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nitidezza e risoluzione - II


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avatarsenior
inviato il 29 Marzo 2020 ore 23:06

Si arriva da qua www.juzaphoto.com/topic2.php?l=it&t=3520212&show=15
Il 3D era probabilmente già esausto, però volevo lasciare più spazio, soprattutto perché le ultime foto postate si prestano a qualche considerazione.
Ho usato un Tamron VC 70-300. Tiene duro fino a ~ 250 mm, poi un po' molla. Tre generazioni fa i Nikkor 70-300 erano Tamron rimarchiati, lo schema base non è così malvagio.

La foto in alto è scattata a 200 mm (quindi 300 mm equivalente) con una Nikon D40, CCD, 6 Mpx. C'è chi giura che i CCD restituiscano colori migliori dei CMOS. Ho livellato tutto con Cobalt Standard 3.3 sperimentale che Raamiel aveva gentilmente fornito (poi gli ho comprato anche copie a pagamentoSorriso). La D40 ha un pregio: sincronizza il Flash a 1/500s, comprata usata a 280€, la tengo. Siamo a ~ 40 m, essendo un crop minimo, i 6Mpx si difendono bene. Questa è la situazione di un obiettivo medio o anche meno e la prova serviva a vedere come influiva il sensore. Naturalmente l'APS-C ha sfruttato la parte più centrale dell'ottica.

Sotto c'è una Sony A7R col Tamron a 300 mm, dove si sa che va peggio che a 200 mm. Stesso crop. Si parte da 6 Mpx contro 36 Mpx. Come da teoria è uscito qualcosa di meglio dal sensore con tanti Mpx. Sotto ACR si è forzato T=5200 K, seguito da Auto, un po' alla carlona.

Il sensel della D40 è grande quasi il doppio della A7R. Non ci sono dettagli particolarmente minuti, ci volevano delle scritte da qualche parte per mettere in risalto i dettagli.

Domani posto un Tamron 28-200/3.8-5.6 vintage (asferico, però), un obiettivo che mi aveva convinto a non scattare più invertibili tanto era basso il contrasto. Stay tuned!

avatarsenior
inviato il 30 Marzo 2020 ore 3:31

seguo

avatarsenior
inviato il 30 Marzo 2020 ore 10:59

Prima della D3 Nikon affermava che il formato DX (aps-C con fattore di crop 1.5) fosse un buon compromesso per i fotografi amatoriali. Vale la pena considerare i tre parametri che caratterizzano una macchina, in questo caso la D40 + Tamron VC 70-300: lambda, f/, dimensione d del sensel.
Lambda è la lunghezza d'onda della luce. Per una data scena la luce è quella che è, si può avere un'idea guardando T K, in questo caso Daylight corretto a 5200 K (in effetti è un po' calda, ma questo dipende anche da come è tarato uno schermo).
f/: qui è f/8 perché in genere i telezoom si comportano bene a f/8. Inoltre: cavalletto e autoscatto ritardato.
d: il sensel della D40 è 7.9 µm. Comporta Nyquist a 63 lp/mm. Nyquist di una Nikon D3 è 59 lp/mm. La Nikon più economica taglia meno dell'ammiraglia! Entra anche in gioco il filtro AA. Deve esserci per forza altrimenti con obiettivi risolventi e scene con dettagli fitti ripetitivi si insinua l'aliasing. Aliasing significa che le frequenze spaziali più alte di Nyquist vengono ripiegate e si sovrappongono alle frequenze spaziali più basse. A parte il Moiré legato al colore, l'aliasing incontrollato danneggia la nitidezza di una foto.

Sulla carta non ha molto senso montare qualche Art super-risolvente su una D40: ma allora anche su una D3! Come fatto notare da Alessandro P., l'MTF di un obiettivo ad alte frequenze spaziali decade. Percepibile è il contrasto MTF20 e oltre. Obiettivi di pregio si giocano le alte frequenze spaziali nella zona 15-25 delle MTF. Si riteneva che il microcontrasto si indovinasse dalle MTF ad alte frequenze spaziali > 40 lp/mm. Attualmente si fa strada l'opinione che dalle MTF a 10 lp/mm (una volta indice solo del contrasto) si possa predire anche il microcontrasto. Se a 10 lp/mm due obiettivi mostrano MTF97 e MTF90, allora il primo non solo è più contrastato, ma dovrebbe avere anche maggiore microcontrasto.

