Megapixel: cosa sono e quanto contano davvero

Il termine Megapixel rappresenta uno dei valori con cui vengono descritti fotocamere e sensori fotografici. Ma quanto davvero contano i Megapixel nelle fotocamere digitali?

Parlando di fotografia digitale alcuni utenti sono ancora oggi impressionati in positivo quando si trovano dinanzi a elevati valori in termini di Megapixel. In realtà i Megapixel non hanno direttamente a che fare con la qualità delle foto: ad avere invece grande importanza sono l’ottica e la qualità del sensore RGB che equipaggiano il dispositivo fotografico. Ne parleremo più nel dettaglio nel seguito del nostro articolo.

Una volta sarebbe stato poco plausibile. Invece oggi il software insieme con gli algoritmi di intelligenza artificiale per l’ottimizzazione delle immagini stanno guadagnando sempre maggiore “voce in capitolo”. L’abbiamo visto nell’articolo in cui spieghiamo come evitare foto mosse o sfocate usando lo smartphone.

Cosa sono i Megapixel

Il pixel è l’unità minima convenzionale della superficie di un’immagine digitale. I pixel che compongono un’immagine si allineano a formare una griglia rettangolare: la loro dimensione e densità è variabile ma il loro accostamento permette di ottenere la percezione di un’immagine unica.

Partendo dalla risoluzione in pixel delle foto che si producono con un dispositivo, è possibile risalire immediatamente ai Megapixel della fotocamera. Ad esempio, se le immagini hanno risoluzione pari a 4000×3000 pixel, effettuando la moltiplicazione si sa che esse sono composte da 12 milioni di pixel ovvero 12 Megapixel.

Il sensore fotografico e l’acquisizione dell’immagine

Il sensore fotografico di uno smartphone è un dispositivo che acquisisce la luce in ingresso attraverso l’obiettivo e produce un’immagine digitale. La superficie di un sensore contiene milioni di fotoricettori: sono sovrapponibili al concetto di pixel e sono responsabili della cattura della luce. I fotoni catturati da ogni fotoricettore, sono interpretati come un segnale elettrico. L’intensità di questo segnale varia a seconda del numero di fotoni catturati.

Si immagini ciascun pixel come un secchio che raccoglie l’acqua piovana. La pioggia è la luce che entra nel sensore fotografico.

Se il secchio viene riempito fino in cima, il processore della fotocamera determina che si tratta di un pixel bianco; se il secchio è vuoto si ha un pixel nero. Qualsiasi altra cosa in mezzo sarà una particolare scala di grigio.

Sensore di uno smartphone: come funziona la resa del colore

I sensori degli smartphone non vedono il colore: utilizzano una matrice di filtri colorati (colour filter array, CFA) per riprodurre correttamente le informazioni cromatiche nell’immagine digitale finale.

Il filtro più comune è conosciuto col nome di Bayer Filter Array e consiste nell’alternanza tra righe dei tre colori primari: rosso, verde e blu. La metà della matrice è composta da filtri verdi mentre il blu e il rosso occupano un quarto ciascuno: il motivo è che i nostri occhi sono naturalmente più sensibili alla luce verde.

Se un sensore riceve solo informazioni sui colori rosso, verde e blu, come fanno i pixel a raccogliere informazioni sui colori secondari e terziari? I colori secondari e terziari derivano dalla combinazione di colori primari nel modello di colore RGB (Rosso, Verde e Blu) o CMY (Ciano, Magenta e Giallo), che sono i modelli di colore più comuni utilizzati nella produzione di immagini digitali e nella stampa.

La raccolta delle informazioni cromatiche avviene attraverso un processo di interpolazione noto come demosaicizzazione: il processore della fotocamera (ISP, image signal processor) calcola i valori di colore mancanti in ogni pixel esaminando i valori di colore che contraddistinguono i pixel limitrofi.

Megapixel, dimensioni e stampa delle foto

In linea generale più Megapixel si hanno a disposizione più grande sarà l’immagine ottenibile. Non è detto però che un sensore capace di acquisire una foto con un numero inferiore di Megapixel  offra un quantitativo inferiore di dettagli rispetto a un sensore più “generoso”.

In passato abbiamo visto i migliori parametri per scannerizzare foto e documenti stampandoli ad esempio su fogli A4, A3 o in altri formati.

Per stampare a 300 DPI una foto su un album a due pagine di dimensioni 40×20 centimetri è necessario usare una foto da 40/2,54*300 = 4.724 pixel per 20/2,54*300 = 2.362 pixel prodotta quindi da un sensore da 11 Megapixel (4.724 x 2.362 equivale all’incirca a 11 Megapixel). La costante 2,54 è un valore utile per la conversione in pollici.

