    giuseppe

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  4. Giuseppe, sono contento che ti piaccia il materiale su questo blog. Io sono a tua disposizione :) e soprattutto non è mai troppo tardi per sapere qualcosa in più....

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  5. Caro Alessandro, nonostante anni di fotografia analogica e ore e ore di camera oscura, la camera chiara e l'uso dei programmi di post-produzione per il digitale, per me non più giovanissimo, è impresa ardua! Non è mai troppo tardi? Ci vorrebbe un amico paziente e competente:la tua competenza è fuori discussione, l'amicizia, di solito, la si deve conquistare e meritare.
    grazie
    giuseppe

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  6. Alessandro ti chiedo un suggerimento, un consiglio: con quale programma iniziare per imparare a trattare i file RAW? Possibilmente un prodotto non molto coplicato e di facile intuizione (per uno zuccone come me). Si trova qualcosa in rete per un Mac? In alternativa sono disposto ad acquistare però ad un prezzo abbordabile.
    Ti ringrazio e ti saluto.
    giuseppe

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    1. Giuseppe potrebbe fare al caso tuo raw therapy o qualcosa del genere. Premetto che ne ho solo sentito parlare eh, quindi non lo conosco bene, ma puoi provare con quello.

      Fammi sapere come va.

      Ciao

      Alessandro

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  7. Ti ringrazio per il suggerimento di una " terapia ". Spero di essere diligente e volenteroso. Sarà dura. Ti farò sapere. Mi piacerebbe utilizzare Flickr per farti vedere i risultati: ma come si fa? Un tuo prossimo articolo svelerà il metodo appropriato?
    Grazie e cari saluti

    giuseppe

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  8. Giuseppe, flickr è uno strumento molto efficace ma a patto di avere l'account pro. Con l'account normale, gratis, è possibile infatti inserire fino ad un certo numero di foto e poter fare solamente un numero limitato di set (ovvero di album).
    Occorre avere un indirizzo email yahoo, che è gratuito e poi registrarsi seguendo i passi indicati sul sito.

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