CCD e Luminosità delle videocamere

Il CCD di una videocamera

Il CCD (charge coupled device) è il vero cuore di una videocamera. Si tratta di una piccola piastrina di silicio che, assieme all'obbiettivo, è in grado di catturare le immagini e di trasformarle, grazie ai sensori di cui è coperto, in segnali elettrici.
Questi al loro volta vengono interpretati per posizione, colore, intensità, ecc... e trasformati in bit, per le videocamere digitali, o in impulsi analogici, per quelle analogiche.
Per ottenere il movimento, dal sensore vengono estratte ad intervalli ravvicinati più immagini successive (tipicamente 25 al secondo).

Si vede chiaramente che il telecamera CCD è uno dei componenti principali di un camcorder, responsabile della qualità dell'immagine, della definizione del dettaglio e della fedeltà dei colori.

Se è vero che la qualità delle immagini catturate (per le foto o in un video), dipende dal numero di pixel contenuti sulla superficie del sensore (che quindi definisce la risoluzione dell'immagine stessa), non sempre vale il concetto che più pixel un ccd è in grado di catturare, maggiore sarà la risoluzione e la qualità del video.
Questo concetto ha forti limitazione ed è valido solo fino ad un certo punto.

CCD video camera in dati

Il formato di registrazione DV (Pal) supporta una risoluzione massima di 720x576 (circa  415.000) pixel che vengono usati per realizzare le 500 linee di definizione televisiva che tanto lo fanno apprezzare rispetto al VHS e gli altri formati analogici. Quindi per registrare il video in formato MiniDV basterebbe un CCD di risoluzione piuttosto bassa, al limite 415.000 pixel.
Perché allora esistono videocamere con CCD che raggiungono risoluzioni ben più elevate? I motivi sono i seguenti:

- Una maggiore risoluzione del CCD (rispetto al minimo necessario di 415.000) aiuta comunque a migliorare la resa delle immagini e dei colori poiché le informazioni catturate sono di più e quindi nel processo di "riduzione" si guadagna qualche dettaglio. Ma fino ad un certo punto.

- Lo stabilizzatore digitale e lo zoom digitale utilizzano un certo numero di pixel per le operazioni di ingrandimento e di interpolazioni, "rubandole" dal quadro video. Ma fino ad un certo punto.

- La funzionalità di scatto fotografico digitale su memory card, che ormai quasi tutte le videocamere possiedono, al contrario del video è avara di pixel. "Più ce n'è meglio è" si potrebbe dire. E' naturale che per le foto occorra una risoluzione elevata (essendo finalizzata generalmente alla stampa su carta) pertanto più pixel sono presenti sul CCD, più dettagliata e fedele risulterà lo scatto. 

A questo punto la domanda spontanea è la seguente: perché non posso utilizzare tutti i pixel del CCD per registrare anche il video? Se lo fa con le foto perché non dovrebbe farlo con il video?".
Ci sono vari motivi ma i principali sono i seguenti:

- Come visto il formato televisivo e quello MiniDV hanno una risoluzione massima che è inutile superare ai fini della visione.

- Anche volendo superarla, probabilmente le videocamere con CCD molto risoluti non sarebbero in grado di gestire il flusso di semiquadri di elevata risoluzione x 50 volte al secondo e certo non saprebbero su che supporto memorizzare tale informazione*. L'elevata risoluzione (e quindi il CCD molto risoluto) è pensata solo per le foto e per le operazioni di correzione digitale, in queste videocamere.
* In realtà la cosa avviene nelle videocamere HDV (alta definizione) che però esulano dai modelli analizzati in questa guida.

Le videocamere attuali spaziano tra vari valori di risoluzione. Quelle che hanno funzionalità fotografiche raggiungono anche i 3 megapixel mentre quelle più comuni stanno attorno agli 800.000. Quest'ultimo valore è certamente un ottimo compromesso per quanto riguarda la registrazione video. Andando oltre non si ha un effettivo guadagno in termini di qualità video.

Come visto, abbiamo perso molto tempo sulla definizione del CCD quando invece l'aspetto forse più importante è un'altro: la sua dimensione fisica.
Infatti anche la dimensione del sensore (espressa in frazioni di pollice, ad esempio: 1/4 di pollice o 1/4'') è importante: più è grande e più area sensibile è soggetta ai raggi luminosi che attraversano l'obbiettivo e quindi si ha maggiore luminosità delle riprese. Anche in questo caso però, non sempre CCD più grande significa per forza maggiore luminosità; tutto dipende dalla combinazione di fattori come lenti, diametro dell'obbiettivo, CCD, meccanica ed elettronica.
Pertanto è sempre consigliabile provare personalmente il camcorder in condizioni di bassa luminosità per fare le dovute valutazioni.

Suggerimento

E' inutile cercare la videocamera digitale consumer che vi permette di avere risultati qualitativi anche al buio o in condizioni di scarsa luminosità.
Fisicamente ci sono forti limitazioni che vengono superate (più o meno) solo con modelli da costi proibitivi. Per cui anche se qualcosa si può ottenere da CCD e obbiettivi grandi, vi suggeriamo di concentrarvi di più sulle caratteristiche di ripresa, come zoom e stabilizzatore ottici, e sulla qualità alla luce, che vi interesserà maggiormente.

Videocamere con 3 CCD

Per poter rendere in maniera esatta il colore di un’immagine è necessario procurarsi l’informazione sui tre colori fondamentali: rosso, verde e blu. Lavorando solo su questi colori è infatti possibile ottenere tutti gli altri.

