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Il blog di Mauro Boscarol sulla gestione digitale del colore

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Colore in fotografia digitale

Ricostruzione della scena: linearizzazione

I dati Raw generati dal sensore e salvati (in un formato Raw) nella memoria della fotocamera, vengono trasferiti ad un computer dove verranno elaborati da un Raw converter, cioè una applicazione specializzata per l’elaborazione dei dati Raw delle fotocamere digitali.

Il Raw converter fa essenzialmente due cose per formare l’immagine: prima esegue la cosiddetta ricostruzione della scena e successivamente la cosiddetta resa del colore.

La ricostruzione della scena comprende le seguenti operazioni, che agiscono sui dati Raw forniti dal sensore, dati che rappresentano la luminanza della scena:

  • decodificare il formato, identificare il modello di fotocamera, trovare le dimensioni dell’immagine, trovare le informazioni di bilanciamento del bianco;
  • decomprimere e/o decrittare i dati Raw;
  • linearizzare i dati Raw;
  • rimuovere il rumore read-out e fixed pattern se non è già stato fatto dall’hardware della macchina;
  • sottrarre il rumore dark current e shot noise;
  • compensare il flare ottico;
  • bilanciare il bianco;
  • demosaicizzare i dati Raw per ottenere dati RGB device dependent;
  • convertire i dati RGB device dependent in dati colorimetrici (per esempio XYZ).

Decrittazione

Secondo Dave Coffin autore di dcraw, alcuni dati Raw sono criptati, altri sono compressi, altri sono sia criptati che compressi:

Compression is not encryption. Phase One and Sony do encryption only. Kodak does compression only. Canon, Nikon, and Foveon compress the image data and encrypt some of the metadata.

Il primo passo per ogni conversione è dunque la decrittazione e/o la decompressione.

Decompressione e linearizzazione

I dati del sensore sono numeri proporzionali al numero di fotoni catturati da ogni photosite e quindi alla esposizione. Questo si esprime dicendo che i dati dei sensori sono lineari rispetto alla luminanza emessa dalla scena. Tuttavia nella conversione da segnale analogico a segnale digitale può essere introdotta una curva di quantizzazione (che agisce come compressione dei dati) che va rimossa. Tipicamente la quantizzazione comporta una perdita delle informazioni disponibili sul sensore, ma questa perdita è controllata in modo che gli effetti non siano percepibili ad occhio nudo.

Per esempio il formato NEF (cioè il formato Raw di Nikon) può essere compresso o non compresso. La compressione è disponibile come opzione nelle fotocamere Nikon D100, D200, D2x, D2h, mentre è sempre fatta in D70, D70s, D50, D40, D40x.

In una Nikon D40 il segnale analogico che esce dal sensore Sony ICX413AQ entra in un convertitore analogico-digitale (ADC) che lo digitalizza a 12 bit, che garantiscono 4096 possibili livelli. A questo punto viene applicata una curva di quantizzazione che riduce questi 4096 livelli a 683 (qui sotto) che a loro volta sono compressi in modo lossless.

Quantizzazione NEF

Ho trovato queste informazioni nella pagina A proposito del NEF compresso di Maurizio Firmani, dove si trova anche il metodo per estrarre la curva di quantizzazione di altre fotocamere mediante dcraw.

In generale la relazione tra segnale analogico e segnale digitale è descritta da una funzione di conversione opto-elettronica (OECF, opto-electronic conversion function) che può essere misurata. La norma ISO 14524:1999 specifica le modalità di misurazione, che consistono nel fotografare un target come questo:

di cui si conoscono le luminanze, che si possono mettere in relazione con i valori digitali forniti dal sensore. I dati vengono forniti al Raw converter per la linearizzazione.

Per i motivi indicati nel primo commento di Alberto qui sotto, le due successive elaborazioni, cioè il bilanciamento del bianco e la demosaicizzazione, vengono spesso (ma non sempre) fatte dai Raw converter in questo ordine (prima il bilanciamento e poi la demosaicizzazione). Per meglio comprendere il funzionamento è però opportuno invertire questo ordine, e nella prossima pagina vediamo la demosaicizzazione e successivamente il bilanciamento del bianco.

Mauro Boscarol

23/8/2008 alle 19:29