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Not just megapixel …


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Digital photography does not live on just megapixels. Very often I witness vivid discussion about this matter between amateurs on social networks and blogs. Many of them believe that a greater number of megapixels is automatically synonymous with better quality. I will try to explain this is not a matter and because the size of sensors – reported in megapixels – is only one of the several technical features to consider when choosing the most suitable camera for you in an adequate price/performance comparison.
The sensors of digital cameras are formed by a number of photodiodes, elementary units capable of converting the electromagnetic energy of the light that hits them into an electric signal, the value of which is stored in the memory and corresponds to a pixel (picture element) of the stored digital image.
First of all, the camera sensors have different sizes depending on the brand and model of cameras. In the analog photography generally the negative format was 24×36 mm. For this reason, digital sensors of that size are named full-frame. Moreover the ratio between the diagonal of a determined sensor and the diagonal in the full-frame format – referred as a standard – is called the crop factor. Table 1 shows the characteristics of the main types of sensors currently on the market.

megapixel-table1Table 1

The number of megapixels determine the resolution. For your purposes don’t forget that just 8 megapixels are enough to produce high quality prints (300 dpi) in the format 20x30cm (8.3×11.7”).

The size of the photodiodes (pixels), at fixed number of megapixels, depends on the type of sensor used by the camera. For example let’s compare the Nikon D5500 and the Nikon D750. Both cameras do have 6000×4000 resolution, that is 24 megapixels. The D5500 mounts an APS-C sensor, while the D750 is equipped with a full-frame sensor. The pixel size of D5500 is equal to (23.5 * 1000) / 6000 = 3,91 micron (thousandths of a millimeter). D750 pixel instead does have a size of (35.9 * 1000) / 6000 = 5.98 micron. Other examples for other camera models can be calculated from the data reported in the table 1.
The bottom line is that the size of the single pixel can be significantly different depending on the model of the sensor mounted, even if the number of megapixels is the same.

But how the size of the pixels influence the image quality? The amount of light captured by a photodiode (pixel) depends on its area. Larger pixels are capable to capture a greater amount of light and that results in a higher signal / noise ratio and in a better dynamic range (the different luminance levels of grays from pure white to solid black). Different results in terms of image quality will be more visible as you increase the ISO, the index of sensitivity to light, which results in a decreased amount of light required to capture the photograph.

For an optimal choice of the camera, according to your personal needs, it’s not so much important the absolute number of megapixels (it seems a great marketing tool by vendors), but rather the size of the pixel, as the ratio of sensor size and pixel count.

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Non solo Megapixel …

La fotografia digitale non vive di soli Megapixel. Molto spesso assisto a vivaci confronti tra fotoamatori sui social e sui vari blog, molti dei quali ritengono che un maggior numero di Megapixel sia automaticamente sinonimo di maggior qualità. Cercherò di spiegare perché questo non corrisponde al vero e perché la dimensione in Megapixel dei sensori è solo una delle caratteristiche tecniche da considerare nella scelta della fotocamera a noi più adatta.
I sensori delle fotocamere digitali sono formati da un certo numero di fotodiodi, unità elementari capaci di convertire l’energia elettromagnetica della luce che li colpisce in energia elettrica, il cui valore viene memorizzato in memoria e corrisponde ad un pixel (picture element) dell’immagine registrata.
La prima considerazione è che a seconda della marca e del modello di fotocamera i sensori hanno dimensioni diverse. Nella fotografia analogica tipicamente il formato del negativo era di 24×36 mm. Per tale motivo i sensori di digitali di queste dimensioni sono detti di pieno formato (full-frame) e per questo si definisce fattore di riduzione (crop factor) il rapporto tra la diagonale di un determinato sensore e la diagonale nel formato 24×36 mm che rappresenta quindi una sorta di standard di riferimento. Nella tabella 1 si riportano le caratteristiche dei principali tipi di sensori attualmente in commercio.

megapixel-tabella1Tabella 1

A parità di Megapixel, ovvero di risoluzione, la dimensione dei fotodiodi (pixels) – nella maggior parte delle fotocamere i pixel sono quadrati – varia a seconda del tipo di sensore utilizzato dalla fotocamera. Compariamo ad esempio la Nikon D5500 e la Nikon D750, entrambe fotocamere a 24 Mpixel con risoluzione 6000×4000. La prima monta un sensore APS-C, mentre la seconda monta un sensore full-frame. Nella D5000 il singolo pixel ha una dimensione pari a (23,5*1000)/6000 = 3,91 micron (millesimi di millimetro). Nella D750 il pixel invece ha una dimensione pari a (35,9*1000)/6000 = 5,98 micron. Altri esempi per altri modelli di fotocamera possono essere calcolati a partire dai dati della tabella 1.
Questo vuol dire che a parità di Megapixel impiegati la dimensione dei singoli pixel può essere significativamente diversa a seconda del modello di sensore montato. Ma come e se influisce la dimensione dei pixel sulla qualità dell’immagine? La quantità di luce catturata da un fotodiodo (pixel) dipende dalla sua area e quindi un pixel di dimensioni superiori catturerà una quantità di luce maggiore e di conseguenza sarà migliore il rapporto segnale/rumore e sarà maggiore l’ampiezza di gamma (la varietà di sfumature di grigio catturate dal bianco puro al nero pieno). Le differenze di qualità saranno maggiormente visibili all’aumentare degli ISO, l’indice di sensibilità alla luce, aumentando il quale diminuisce la quantità di luce necessaria per ottenere la fotografia.
Non bisogna poi dimenticare che per avere immagini in stampa di alta qualità (300 dpi) di formato 20x30cm sono sufficienti foto a 8Mpixel.

In conclusione per una scelta ottimale della fotocamera, in base alle personali esigenze costo/prestazioni, occorre valutare non tanto il numero di Megapixel assoluti, ma bensì la dimensione dei pixel, come rapporto tra dimensione del sensore e numero di pixel.

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