"Alone" in the Scanner

5 Settembre 2005

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Premessa

Gli attuali scanner per pellicola presenti sul mercato svolgono il proprio lavoro in maniera generalmente egregia: risoluzione, gamma dinamica, resa del dettaglio nelle ombre e la funzione di riduzione di polvere e graffi (ICE) hanno raggiunto oramai un livello qualitativo tale da rendere questi apparecchi appetibili sia da "amatori evoluti” che da professionisti.

I test di laboratorio su riviste e siti web specializzati aiutano certamente nella scelta dell’apparecchio migliore per le nostre necessità ma, come spesso accade, finiscono per tralasciare alcuni aspetti meno “commerciali” che all’atto pratico si possono rivelare decisivi.

Questo articolo vuole mettere in evidenza uno di questi “aspetti secondari” che talvolta sfugge ad una analisi veloce dell’immagine scandita: mi sono preso la licenza di definirlo "effetto Alone”, ovviamente nel senso italiano della parola a dispetto del titolo di questo articolo!


Come si manifesta l'effetto Alone

L’effetto, o meglio il difetto, consiste in una dispersione di luce lungo la direzione del CCD dello scanner che si evidenzia maggiormente quando un’area della diapositiva poco densa (luminosa) si viene a trovare in posizione adiacente ad una molto densa (scura). Il concetto è lo stesso anche per le pellicole negative, ma ovviamente l’effetto è opposto: in questo caso saranno le aree scure ad influenzare le aree chiare adiacenti.

Qui di seguito è riportato un esempio di come si può mostrare l’"effetto Alone” nella scansione di una diapositiva che è stata realizzata appositamente per questa prova, riprendendo lo schermo del PC con un'ottica macro:


Diapositiva inserita nel verso corretto (Nikon LS-5000, effetto enfatizzato)


L'effeto è stato volutamente enfatizzato con l'applicazione di una curva in Photoshop per renderlo più leggibile e quindi valutabile. Come si vede l’effetto Alone provoca una diffusione di luce distribuita secondo la lunghezza del sensore, che normalmente è disposto lungo il lato corto del fotogramma e scorre per i 36mm della lunghezza (oppure rimane immobile e viene spostato il carrello portapellicola, come si verifica nei Minolta). Ecco cosa accade se cambiamo verso alla diapositiva (inserendola nella direzione errata):


Diapositiva inserita nella direzione errata (Nikon LS-5000, effetto enfatizzato)


Come si vede l’alone si presenta adesso nella direzione perpendicolare rispetto al caso precedente, in quanto la diapositiva è stata ruotata nel vano dello scanner ma il CCD è ovviamente rimasto nella stessa direzione. Questa ultima prova conferma che il fenomeno avviene lungo la direzione del sensore ed inoltre esclude la possibilità che il tutto sia viziato da un problema di flare in fase di ripresa.

Quel che è certo è che questo effetto, laddove sia presente in misura rilevante, risulta dannoso per la qualità di immagine in quanto introduce un effetto simile al flare che provoca aloni attorno alle aree luminose e dunque anche perdite di contrasto locale.


Il Test

Ho sottoposto al test vari scanner per pellicola di recente progettazione: Nikon Coolscan LS-50, Nikon Coolscan LS-5000, Minolta Elite 5400 II e infine un’ottimo scanner multiformato che accetta pellicole fino al formato 6x9cm, il Minolta Multi-Pro. Come si vede si tratta di scanner di elevata qualità ma appartenenti a fasce di prezzo differenti. I più economici sono il Nikon LS-50 e il Minolta Elite 5400II, il Nikon si pone nella fascia di prezzo superiore mentre il Minolta Multi-Pro, anche per via della sua capacità di lavorare fino al medio formato, ha un prezzo decisamente superiore.

Il test è stato eseguito utilizzando una diapositiva abbastanza "ostica", con ampie zone scure che contengono dettagli e una zona molto luminosa al centro. Le scansioni originali sono state effettuate utilizzando i sofware forniti dalle case costruttrici. Questi i parametri impostati: esposizione automatica, fuoco automatico, risoluzione impostata al massimo (quella ottica, senza interpolazioni), profondità colore 16bit, singola passata, conversione finale allo spazio di lavoro Adobe RGB. Qualsiasi altra opzione accessoria è stata disabilitata, ICE compreso. Al termine delle necessarie post-lavorazioni, tra cui l’equalizzazione del punto del nero e il bilanciamento del livello di dettaglio nelle ombre, le immagini sono state riportate a 8bit/colore e convertite nello spazio colore sRGB, quindi salvate in JPEG in qualità 12.

La scarsa intensità di questi aloni (in senso assoluto) rende molto delicata la loro visualizzazione via web sui personal computer dei quali ignoro lo stato di calibrazione e il sistema operativo installato. La peggiore condizione è quella con monitor non calibrato su sistemi Windows, mentre la condizione ideale si ha con un monitor calibrato e profilato su sistemi MacOSX che garantiscono la conversione delle immagini al profilo del monitor con qualsiasi applicazione (mentre in ambiente Windows questo accade solo con applicazioni che si fanno carico dell'operazione, come ovviamente Photoshop. Per chi fosse interessato ad approfondire l'argomento consiglio la lettura dell'articolo sulla calibrazione e profilazione dei monitor). Di fronte a questa incertezza ho deciso di elaborare le "immagini originali" in modo da ottenere dettaglio nelle ombre leggermente superiore a quello che avrei utilizzato per ottenere un'immagine fedele alla diapositiva, in modo da essere certo che in qualunque condizione di visualizzazione l'effetto risulti visibile. In tutte le immagini e ritagli presentati sarà dunque possibile avere un'idea dell'impatto e verificare le differenze tra i vari modelli di scanner, mentre per valutare con precisione l'entità degli aloni vi invito a scaricare le immagini in alta risoluzione utilizzando i link presenti in coda a questo articolo.