Un sensel da 7.9µm come la D40 dovrebbe accomodare tanti fotoni prima di saturarsi. Il fatto che la D40 abbia ISO nativo 200 dimostra che questo sensore CCD non è fenomenale nel raccogliere fotoni. Come per la pellicola 200 ISO è indice di sensibilità, purtroppo in digitale comporta anche raccogliere metà luce rispetto a ISO 100 e questo si vede ad alti ISO.
La A7R ha un sensel da 4.89 µm e Nyquist a 102 lp/mm. Si possono montare obiettivi risolventi senza mortificare le alte frequenze spaziali, è la differenza fra sensel piccoli e grossi.

Un cenno alla diffrazione a f/8. Normalmente si scrive che una DX comincia a mostrare segni di diffrazione (=velatura) a f/8 e una FX a f/11. È una trattazione che prende le mosse dal circolo di confusione (coc). A parità di stampa una DX deve partire da un coc di 0.02 mm (esattamente il coc di una FF di 0.03 mm diviso per il fattore di crop 1.5 Nikon).

Vediamo un approccio "sistemico" alla diffrazione utile quando si paragonano due formati diversi. Si può calcolare una "Risoluzione equivalente" Req che come al solito dipende dai tre paramettri citati più sopra.
Fissiamo lambda a 550 nm. Per i sensel usiamo la dimensione lineare già ricavata dalle specifiche e teniamo f/8 degli scatti.

Req(D40)=11.3 µm, non è un parametro fisico, è un numero (o meglio: il "rumore" della risoluzione) che certifica che f/8 fa "risolvere" il sensel da 7.9 µm come fosse diventato 11.3 µm (non si può usare questo valore per calcolare Nyquist, serve per confronto, altrimenti si sarebbe chiamata "Risoluzione" e non "Risoluzione equivalente").
R(A7R)=9.5 µm. Questo risultato è importante perché sfata il mito che sensel più piccoli comportino effetti della diffrazione più dannosi. Qui si passa da 4.9 µm a 9.5 µm che è sempre più "risolvente" dell'11.3 µm della D40.

Da notare che, se le MTF dello zoom in sé fossero nettamente diverse a 200 e 300 mm, le considerazioni legate alle dimensioni dei sensel passerebbero in secondo piano. D'altro canto è impossibile usare due obiettivi fissi di focale diverse con MTF identiche.

avatarsenior
inviato il 31 Marzo 2020 ore 11:22

Grazie delle informazioni, sempre utili.
Sulla risoluzione da quello che ho capito : fino a quando il circolo di confusione (coc) è più piccolo delle dimensioni del sensel , più si riducono le dimensioni di questo sensel, più la foto guadagna in risoluzione.
Da quel punto in poi ( sensel con dimensioni simili al circolo di confusione (coc) ) la ulteriore riduzione delle dimensioni di questo sensel porta sempre un miglioramento, ma tale miglioramento diventa sempre più piccolo ( asintoticamente ) man mano che ci si avvicina al limite delle dimensioni del sensel tendenti a zero.
Mi sembra che il diagramma "risoluzione / numero di sensel lineari" potrebbe essere simile ad una iperbole con asintoto tendente ad un massimo valore dovuto alla diffrazione.
Diffrazione che è dovuta al solo valore del diaframma usato.

avatarsenior
inviato il 31 Marzo 2020 ore 11:27

La prova precedente era per sfatare il mito che meno Mpx conferiscano più nitidezza.
La resa sorprendente della D40 in qualche modo giustifica chi continua a postare che tanti Mpx siano nocivi alla "nitidezza". Se una 6 Mpx DX si difende onorevolmente, a maggiore ragione una 16 o 24 Mpx FX. È facile arrivare a conclusioni concettualmente sbagliate partendo da ipotesi teoriche traballanti (leggi: senza avere capito davvero il "meccanismo" delle MTF come prodotto di vari fattori MTF). Naturalmente chi si è fermato a 24 o 36 Mpx dovrebbe noleggiarsi una Sony A7RIV per qualche giorno invece che pontificare a braccio.MrGreen

Fra i miei obiettivi il peggiore è uno zoom Tamron vintage 28-200 mm con attacco Nikon. È sicuramente inferiore al Tamron VC 70-300 dei nostri giorni che pure non è una spada.
Su cavalletto e in autoscatto si sono scattate foto con configurazioni leggermente demenziali, ma era una prova.Sorry