In genere nelle videocamere viene impiegato un solo sensore CCD sulla cui superficie sono presenti dei filtri che permettono la cattura di solo una delle tre tonalità principali. Per ottenere le altre occorre che si mettano assieme 3 sensori accesi con diverse intensità. In questo modo la risoluzione effettiva deve essere divisa per 3 visto che 1 pixel è dato da 3 sensori.
Non solo; spesso si creano degli errori di determinazione del colore dati dall'interpolazione cosa che causa un fastidioso effetto detto di aliasing (soprattutto su immagini dal forte contrasto).

Alcune nuove videocamere di fascia alta sono dotate di ben 3 CCD, ognuno predisposto a catturare una delle tre componenti cromatiche principali; in questo modo si sfrutta appieno la risoluzione di ciascun sensore e si evitano maggiormente i difetti di "male interpretazione".

E' naturale che soluzioni a 3 CCD siano molto più costose di quelle dotate di un singolo sensore ma la qualità è davvero superiore; anche come macchine fotografiche digitali sono ottime: i colori sono più fedeli, i dettagli più nitidi e in generale le inquadrature sono più brillanti e vive.

Cattura progressiva ed interlacciata del CCD

Queste sono due modalità di funzionamento del CCD che permettono due diversi risultati di ripresa.

Cattura video interlacciato

Per avere un video a 25 fotogrammi al secondo dovremo quindi visualizzare 50 semiquadri al secondo. Questa modalità consegna al video più fluidità e premette di portare meno informazione nello stesso istante (quindi flusso dati più leggero). Naturalmente vi è anche il lato rovescio della medaglia: movimenti bruschi di camera comportano spesso uno sfasamento di righe e la comparsa di disturbi video fastidiosi (sfarfallii o scie). Inoltre la qualità generale è minore.

Cattura video progressivo

La capacità di cattura progressiva ha permesso l'integrazione tra videocamera e fotocamera digitale. Infatti la possibilità di catturare fotogrammi interi ha dato vita ai moderni dispositivi di fascia medio/alta nei quali si nascondono veri dispositivi di scatto digitali. Oramai la stragrande maggioranza dei camcorder monta CCD progressivi e permette di scegliere se operare in modalità progressiva o interlacciata. 

Attenzione però, il fatto che il CCD sia progressivo, e che quindi permetta la cattura di un'immagine intera in una sola "passata", non significa che possa registrare video in tale modalità, questo sempre per questione di gestione del flusso dati che diventerebbe almeno doppio (non più semiquadri ma fotogrammi interi).
La modalità di cattura progressiva di video è riservata a videocamere prosumer.

Lux e luminosità nelle videocamere

L’intensità della luce può essere misurata in vari modi. Per quanto riguarda le videocamere di livello consumer e prosumer l’unità di misura della luce si chiama LUX.

Va premesso che il valore dato al lux non mette d'accordo tutti i costruttori e per questo non la si può considerare standard. In effetti non vi è modo di confrontare due videocamere di marche diverse se non facendo una prova effettiva delle capacità. Solo in Giappone il lux è stato reso standard nazionale mentre, ad esempio, negli Stati Uniti ogni costruttore lo definisce autonomamente.
Questa premessa potrebbe rendere il seguente discorso inutile ma è comunque doveroso avere qualche concetto base sulla sensibilità del CCD al momento dell'acquisto di un camcorder.

Si può approssimare il lux come la quantità di luce presente in una specifica area prendendo come riferimento il numero di candele che servono per illuminare la stessa area quando è completamente buia.
Attenzione a non farsi ingannare: più il numero dei lux di un camcorder è basso, più deve essere sensibile per catturare la luce delle candele e quindi migliori saranno le sue prestazioni in assenza di luce.

Ecco qualche esempio di valori comuni:

1) Mezzogiorno di un giorno limpido: circa 10.000 LUX

2) Illuminazione media di un interno: circa 500-1.000 LUX.

In sostanza la sensibilità delle videocamere è misurata in quanti lux sono necessari per illuminare l’oggetto ripreso ed ottenere un’immagine nitida accettabile. Una definizione un po' pragmatica ma intuitiva.

Esempio

Se viene ripreso un oggetto illuminato con 3 lux da una videocamera con sensibilità 3 lux otterremo un’immagine nitida.
La stessa qualità di immagine la otterremo illuminando con 1 lux lo stesso oggetto e riprendendo con un camcorder con sensibilità 1 lux.
Purtroppo, come abbiamo detto, non si tratta di misure standard e quindi ogni costruttore decide quando un'immagine sia "accettabile" o meno.

La soluzione? Provate il prodotto e valutate voi stessi.

Suggerimenti per la scelta

Ecco alcuni suggerimenti di tipo pratico da cui potete prendere spunto per la scelta:

• Per avere una buona qualità video, scegliete una videocamera che abbia un CCD da 800.000 pixel, e che sia il più grande possibile rispetto al vostro budget.
• I sistemi a 3 CCD sono davvero migliori per quanto riguarda la resa del colore e il loro costo maggiore è giustificato. Fateci un bel pensiero!
• Per guadagnare in luminosità (anche se non si possono fare miracoli al buio) avrete bisogno di CCD grandi (1/3 di pollice o di più), diametri di filtro dell'obbiettivo grandi (52 o 72 mm) e lenti luminose (quindi conoscere anche la marca delle lenti adottate dalle case costruttrici di videocamere può aiutare)