La fotografia in condizioni di scarsa illuminazione con il sistema EOS R

Sono molte le situazioni che richiedono di scattare in condizioni di scarsa illuminazione. Tra queste, la fotografia del cielo notturno e l'astrofotografia, la fotografia di animali notturni e l'acquisizione di scie luminose o effetti di light painting creativi a esposizione lunga. O ancora, è il caso della fotografia di paesaggi urbani notturni, tramonti e persino di miniere di carbone, il cui scopo è quello di catturare le condizioni ambientali, per cui l'uso del flash sarebbe inappropriato. Molti fotografi amano scattare durante la cosiddetta "golden hour", poco prima dell'alba e subito dopo il tramonto, quando ogni cosa è lambita da colori caldi e l'illuminazione è morbida e diffusa, ma il livello generale di luce è inferiore a quello diurno.

A prescindere dalla loro capacità di suscitare forti emozioni, la fotografia notturna e la fotografia in condizioni di scarsa illuminazione comportano sfide significative. Per definizione, fotografare significa cattura la luce, e minore è la luce a disposizione, più difficile sarà immortalare i dettagli e un'ampia gamma di tonalità. Quando la visuale è poco chiara, mettere a fuoco diventa complicato e nemmeno l'AF può essere d'aiuto. L'utilizzo di una velocità dell'otturatore più bassa per consentire l'ingresso di una maggiore quantità di luce aumenta il rischio di sfocatura, mentre l'aumento del valore ISO o della sensibilità alla luce della fotocamera generalmente comporta la comparsa indesiderata di rumore nell'immagine.

In questo articolo scopriremo come i progressi nelle tecnologie delle fotocamere e le innovazioni nel design stiano ponendo rimedio a questi problemi chiave della fotografia notturna e in condizioni di scarsa illuminazione, migliorando enormemente le prestazioni delle fotocamere del sistema EOS R di Canon in tali situazioni.

Quando i fotografi usano un esposimetro per misurare la luminosità di una scena per poi regolare le impostazioni della fotocamera in base a quanto rilevato, l'unità di misura è il valore di esposizione o EV. Un numero elevato (come +10 EV) indica che si sta impostando l'esposizione per un soggetto luminoso, mentre un EV basso indica una scena più scura. In termini pratici, i valori EV corrispondono approssimativamente ai seguenti scenari tipici: 

• Luce diurna (pieno sole, ombre distinte) = 15 EV
• Luce soffusa, ombre morbide = 14 EV
• Cielo coperto, luce diffusa (senza ombre) = 12-13 EV
• Paesaggio subito dopo il tramonto = 11 EV
• Stadio sportivo illuminato di notte = 9 EV
• Strada luminosa con illuminazione notturna = 8 EV
• Tipico ambiente domestico = 7 EV
• Luci dell'albero di Natale = 4-5 EV
• Vista lontana di edifici illuminati = 2 EV
• Paesaggio notturno illuminato dalla luna piena = -4 EV
• Paesaggio notturno illuminato dalla mezza luna = -5 EV

Diverse combinazioni di apertura e velocità dell'otturatore danno tutte lo stesso valore EV. A ISO100, ad esempio, 1/500 sec a f/1.4 corrisponde a un valore EV di 10, che è la tipica luminosità di una scena all'aperto durante la golden hour, e lo stesso vale per 1 sec a f/32. Modificando la sensibilità a ISO400, anche 1/60 sec a f/16 corrisponde a un valore EV di 10. Ciò significa che non esiste una sola impostazione corretta per ottenere una foto ben esposta di una determinata scena (è lo stesso principio che la fotocamera applica, ad esempio, quando si utilizza la modalità Priorità apertura, piuttosto che la modalità completamente manuale: cambiando l'apertura, la fotocamera regola automaticamente la velocità dell'otturatore per mantenere l'esposizione corretta).