Sulla D40 si è montato il Tamron a 200 mm e f/8 (6 Mpx CCD).
Sulla scorbutica Sony A7R si è montato un accrocchio di questo tipo: adattatore Fotodiox da Nikon a Sony FE (ha il vantaggio del piedino per obiettivi tele, normalmente uso un Novoflex), un antidiluviano Kenko Teleplus x2 comprato usato, niente a che vedere con i sofisticati duplicatori odierni, il Tamron settato a 133 mm per andare in pari coi 200 mm DX. Alla fine focale equivalente 300 mm. Forse il Tamron è meno peggio a 133 mm che a 200 mm. A parte questo fattore, tutto cospira a dare un'immagine peggiore con adattatore + Kenko + A7R.
Partendo da f/8, il duplicatore Kenko lo fa diventare f/16. Calcoliamo l'influenza della diffrazione sulle Risoluzioni equivalenti. Nikon: Req(D40, f/8)=11.3 µm----Req(A7R, f/16)=16.9 µm. Giustamente la diffrazione si fa sentire, notiamo che a f/16 sulla D40 sarebbe stato Req=18.0, cioè peggio che f/16 sulla A7R. Chi si appella ai coc questo non lo afferra e continua a scrivere che sensel più piccoli soffrono di più la diffrazione.
Un'altra bufala è che un duplicatore dimezza la risoluzione, nel senso che se si ha 30 lp/mm il duplicatore lo fa diventare 15 lp/mm. Inutile mostrare a questi "teorici" che le MTF pubblicate dalle case non avvalorano questa ipotesi.



In alto la D40 a f/8 e 200 mm (300 mm eq).
In basso l'accrocchio A7R.

La prova era per dimostrare che un sensel più piccolo va in soccorso a un'ottica più scarsa. Ai miei occhi meglio la D40, ma il sensel della A7R colma gran parte dello svantaggio costituito da f/16 (con relativa diffrazione) e soprattutto il duplicatore Kenko vecchia generazione.Cool

avatarsenior
inviato il 31 Marzo 2020 ore 11:40

@Gio giusto quello che dici ma
Mi sembra che il diagramma risoluzione / numero di sensel lineari potrebbe essere simile ad una iperbole con asintoto tendente a zero.
non si può ridurre la dimensione del sensel oltre un certo limite, altrimenti SNR soffre troppo, è la sindrome dei telefonini che hanno ormai bande passanti oltre 600 lp/mm ma a livello sensel singolo raccolgono poca luce. Se la cavano in buona luce, al buio acrobazie digitali varie, indubbiamente FW più avanzato che nei sensori FF (che però non hanno bisogno queste diavolerie). Alla fine tutto si infrange sul rapporto di ingrandimento, non c'è niente da fare, bye-bye!Eeeek!!!

avatarsenior
inviato il 31 Marzo 2020 ore 11:42

Si, concordo, stavo ancora completando e correggendo il mio post precedente, mi sembra di capire che avere un numero enorme di pixel lineari ogni mm, da un certo punto in poi non conviene più, cioè va bene aumentare il numero di pixel lineari ogni mm, ma il miglioramento in risoluzione diventa sempre più piccolo e quasi invisibile.

avatarsenior
inviato il 31 Marzo 2020 ore 12:20

@Gio in numeri, viene il momento che passi ad esempio da MTF97 a MTF98 del sensel, il che è umanamente invisibile. In compenso con tanti Mpx non solo deprimi SNR, ma descrivi sempre meglio il rumore. Tipicamente se scorgi rumore in una foto con tanti Mpx la ridimensioni a schermo finché lo percepisci meno.
Due effetti: ridimensionando fai mediazione del segnale che migliora SNR secondo la radice quadrata del fattore di ridimensionamento e contemporaneamente descrivi peggio il rumore con meno Mpx. Poi però c'e la conservazione dell'energia che ti ammonisce che hai migliorato SNR ma peggiorato la risoluzione.
Ma come sempre i problemi riaffiorano quando stampi grande...Confuso

avatarsenior
inviato il 31 Marzo 2020 ore 12:55

Concordo, inoltre se guardo alle ultime FF uscite : Sony A7R4 , con i suoi 9504 x 6336 pixel , se parliamo in un lontano futuro di raddoppiare linearmente i pixel , parliamo di 19008 x 12672 pixel , sarebbero 241 Mpixel, poco gestibili dalla fotocamera, con problemi di dissipazione del calore nel caso di una raffica, e files RAW sempre più pesanti.

avatarsenior
inviato il 01 Aprile 2020 ore 11:42

In un sensore contano la superficie totale e la dimensione lineare del sensel. Che un sensore sia aps-C o FF si vede essenzialmente dalla luce che raccoglie (l'esposizione è sempre uguale!) che ha influenza sul SNR percepito, specialmente nelle ombre. Per questo chi ha bisogno di tempi veloci in bassa luce usa FF.