Allo stesso modo per stampare un formato A4 (21 x 29,7 centimetri) serve una foto da 3.500 x 2.480 pixel (circa 8,6 Megapixel).

Ad esempio, Stampare foto da WhatsApp non è generalmente consigliabile a meno che non ci si limiti al formato 10×15 cm o inferiore.

Per le stampe in piccolo formato (cartolina), per la pubblicazione sul Web o la visualizzazione sul monitor non c’è comunque ragione di farsi ipnotizzare da dispositivi capaci di offrire decine di Megapixel.

Perché i Megapixel sono un falso mito

Per capire che i Megapixel sono un “falso mito” basta verificare un aspetto: reflex digitali da centinaia di euro e “pochi” Megapixel riescono a produrre immagini molto più dettagliate rispetto alle digitali compatte da decine di Megapixel. Ne consegue che la dimensione dei sensori e le loro caratteristiche tecniche contano molto di più del numero di Megapixel.

Vale la pena evidenziare anche che un sensore in grado di acquisire 12 Megapixel non permette di ottenere stampe il doppio più grandi rispetto a una da 6 Megapixel. Usando la semplice formula vista in precedenza, infatti, il primo sensore può consentire la stampa a 300 DPI nel formato 33,87 x 25,4 cm mentre la seconda è in grado di produrre foto utilizzabile per stampare al massimo 23,84 x 17,88 cm.

Come si vede, raddoppiando i Megapixel non si raddoppia affatto il formato di stampa.

I passi in avanti compiuti dagli smartphone moderni con sensori di qualità

Tanti Megapixel non portano insomma a ottenere necessariamente foto di qualità. I moderni smartphone di fascia medio-alta hanno compiuto enormi passi in avanti sul versante fotografico, come d’altra parte si può verificare anche su DxOMark).  L’avvento dei nuovi sensori Sony e Samsung ha rappresentato un passaggio importante.

Va detto che anche i recenti sensori per smartphone da 200 Megapixel o più sfruttano tecnologie che combinano le informazioni sulla luce provenienti da più pixel (pixel binning). Il sensore fotografico Samsung ISOCELL HP2 è uno dei più avanzati disponibili in un prodotto commerciale.

ISOCELL HP2, ad esempio, sfrutta la tecnologia Tetra²pixel che combina fino a 16 pixel in uno, consentendo al sensore di operare come un pixel da 1,2 µm o addirittura 2,4 µm. L’obiettivo è evidentemente quello di catturare dettagli anche in condizioni di scarsa illuminazione, offrendo una capacità di messa a fuoco rapida e un’elevata frequenza di frame per secondo durante la registrazione video ad alta risoluzione.

Il sensore ISOCELL HP2 è inoltre dotato di tecnologia Super QPD per un autofocus migliorato in condizioni di illuminazione mediocre, consentendo di catturare movimenti anche in ambienti con appena 1 lux di illuminazione (stanza illuminata da una singola candela).

Come funzionano le tecnologie come Tetra²pixel

Come detto, Tetra²pixel sfrutta un’innovativa tecnica di pixel binning avanzato: il sensore è in grado di simulare diverse dimensioni di pixel per adattarsi a vari livelli di illuminazione. In condizioni di scarsa illuminazione, il sensore combina quattro o addirittura sedici pixel adiacenti in uno, simulando un pixel più grande.

Tetra²pixel rappresenta l’ultima iterazione delle tecnologie Samsung di pixel binning: quelle precedenti erano ChameleonCell, Tetracell e Nonacell.

Nel caso di Tetracell un sensore Quad Bayer da 108 Megapixel acquisisce informazioni sulla luce da quattro fotoricettori unendo i dati provenienti da quattro pixel da 0,8 μm in uno solo da 1,6 μm. Con Tetra²pixel, come abbiamo visto, si può arrivare fino a 2,4 µm. Nell’esempio di Tetracell, dopo la conversione 4:1 l’immagine risultante avrà tuttavia una risoluzione pari a “soli” 27 Megapixel (108 Megapixel diviso 4).

Soltanto in condizioni di illuminazione diurna, ad esempio in ambienti aperti e ben raggiunti dalla luce naturale, il sensore potrà adattare la modalità di acquisizione dell’immagine creando uno scatto da 108 Megapixel.

Nonacell è in grado di raccogliere informazioni sulla luce da nove pixel limitrofi (matrice 3×3) mentre con ChameleonCell Samsung si spinge a 16 pixel.

L’elenco dei sensori ISOCELL Samsung offre indicazioni preziose sulle evoluzioni tecnologiche dell’azienda sudcoreana.