Tutto ciò è utile, perché la modifica di una qualsiasi delle impostazioni dell'esposizione non influisce solo sull'esposizione, ma cambia l'aspetto dell'immagine. Ad esempio, la modifica dell'apertura influisce anche sulla profondità di campo: non sempre è possibile utilizzare un'apertura più ampia (un valore f inferiore) per far entrare più luce, perché in questo modo si restringe anche la profondità di campo, il che non è ideale se si desidera una nitidezza da primo piano a sfondo in un paesaggio.

Di conseguenza, spesso si preferisce utilizzare una velocità dell'otturatore più bassa quando si scatta in condizioni di scarsa illuminazione. Le lunghe esposizioni tuttavia comportano il rischio di sfocature dovute alle vibrazioni della fotocamera o al movimento del soggetto. Per fortuna, questa è un settore chiave in cui le tecnologie avanzate delle fotocamere del sistema EOS R possono aiutare.

Anche con la fotocamera montata sul più robusto dei treppiedi, la semplice pressione del pulsante di scatto può causare vibrazioni in grado di sfocare l'immagine, in particolare durante le esposizioni più lunghe. Ecco perché può essere una buona idea attivare l'otturatore da remoto con un comando a distanza o l'app Canon Camera Connect installata sul proprio smartphone o tablet. Se nelle reflex digitali c'è il rischio di vibrazioni (lievi ma percettibili) causate dal ritorno in posizione dello specchio riflettente quando si sposta per esporre il sensore, le fotocamere mirrorless del sistema EOS R lo eliminano completamente. In generale, le fotocamere e gli obiettivi Canon più recenti incorporano una serie di tecnologie di stabilizzazione dell'immagine progettate per contrastare e ridurre al minimo le vibrazioni, indipendentemente dalla loro causa.

• La stabilizzazione ottica dell'immagine negli obiettivi IS utilizza sensori giroscopici integrati per rilevare il movimento e un gruppo di elementi "flottanti" capaci di muoversi in modo da compensare tale movimento e mantenere l'immagine statica sul sensore della fotocamera.
• L'innovativa tecnologia EOS R utilizza un sistema più avanzato, in cui il sensore d'immagine della fotocamera rileva anche eventuali spostamenti dell'immagine e trasmette i dati relativi al vettore di movimento al processore dell'obiettivo, che regola la stabilizzazione in tempo reale. Questo sistema è in grado di rilevare e compensare con precisione la sfocatura a bassa frequenza (lenta), prima difficile da individuare con i soli sensori giroscopici e particolarmente problematica durante le lunghe esposizioni. Questa tecnologia Dual Sensing IS è resa possibile dall'aumento di velocità e larghezza di banda della comunicazione tra fotocamera e obiettivo offerto dall'innovativo attacco dell'obiettivo RF di Canon.
• Nelle fotocamere con stabilizzazione dell'immagine integrato (IBIS), introdotta nei modelli EOS R5 e EOS R6 nel 2020, il sensore magnetico si sposta per compensare qualsiasi tipo di movimento della fotocamera.

Detto questo, la stabilizzazione d'immagine viene disattivata durante le lunghe esposizioni notturne o le riprese su treppiede e rimane inutile se la visuale non è sufficientemente chiara da poter mettere a fuoco in modo adeguato. Fortunatamente, le fotocamere del sistema EOS R incorporano sistemi di messa a fuoco automatica all'avanguardia, efficaci anche a valori EV molto bassi.

La tecnologia Dual Pixel CMOS AF sviluppata da Canon e introdotta nel 2013 è ora alla sua seconda versione nei modelli di fotocamera più recenti. Ciascun pixel sul sensore CMOS Dual Pixel è dotato di due fotodiodi indipendenti (le parti del sensore che registrano l'intensità della luce, o luminosità). Il processore della fotocamera confronta i segnali provenienti dai due fotodiodi e, se corrispondono, determina che quel punto dell'immagine è a fuoco. In caso contrario, esamina le coppie di fotodiodi in un gruppo di pixel al fine di calcolare la direzione in cui regolare l'obiettivo per mettere a fuoco l'immagine e l'esatta entità della regolazione necessaria. Questo sistema funziona anche a livelli di luce molto bassi, perché ciò che conta è la forza relativa del segnale tra le coppie di fotodiodi, piuttosto che il livello assoluto.