Per quanto riguarda la risoluzione, un'indicazione grossolana è il numero dei Mpx. Se uno ci riflette si rende conto che 12 Mpx di una Nikon D3 e di uno smartphone sono lo stesso numero. Però è tutto vero se ci fermiamo al piano sensore. Appena ingrandiamo, lo smartphone "sgrana".

È il sensel che mena le danze in un sensore, la sua dimensione lineare. Un sensore va visto come un anello inevitabile di una catena che porta al risultato finale. Più Mpx ci sono, più la MTF del sensore si avvicina a MTF100, cioè non degrada la prestazione dell'obiettivo. Nyquist corrisponde a MTF64, in genere si dovrebbe scattare in modo di avere MTF80-90 almeno del sensel.

Partendo da questi presupposti, il sensore da 1" (virtuale) della mia Nikon 1 J5 è in minoranza col sensel della Sony A7R per quanto riguarda SNR. Difatti se esco di sera e scatto a 6400 ISO, la differenza in rumore è ben visibile.

Per quanto riguarda la risoluzione, il sensore BSI senza AA 20 Mpx della J5 è meglio della A7R da 36 Mpx senza AA (che non è BSI, fra l'altro).
Perché la J5 ha un sensel da 2.37 µm e la A7R da 4.51 µm. Nyquist della J5 è 211 lp/mm, ossia aliasing molto improbabile.
Il crop della J5 è 2.72. Montato un fisso MD Rokkor 135/3,5 e un duplicatore Kenko Teleplus, la focale equivalente diventa 734mm.

In teoria bisognerebbe tenere TA a f/3.5 di modo di limitarci a f/7.1 col duplicatore. In pratica il duplicatore manda in confusione il tele, che in sé non è un obiettivo spregevole. Le cose vanno meglio con f/8 che diventa f/16. Si vede che la velatura introdotta dalla diffrazione è meno grave delle aberrazioni obiettivo+duplicatore a TA.

In basso f/7.1 a 734 mm equivalenti, in alto f/16. La differenza c'è e va contro l'intuizione.Cool




avatarsenior
inviato il 01 Aprile 2020 ore 13:08

Si, come sempre i tuoi test sono utili ed efficaci, io mi domandavo solo se esiste da qualche parte una formula od un diagramma per gli obiettivi "diffraction limited", cioè perfetti, senza duplicatori e senza aberrazioni, diagramma con sulla scala orizzontale il "numero di sensel lineari per mm" e sulla scala verticale la risoluzione, partendo da un diaframma prestabilito, ad es. F/6,3 che è il mio diaframma preferitoSorriso.
Una mia curiosità, servirebbe a capire fino a che punto in futuro aumenteranno ancora i Megapixel sulle fotocamere e smartphone, e quanto sarà utile tale rincorsa ai Megapixel . Mi sembra che sia un diagramma a forma iperbolica ( trascurando Nyquist ).

avatarsenior
inviato il 01 Aprile 2020 ore 13:45

Adesso l'MD Rokkor 135/3.5 su J5 a f/8, verosimilmente un'apertura ottimale visto che si parte da f/3.5. La focale equivalente è 367 mm. Va sottolineato che sono scatti su cavalletto con autoscatto 10", mica da credere che prove così si facciano a mano libera (=micromosso).MrGreen

La "nitidezza" non è malaccio. Un crop 2.72 prende solo la parte centrale dell'ottica. Il messaggio è semplice: sensel piccoli favoriscono la "nitidezza", non il contrario.
Avere tolto il duplicatore e essere passati da f/16 a f/8 ha cambiato le carte in tavola, nonostante il ritaglio.
Tutto secondo teoria MTF, incidentalmente.;-)




avatarsenior
inviato il 01 Aprile 2020 ore 13:55

La mia domanda ha dei risvolti pratici : ho un obiettivo Sony FE 200-600, supponendo che sia "diffraction limited", quando uscirà la Sony A7R5, supponiamo da 120 Mpixel, quanto migliorerà la risoluzione del mio 200-600 acquistando in futuro la A7R5 rispetto a quella che avrei acquistando ora la A7R4?
Cioè : ora ho la A7R2, è meglio aspettare la A7R5 o acquistare la A7R4? MrGreen, io sono dell' idea di aspettare la A7R5,
oppure acquistare la A7R4 fra 2 anni, quando costerà di meno .
Oppure continuo a tenermi la A7R2 da 42 Mpixel, massimo risparmio.MrGreen con questi risultati :

www.juzaphoto.com/galleria.php?l=it&t=3451719
Sony FE 200-600 a 400mm., poi ci sono altre foto a 200mm.
Considerato il fatto che, a causa della turbolenza atmosferica, non sono ancora riuscito a fare una foto decente a 600mm di focale ai monti lontani, forse è meglio aspettare e tenermi quello che ho.

