La Nascita della Fotografia Digitale by fotografiadigitale.it

1975, un anno cruciale per la fotografia

Alcune invenzioni, viste con gli occhi del terzo millennio, sembrano quasi galleggiare in un tempo non loro, come se fossero state concepite con troppo anticipo o in ogni caso in tempi più lontani di quanto si possa immaginare. Il fax, ad esempio, sembra incredibilmente avanti per i suoi tempi, se si pensa che fu accettato come brevetto nel 1843. Erano gli anni in cui si muovevano i primi passi con la fotografia in senso assoluto, per intenderci. Il fax fu poi perfezionato dall’italiano Giovanni Caselli e grazie a lui si deve il primo sistema di comunicazione via fax fra Parigi e Lione, nel lontano 1865, ovvero 11 anni prima dell’invenzione del telefono.

La fotografia digitale, divenuta fenomeno di massa solo da qualche anno, affonda le sue radici nei 1975, quasi quarant’anni fa. Giusto per contestualizzare, erano gli anni in cui gli Stati Uniti lasciavano in fretta e furia il Vietnam, Bill Gates fondava Microsoft, nasceva uno dei primi Personal Computer (Altair 8800 con processore Intel 8080), il Concorde partiva per il suo primo volo con passeggeri a bordo e, rimanendo in Italia, la Fiat 500 era ancora in produzione, sebbene solo per pochi mesi.

 

Sembra quasi incredibile che già allora, in un piccolo locale della Eastman Kodak Co., chiamata da sempre semplicemente Kodak, si muovessero i primi passi della fotografia digitale. Un progetto ambizioso, quasi folle, in anticipo sui tempi e abbandonato dopo poco tempo, nel timore che l’evoluzione tecnologica potesse far scomparire, in breve tempo, tutto il mondo che ruotava intorno alla pellicola, danneggiando in primis Kodak stessa.

Eppure il seme da cui poi nacque la fotografia digitale fu piantato proprio allora, così come si riveleranno del tutto fondate le paure di Kodak, pur concretizzandosi decine di anni dopo. Ma torniamo in quella stanza, per capire cosa accadde.

Joy Marshall, prima modella per foto digitali senza saperlo

Non successe per caso, come è spesso accaduto per scoperte memorabili nel campo della scienza e tecnologia. Steve Sasson ai tempi lavorava come ingegnere nel reparto di ricerca di Kodak, e gli venne chiesto di creare qualcosa che potesse catturare immagini, utilizzando i sensori CCD (Charged Coupled Devices) da poco messi in commercio. Doveva capire, insomma, se potevano servire a qualcosa in ambito fotografico.

Quello che ne uscì, dopo mesi di prove e tentativi, fu un buffo prototipo dal peso di circa 4 chilogrammi, in grado di catturare immagini digitali (sebbene all’epoca questo termine non veniva usato, preferendogli perifrasi di vario tipo). Le specifiche? Oggi fanno sorridere: risoluzione di “ben” 0,01 Megapixel (immagini 100×100 pixel!), il tutto memorizzato su un’audiocassetta posta su uno dei lati del macchinario.


Steve Sasson con la prima macchina fotografica digitale (notare l’audiocassetta per la memorizzazione degli scatti)

Interminabile, per gli standard odierni, il tempo per memorizzare lo scatto sull’audiocassetta: 23 secondi, a cui va aggiunto il tempo, del tutto imprevedibile, per scaricare lo scatto e visualizzarlo su un televisore dell’epoca. Nello stesso anno infatti nasceva il primo Personal Computer per come oggi viene inteso, motivo per cui erano prototipi anche gli strumenti dei passaggi successivi allo scatto, fatta eccezione per il televisore.

Fra i primi scatti in digitale, ad oggi irreperibili, vi è quello a una collega, Joy Marshall, per quanto emerge dai racconti di Steve Sasson. Immagine rigorosamente in bianco e nero e di qualità fortemente discutibile provocarono allora il disappunto della prima modella ritratta da una macchina digitale, che ha dichiarato di non essere assolutamente al corrente, all’epoca, di cosa stesse facendo Steve con quell’aggeggio in mano.

Eppure, oggi, questi primi approcci a una tecnologia così diffusa e amata appaiono fin romantici. Sempre Steve ricorda il periodo come uno dei più euforici e frustranti al tempo stesso, motivati dall’entusiasmo per una tecnologia nuova creata dal nulla ma dai risultati assolutamente non gratificanti. Fu però un passo fondamentale per il mondo della fotografia, sebbene abbandonato per qualche tempo.