Inoltre gli altri sistemi AF utilizzano solo un numero limitato di singoli pixel dedicati per l'AF a rilevamento di fase, mentre la tecnologia Dual Pixel CMOS AF utilizza ogni singolo pixel sul sensore di immagine, pertanto l'area AF copre di fatto l'intero fotogramma dell'immagine. Offre inoltre un notevole vantaggio per il tracking di un soggetto all'interno di un fotogramma, perché non c'è alcuno spazio vuoto fra i punti AF. Il sistema funziona tanto nelle foto quanto nelle riprese video e rappresenta una vera e propria rivoluzione per i filmmaker che devono poter contare su una messa a fuoco e un tracking del soggetto impeccabili.

"La tecnologia Dual Pixel CMOS AF ha spinto i limiti dell'AF in condizioni di scarsa illuminazione, offrendo una messa a fuoco automatica in grado di raggiungere valori di -6 EV e inferiori" sottolinea Mike. "Il tracking del viso e degli occhi funziona intorno a -1 EV e la tecnologia consente di utilizzare la messa a fuoco automatica anche ad aperture ridotte".

Le fotocamere del sistema EOS R di Canon sono in grado di mettere a fuoco automaticamente a livelli di luce molto bassi, come mai prima d'ora:¹

• Canon EOS R10: -4 EV
• Canon EOS R7: -5 EV
• Canon EOS RP: -5 EV
• Canon EOS R: -6 EV
• Canon EOS R6: -6 EV
• Canon EOS R5: -6 EV
• Canon EOS R6 Mark II: -6,5 EV
• Canon EOS R3: -7,5 EV

Tuttavia, come sottolinea Mike, "tutti i sistemi AF hanno bisogno di un certo livello di contrasto per riuscire a misurare e a mettere a fuoco". La messa a fuoco automatica non può essere efficace se il livello di luce è talmente basso da non consentire il rilevamento del contrasto o se il contrasto nella scena è troppo basso per essere rilevato. Quando si scatta in condizioni di scarsa illuminazione, a volte è necessario aumentare la sensibilità ISO.

Che cos'è l'ISO? L'ISO è una scala standard usata per misurare la sensibilità alla luce della pellicola o del sensore di una fotocamera digitale. Il nome deriva dall'Organizzazione internazionale per la normazione (International Organisation for Standardisation), che negli anni '70 ha unito i vecchi standard ASA e DIN per le pellicole in un unico standard. Le pellicole a ISO elevato contenevano una maggiore quantità di alogenuro d'argento sensibile alla luce, in genere sotto forma di cristalli, motivo per cui le immagini prodotte da questo tipo di pellicole erano caratterizzate da una grana maggiore. Nella fotografia digitale, un aumento del valore ISO comporta un aumento del guadagno o dell'amplificazione del segnale elettronico prodotto dai fotoni che colpiscono il sensore.

Contrariamente a quanto si crede, questo processo non aumenta di per sé la quantità di rumore dell'immagine, l'equivalente digitale della grana della pellicola. In condizioni di scarsa illuminazione, poiché le informazioni dell'immagine dipendono dalla luce, il rapporto segnale/rumore è intrinsecamente più basso e l'aumento del guadagno non fa altro che amplificare sia le informazioni dell'immagine sia il rumore già presente nell'immagine. Il rumore diventa quindi più evidente.

Le moderne fotocamere Canon tentano di risolvere questo problema con tecnologie di riduzione del rumore in costante miglioramento. "Le funzionalità di riduzione del rumore negli attuali modelli Canon EOS e Cinema EOS sono più avanzate che mai" afferma Mike. Tra queste troviamo algoritmi integrati e automatizzati di riduzione del rumore dovuto a valori ISO elevati (questi algoritmi possono essere applicati a tutti i valori ISO, ma gli effetti sono più evidenti a ISO elevati).