avatarsenior
inviato il 01 Aprile 2020 ore 14:48

@ Valgrassi.
Scusa valerio chiedo a te che se il più ferrato.Sorriso
questi sono i dati della Fuji x-H1

www.digicamdb.com/specs/fujifilm_x-h1/

Ritieni i dati di questo modello APSc congrui? mi sembra che la Nyquist sia sui 120. Le lenti che adotta Fuji che tipo di risoluzione permettono?

Questa è una foto ridotta come dimensione per web a 2048x1365 i dati sono iso 200 F 7,1 1/450 sec obb. 55-200




avatarsenior
inviato il 01 Aprile 2020 ore 15:24

@Gio "diffraction limited" presuppone assenza totale di aberrazioni ottiche. Sul Forum si è messo in luce che il tuo Sony 200-600 ha un rapporto qualità/costo molto alto. Possiamo calcolare "diffraction limited" a 600 mm (sulla carta è la focale che più favorisce la correzione delle aberrazioni), ma in realtà la lunghezza focale non compare nella formula, solo f/. Ma sulla carta 600 mm si dovrebbe avvicinare di più di 200 mm a "diffraction limited", ma su uno zoom non è detto.
Prima avevi citato f/6.3, prenderemo il valore reale f/6.35 (1/3 di stop da f/5.6 che a sua volta è f/5.65...).
Fissata la lunghezza d'onda 550 nm, calcoliamo le l/mm (non lp/mm!) da: 1000/(6.35*0.550)=286 l/mm. Questo valore è inutilizzabile perché è associato a MTF0, cioè invisibile. Dobbiamo decidere che MTF desideriamo e da lì si risale alle l/mm via la seguente intimidatoria formula valida per aperture circolari:



Non è una formula da calcolarsi a mano ogni volta, l'ho registrata in una Sharp da 40€ che risolve equazioni in modo interattivo.
Metti che ti accontenti di MTF40 a f/6.3. Corrisponde a 70 lp/mm. A 40 lp/mm hai ancora MTF65, un buon valore.
Questi sono valori limite, poi intervengono aberrazioni e diffrazione sul campo.

Facciamo quattro conti della serva in tasca a A7R2, A7R4 e un'ipotetica A7R5 con 120 Mpx.
Per prima cosa dobbiamo calcolare il pixel pitch che consideremo coincidente col lato del sensel quadrato, poi calcoliamo i Nyquist relativi:
Nyq(A7RII)=111 lp/mm-----Nyq(A7RIV)= 133 lp/mm-----Nyq(A7RV-120 Mpx)=186 lp/mm.

Assumiamo di avere un'ottica che a 60 lp/mm ti restituisca in sé MTF50 (alternativamente: vai su Lensrentals e controlla i valori del Sony GM 135/1.8). Calcoliamo MTF50 cosa diventa registrata dai tre sensori in esame, cioè MTF(sistema):
MTF(A7R2)=MTF(0.50*0.88)=MTF44
MTF(A7RIV)=MTF(0.5*0.92)=MTF46
MTF(A7RV)=MTF(0.5*0.96)=MTF48

Se tieni conto che a occhio percepisci differenze intorno ai dieci punti di MTF, la conclusione è che se ti accontenti di 60 lp/mm non vale la pena il salto a più Mpx.

Se invece sei ambizioso e vuoi "mettere giù" 100 lp/mm, la situazione cambia.
Devi partire da un'ottica che abbia almeno MTF25 in sé a 100 lp/mm, si parla di eccellenze.
MTF(A7R2)=MTF(0.25*070)=MTF17, sei un po' sotto al limite di percezione fissato (arbitrariamente) a MTF20.
MTF(A7RIV)=MTF(0.25*0.80)=MTF20 al limite di percezione.
MTF(A7RV)=MTF(0.25*0.88)=MTF22 qualcosa si vede.

Ovviamente avrai a disposizione più Mpx per i crop e gli ingrandimenti, ma non aspettarti miracoli in termini di "nitidezza" dai sensori megapixellati, i miracoli devono venire dalle ottiche (leggi: MTF intrinseche più alte ad alte frequenze spaziali).;-)

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04 Giugno 2020

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