Steve creò la macchina, ma la quasi totalità delle apparecchiature odierne dotate di un sensore, con poche eccezioni, devono moltissimo ad un altro personaggio semi sconosciuto, ovvero Bryce Bayer. Parliamo proprio di lui nella prossima pagina.

Bryce Bayer, l’uomo che diede il colore al digitale

Un’invenzione dell’epoca ha posto quelle basi solide su cui appoggia ancora oggi il grosso della produzione. Stiamo parlando del filtro Bayer, noto agli appassionati ma sconosciuto a molti. A questo filtro, posto a ridosso del sensore, spetta un compito non indifferente: darci informazioni sul colore nei nostri scatti digitali, in modo fedele, anche se il sensore di suo è in grado di cogliere solo scale di grigi. Un po’ come ridare la vista perfetta a un daltonico, utilizzando un metodo geniale nella sia semplicità.

Quasi tutti i sensori utilizzati nella fotografia digitale, CCD o CMOS che siano, sono per loro natura in grado di captare, a livello di singolo fotodiodo, le variazioni di luce. In altre parole, i fotodiodi sono in grado di trasmettere un segnale elettrico direttamente proporzionale ai fotoni che lo hanno raggiunto. Tutto qui, non fanno altro. Tutto questo può bastare per formare un’immagine in bianco e nero (o più correttamente in bianco, nero e toni di grigio), ma non basta certo a formare un’immagine a colori, in quando manca del tutto una sensibilità alle lunghezze d’onda e di conseguenza ai colori.


(Ecco l’immagine in scale di grigi come esce dal sensore, a monte del filtro Bayer – software utilizzato Dcraw)

Questo fu il grande scoglio contro cui si scontrò, inizialmente, Bryce Bayer. La fotografia a pellicola era già in grado di offrire immagini a colori a chiunque, non certo solo al professionista, oltretutto di qualità ottima. Che futuro poteva mai avere un apparecchio come quello del collega se non fosse stato in grado, almeno, di restituire immagini a colori?

Poi ebbe l’intuizione. Il filtro ideato da Bayer si basa per certi versi su uno stratagemma, una “trappola” tesa ai fotodiodi: mettere di fronte a ogni singolo fotodiodo uno strato di colore definito, in modo da filtrare una certa lunghezza d’onda nota, e si conseguenza capire non più solo l’intensità di luce (ovvero fotoni) che arriva sul singolo elemento, ma anche con quale lunghezza d’onda. Ci penserà in seguito un algoritmo a rimettere tutto a posto, in base a quello che hanno captato i fotodiodi nelle immediate prossimità. Ne parliamo dopo, non è semplicissimo.

Scelta dei colori del filtro, complessità degli algoritmi di conversione, prove e continui fallimenti devono aver fatto perdere numerose ore di sonno al buon Mr. Bayer, a quei tempi soggetto agli stessi, contrastanti sentimenti del collega Steve Sasson: euforia mista a frustrazione, ovvero ciò che si prova quando si sente di avere fra le mani qualcosa di importante, ma non riuscire ancora a farlo emergere in modo convincente. Dopo differenti prototipi Mr. Bayer arrivò alla conclusione che un sistema del genere poteva funzionare, e si mise al lavoro.

Alla fine ci riesce. Possiamo immaginare l’orgoglio quando il suo brevetto venne approvato: il giorno era il 20 luglio del 1976. Apple era nata da poco più di tre mesi ad opera di due giovincelli di nome Steve, del tutto inconsapevoli del fatto che oltre 30 anni dopo milioni e milioni di telefoni e tablet ne avrebbero integrato la tecnologia descritta.

Il filtro di Bayer e i giorni nostri

Fra le problematiche maggiori vi fu quella di capire con quale schema porre di fronte ai fotodiodi i filtri colorati, nonché il colore dei filtri stessi. Il problema non è certo semplice. Si trattava infatti di capire quali degli innumerevoli colori presenti nello spettro fossero più congeniali alla ricostruzione postuma di un’immagine digitale a colori fedeli. Potrebbe sorgere spontanea una domanda: perché non puntare direttamente ai primari in senso assoluto, ovvero giallo, ciano e magenta, e dalle informazioni raccolte mediate dall’algoritmo procedere con le relative mescolanze e conversioni?