"Ogni fotocamera ha schemi di crominanza e luminanza definiti nel sistema", spiega Mike. "In pratica, queste preimpostazioni basate sulle specifiche del sensore e sulle impostazioni ISO dicono alla fotocamera che, quando un JPEG viene realizzato a un certo valore ISO, deve essere applicato un determinato valore di riduzione del rumore".

Altre tecnologie integrate includono la riduzione del rumore multiscatto, che rimuove il disturbo casuale confrontando più immagini scattate dalla stessa posizione, e la riduzione del rumore a lunghe esposizioni, che utilizza una versione moderna della sottrazione dei fotogrammi scuri per mappare il disturbo a schema fisso generato durante un'esposizione lunga.

Oltre a queste tecnologie, Canon continua a sviluppare sensori ad alto guadagno con un potere risolutivo e un rapporto segnale/rumore migliorati, abbinati a processori d'immagine DIGIC sempre più avanzati. Il design del sensore stacked retroilluminato di EOS R3, ad esempio, combina due strati di circuiti sulla parte posteriore del chip, consentendo di raccogliere più luce e ridurre notevolmente il rumore. Inoltre, consente di inserire una parte maggiore dei circuiti del processore nel sensore stesso. "Riuscire a spostare i convertitori A/D più vicino al segnale significa avere meno possibilità che si presentino interferenze a generare più rumore, in modo da produrre immagini più pulite" rivela Mike.

Inoltre, il design del sensore stacked aumenta la velocità con cui il sensore trasmette i dati dell'immagine al processore DIGIC X della fotocamera, dove, in condizioni di illuminazione estremamente scarsa, le sue capacità di elaborazione possono supportare la riduzione del rumore a ISO elevati.

I sensori CMOS utilizzati nella gamma del sistema EOS R offrono tutti alcuni vantaggi significativi rispetto ai vecchi chip CCD. Innanzitutto, sono più efficienti nella raccolta della luce, il che assicura migliori prestazioni a valori ISO elevati e livelli di rumore ridotti. I fotorecettori hanno anche una maggiore capacità di saturazione, ovvero sono in grado di catturare una gamma dinamica molto più ampia.

Dal canto loro, i filmmaker possono sfruttare la rivoluzionaria tecnologia del sensore Dual Gain Output (DGO) di Canon nelle videocamere professionali EOS C300 Mark III e EOS C70. Sul sensore DGO, ogni pixel viene letto da due diversi livelli di amplificazione in tempo reale. Il segnale di amplificazione più alto cattura i dettagli più piccoli nelle ombre e riduce il rumore, mentre quello più basso cattura i dettagli nelle luci. Le due letture sono poi combinate in una sola immagine estremamente pulita, con oltre 16 stop di gamma dinamica. La tecnologia DGO non consuma più energia di un sensore tradizionale, ma consente di acquisire filmati HDR nitidi anche in condizioni di scarsa illuminazione.

Ma non finisce qui. "È facile supporre che un maggior numero di megapixel si traduca sempre in immagini migliori, ma non è così semplice quando si tratta di fotografia in condizioni di scarsa illuminazione" afferma Mike. Se due fotocamere offrono lo stesso numero di pixel ma una ha un sensore fisicamente più grande dell'altra, la fotocamera con il sensore più grande produrrà immagini di qualità superiore in condizioni di scarsa illuminazione. Ciò è dovuto al fatto che i singoli pixel, o più propriamente i fotositi, del sensore più grande sono fisicamente più grandi di quelli del sensore più piccolo. Così come un secchio più largo raccoglie più acqua piovana rispetto a un secchio stretto, un fotosito più grande è in grado di catturare più luce, il che è fondamentale nella fotografia in condizioni di scarsa illuminazione.

Se invece due fotocamere hanno sensori delle stesse dimensioni, quella con il numero di megapixel inferiore avrà prestazioni migliori in condizioni di scarsa illuminazione, a parità di altre condizioni. Infatti, un minor numero di pixel nella stessa area si traduce in fotositi più grandi e in grado di raccogliere più luce, offrendo un migliore rapporto segnale/rumore.