Dimensioni e tipologia dei sensori

Come osservato in precedenza, l’ottica e la sua fisica rappresentano sempre il punto di riferimento per scattare buone foto: gli algoritmi, l’interpolazione tra immagine ad alta risoluzione “zoomata” e le informazioni provenienti dall’ottica, l’utilizzo del machine learning e dell’intelligenza artificiale in generale consentiranno di ottenere risultati sempre migliori in campo “mobile”.

Anche se si tratta sempre di “trucchi” perché nell’ambito della fotografia se la dimensione del sensore non cresce, si devono necessariamente aumentare i fotoricettori che diventano più piccoli, con una serie di svantaggi “tangibili”.

Pochi Megapixel ben illuminati (utilizzando buoni obiettivi e DSP potente) consentono di ottenere risultati migliori rispetto a dispositivi che si gloriano di un numero di Megapixel molto più elevato.

Le dimensioni del sensore di uno smartphone a confronto con quelle del sensore di una reflex

Una reflex digitale full frame 35 mm ha le stesse dimensioni del negativo usato nella maggioranza delle reflex a pellicola; una fotocamera “normale” a 50 mm ha in realtà un sensore molto più piccolo (nelle MQT o Micro Quattro Terzi è 25 mm); su uno smartphone si passa a 4-5 mm con un sensore che di solito non supera 1/3 di pollice (1/2 di pollice nel caso del Sony IMX586).

Il metodo di misura scelto per riferirsi alle dimensioni del sensore è piuttosto contorto. Fu scelto per distogliere l’attenzione da quanto piccoli fossero i sensori utilizzati nei primi smartphone.

La tendenza degli ultimi anni mette in evidenza che soprattutto nei telefoni con fotocamere che mostrano un elevato valore in termini di Megapixel, anche le dimensioni dei sensori stanno crescendo. Tra gli smartphone con sensore principale di più grandi dimensioni citiamo i modelli seguenti:

• Xiaomi 13 Ultra (2023): 1 pollice
• Pixel 8 Pro (2023): 1 pollice
• Samsung Galaxy S23 Ultra (2023): 1/1,3 pollice

Sensori full-frame delle fotocamere DSLR

Le dimensioni dei sensori delle fotocamere per smartphone sono certamente cresciute nel corso degli ultimi anni e hanno raggiunto valori impensabili soltanto fino a qualche tempo fa (1 pollice comincia a diventare lo standard…). Non sono comunque confrontabili con quelle dei sensori full-frame delle fotocamere DSLR (Digital Single Lens Reflex), la prima scelta dei fotografi professionisti. Nelle DSLR viene utilizzato un sistema di specchi con la luce che attraversa il mirino che è la stessa che passa nell’obiettivo.

Alcune aziende che progettano, realizzano e commercializzano smartphone collaborano tuttavia con i principali produttori di DSLR come Leica, Sony, Zeiss per ottenere le migliori lenti oggi disponibili.

Un sensore full-frame da 35 mm misura 864 mm² mentre un sensore per smartphone da 1/1,7″ misura appena 43 mm² risultando quindi venti volte più piccolo rispetto a quello di una fotocamera DSLR. Nella tabella in fondo a questa pagina potete trovare tutti i dettagli sulle dimensioni dei sensori fotografici più diffusi.

Sempre parlando di smartphone, prima di esaminare il dato relativo ai Megapixel, bisognerebbe quindi controllare il numero e la tipologia dei sensori fotografici presenti sul dorso.
Il sensore principale viene infatti utilizzato per scattare una foto normale, un altro per acquisire le informazioni in monocromatico, un altro per esaltare la profondità di campo, un altro ancora per il grandangolo.

Non bastavano i Megapixel: si parla anche di Gigapixel

Infine una “nota di colore”: la società cinese Bigpixel Technology ha pubblicato tempo fa la sua prima immagine a 195 Gigapixel, una foto panoramica che è stata realizzata unendo una serie di scatti acquisiti ed elaborati nel corso di mesi dalla Oriental Pearl Tower di Shanghai in Cina.

I portavoce di Bigpixel, pur non rivelando i dettagli tecnici, hanno spiegato che le foto utilizzate per comporre l’immagine panoramica a 360 gradi offrono un livello di dettaglio 2.000 volte superiore a quello “catturabile” con gli smartphone consumer. Provate a dare un’occhiata voi stessi alla foto da 195 Gigapixel di Bigpixel partendo da questa pagina.

Con il tempo, l’azienda ha aggiunto tante altre foto ad altissima risoluzione di altre città europee e del mondo.