Sicuramente ci provò, ma alla fine la scelta ricadde su rosso, verde e blu (RGB, Red, Green, Blu), ritenuti primari nel contesto di una mescolanza additiva (non sono primari in senso assoluto, ma solo nel singolo contesto). La scelta affonda le proprie radici nel confronto con fisiologi, oculisti e con le conoscenze sull’occhio umano in genere, molto sensibile di suo alle lunghezze d’onda del verde.

Alla fine il pattern che risultò più azzeccato, mediando fra complessità di calcolo e fedeltà colore, era quello di una matrice 2×2, ovvero 4 filtri di fronte ad altrettanti fotodiodi, costituita da 2 filtri verdi, uno rosso e uno blu. La matrice venne poi replicata per tutta la superficie del sensore. Ogni fotodiodo, quindi, legge la luminosità specifica in quel punto per un solo colore.

Interviene a questo punto un processo particolare, chiamato demosaicizzazione. In parole semplici, un algoritmo è in grado di elaborare i colori che mancano prendendo come riferimento i valori ottenuti dai fotodiodi adiacenti, utilizzando l’interpolazione. Il processo è stato ovviamente semplificato al massimo, poiché esistono algoritmi più o meno raffinati evolutisi nel tempo operanti in maniera differente, sfruttando anche matrici differenti, ma serve a capire l’importanza del sistema nel suo complesso.

La risultante del tutto è un’informazione costituita dai valori di rosso, verde e blu riferiti al singolo pixel, sebbene il fotodiodo corrispondente abbia captato, di fatto, solo la luminosità relativa a un solo colore (quello del filtro posto fra il fotodiodo stesso e la fonte di luce).

Oggi esistono anche altri tipi di sensori, ad esempio i Foveon, che fanno vita all’immagine e al colore in maniera differente. Eppure la quasi totalità degli apparecchi digitali, siano essi videocamere o fotocamere comprese quelle integrate dei telefoni, sfruttano a distanza di quasi 40 anni il filtro Bayer.

Addio, Mr. Bryce Bayer

Questo articolo ci ha permesso di ripercorrere alcune fasi della nascita della fotografia digitale, divenuta ormai una disciplina in cui miliardi di persone si cimentano giornalmente, a prescindere dal modo e dall’approccio. La prima fotocamera interamente digitale, che utilizzava come “memory card” un’audiocassetta, è stata per molti versi rivoluzionaria, sebbene abbandonata subito dopo la sua creazione.

Lo spunto per queste pagine è venuto dall’addio, quasi in sordina, dell’inventore del filtro Bayer e dei primi algoritmi di demosaicizzazione, che hanno reso possibile il passaggio al colore in ambito di digital imaging. Mr Bayer se ne è andato all’età di 83 anni, nel suo Maine, USA, proprio qualche giorno fa.

Non potendocelo raccontare, possiamo solo immaginare con quale orgoglio Mr. Bayer abbia assistito al diffondersi della fotografia digitale nel corso degli ultimi anni, pensando che ogni apparecchio portava all’interno una sua creazione, resistita a quasi 40 anni di progresso e scoperte scientifiche.

Un po’ in tutte le branche del sapere, dell’arte e della cultura esistono personaggi più o meno famosi, senza che la fama sia per forza commisurata al merito. Sicuramente vi sono molti personaggi che sono molto meno conosciuti di quanto dovrebbero e Bryce Bayer era fra questi, tanto che nemmeno su Wikipedia possiamo trovare una biografia o un minimo di informazione a riguardo (mentre se ne trovano dei “tronisti”).

Andato in pensione negli anni ’90, non ha cercato fama e successo. Si è semplicemente ritirato, gustandosi il tempo libero e godendosi la sua privacy. A lui va il nostro saluto e il nostro ringraziamento, poiché il lavoro da lui svolto è di beneficio quotidiano agli appassionati di fotografia, e non solo.

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Informazioni su lucachepassione

Amante della tecnologia (ma non solo) adopera le proprie doti analitiche per consulenze varie.. dagli acquisti alla vendita alle passioni in genere..

Pubblicato il 27 novembre 2012 su 1) TECNOLOGIA & Offerte. Aggiungi ai preferiti il collegamento . Lascia un commento.

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