"È importante tenere presente questo aspetto quando si considerano le specifiche di una fotocamera" afferma Mike. "Con EOS R6 Mark II volevamo continuare a garantire l'efficacia della fotocamera nella più ampia gamma di condizioni possibili, quindi abbiamo progettato un equilibrio ottimale tra il miglioramento della risoluzione e la stessa eccellente capacità di scatto in condizioni di scarsa illuminazione".

La famiglia di fotocamere del sistema EOS R vanta altri vantaggi per la fotografia in condizioni di scarsa illuminazione. In qualità di fotocamere mirrorless, sono dotate di otturatore elettronico che aiuta a prevenire le vibrazioni a bassa frequenza dovute agli elementi mobili di un otturatore meccanico.

Inoltre, i mirini elettronici (EVF) di alta qualità della gamma EOS R offrono vantaggi significativi per la fotografia in condizioni di scarsa illuminazione. Dal momento che è illuminato, l'EVF è in grado di compensare i livelli di luce bassi e di rendere molto più chiara la visione di una scena scarsamente illuminata, permettendoti di vedere con chiarezza il soggetto; al contrario, il mirino ottico (OVF) non consente di vedere al buio. Quando si scatta di notte, come nel caso dell'astrofotografia, un OVF non offre la stessa nitidezza di un EVF. Il mirino elettronico consente inoltre di utilizzare funzioni come il focus peaking e lo zoom con messa a fuoco assistita, che non sono disponibili su un OVF.

Un altro grande vantaggio dell'EVF rispetto all'OVF è la possibilità di vedere un'anteprima in tempo reale della foto che si sta per scattare, con lo Stile Foto selezionato e altre impostazioni applicate. Grazie all'anteprima in tempo reale è possibile regolare l'esposizione prima di scattare, se necessario.

Inoltre, la gamma di obiettivi RF offre ulteriori vantaggi. Il nuovo rivestimento SWC (Subwavelength Structure Coating) e il rivestimento ASC (Air Sphere Coating) di cui sono dotati alcuni obiettivi RF aiutano a prevenire gli effetti ghosting e flare, che spesso rappresentano un rischio quando si scatta immagini con una forte retroilluminazione durante l'alba o il tramonto.

Tutte le fotocamere del sistema EOS R sfruttano la correzione dell'obiettivo e altri dati memorizzati all'interno di ciascun obiettivo in modo da correggere i difetti e le carenze ottiche di ciascun obiettivo durante l'acquisizione delle immagine se si scatta in JPEG o durante l'elaborazione RAW nella fotocamera se si scatta in RAW. La tecnologia Digital Lens Optimizer (DLO) di Canon è in grado di correggere un'ampia gamma di aberrazioni dell'obiettivo nella fotocamera, compresi gli effetti della diffrazione quando si scatta con esposizioni lunghe ad aperture ridotte.

"Canon ha mappato tutti gli obiettivi in diverse posizioni di messa a fuoco, apertura e zoom per scoprire i tipi di aberrazioni che si verificano" spiega Mike. "In questo modo, DLO può applicare le correzioni adeguate, producendo immagini a risoluzione più elevata di quelle normalmente disponibili. Questa tecnologia funziona sia con gli obiettivi RF che con quelli EF quando li si usa con fotocamere del sistema EOS R".

Grazie a tutte queste caratteristiche, dalle rivoluzionarie capacità di stabilizzazione dell'immagine e di messa a fuoco automatica alle avanzate tecnologie di riduzione del rumore, del sensore e del processore, le fotocamere del sistema EOS R e gli obiettivi RF di Canon continuano a superare le sfide cruciali della fotografia in condizioni di scarsa illuminazione, offrendo prestazioni un tempo quasi inimmaginabili.

¹ Prestazioni della messa a fuoco automatica durante lo scatto di foto con un obiettivo f/1.2, punto AF centrale, AF One-Shot a 23°C/73°F, ISO100. Esclusi gli obiettivi RF con rivestimento Defocus Smoothing.