Qui di seguito sono riportate le quattro immagini complete in versione "originale". Ho optato per la completa desaturazione delle immagini al fine di concentrarsi solo sui valori di luminosità, senza le distrazioni dovute alle eventuali differenze di resa dei colori. Accanto a ciascuna immagine è stato riportato l'istogramma relativo alla situazione originale in AdobeRGB, ovvero prima della conversione a sRGB per il web.

Immagine completa - Originale

Istogramma in AdobeRGB

Nikon
LS-50
Nikon
LS-5000
Minolta
Elite 5400 II
Minolta
Multi-Pro


Ai bordi delle aree luminose si può notare, anche se in forme e misure differenti, l'azione dell'effetto alone. Al fine di approfondire lo studio del fenomeno, ho successivamente rielaborato le immagini "originali" aumentando in maniera consistente il livello di dettaglio nelle ombre. Qui di seguito trovate quindi una serie di tre immagini per ciascuno dei quattro scanner: la prima è una versione che riporta l’immagine nella sua integrità con l’effetto volutamente enfatizzato; la seconda mostra invece un dettaglio significativo, sempre enfatizzato; la terza mostra invece l’effetto "originale" dello stesso dettaglio (ovvero si tratta di un ritaglio delle immagini mostrate in precedenza).


Immagine completa - Enfatizzata

Ritaglio - Enfatizzato

Ritaglio - Originale

Nikon
LS-50
Nikon
LS-5000
Minolta
Elite 5400 II
Minolta
Multi-Pro

Come si può facilmente notare tutti gli scanner testati mostrano l’effetto Alone, anche se in modo e in misura differente. I modelli Nikon mostrano un effetto più concentrato: l’alone è presente solo nelle immediate adiacenze della zona luminosa. Inoltre, analizzando anche la dia presentata all'inizio di questo articolo, si percepisce una sorta di "effetto Eco", ovvero le geometrie delle aree luminose sembrano ripetersi all'interno delle aree scure adiacenti.

In casa Minolta l’effetto è presente ma in forma diversa: le zone di luce provocano una banda che si estende su tutto il fotogramma e l’intensità non si attenua più di tanto scorrendo verso la periferia dell'immagine. Tuttavia l'impressione che ho riscontrato è che i Minolta tendono un po' a comprimere le informazioni nelle zone d'ombra, come si può intuire anche dagli istogrammi presentati in precedenza: la cosa migliore per verificare questa mia impressione è scaricare e valutare con attenzione le immagini in alta risoluzione.


Quali sono le possibili cause di questo effetto?

Prima di provare a rispondere a questa domanda, iniziamo ad escludere quelle che certamente non sono le cause.

Non si tratta sicuramente di sporco penetrato su specchio/ottica/CCD dello scanner, dato che l'anomalia è stata riscontrata su tutti gli scanner, molti dei quali nuovi appena sballati. Inoltre anche la differente geometria dell’alone riscontrata su questi scanner porta ad escludere questa possibilità.

Escludo i disturbi elettromagnetici provenienti dall’ambiente esterno, dato che le prove sono state effettuate con gli scanner in posizione distante dal PC e da altri apparecchi elettronici; inoltre le prove sono state ripetute in ambienti diversi molto distanti tra loro.

Escludo anche i disturbi provenienti dalla rete 220V perché gli effetti riscontrati sono stabili nel tempo e nelle diverse locazioni in cui sono stati provati.

Per quanto riguarda eventuali responsabilità dell'ottica macro incorporata negli scanner, mi sento di escluderle con certezza per quanto riguarda i Minolta, vista la geometria del disturbo a bande. Una discussione in merito potrebbe invece aprirsi per quanto riguarda i Nikon, vista la forma e la dimensione degli aloni, tuttavia le tracce di "effetto Eco" rilevate tendono ad escludere questa possibilità anche per questi modelli.

Quali le cause, dunque?

E' difficile individuare con certezza il problema, potendo analizzare solo visivamente gli effetti senza poter fare rilevamenti dei segnali interni allo scanner, per i quali necessiterebbero attrezzature e professionalità non facilmente reperibili. Potrebbero addirittura esserci cause molteplici, a dipendenza dei componenti utilizzati nei vari modelli.
Una possibilità è certamente rappresentata dal "Blooming", difetto che si può osservare con le fotocamere digitali quando si inquadra un forte sorgente luminosa, di cui è responsabile il sensore (nel caso degli scanner un CCD). In breve, quando una singola cella del sensore (pixel) è investito da una quantità di luce tale raggiunge il livello di saturazione, perde la propria capacità di incamerare carica elettrica. La parte eccedente di carica viene dispersa nei pixel adiacenti provocando un aumento della carica in essa accumulata. In alcuni casi questa dispersione provoca addirittura la saturazione dei pixel adiacenti, come si può dedurre dall'immagine riportata qui di seguito:

Come si può presentare il Blooming con il sesnsore CCD della Nikon D70


I costruttori di sensori hanno cercato di porre rimedio in vari modi al Blooming, ma evidentemente esiste un limite oltre il quale il fenomeno si manifesta comunque. Per chi volesse approfondire l'argomento può trovare ampia documentazione sul web, anche se quasi esclusivamente in lingua inglese. Il sito di Photometrics è ad esempio un'ottima fonte di informazioni a riguardo.

Tornando al caso specifico, se l'effetto Alone deriva da un debole Blooming del sensore, la cosa in parte mi stupisce dato che negli scanner l'intensità della sorgente luminosa è un dato di progetto e non una variabile che deriva dalle condizioni di ripresa, come ad esempio accade per le fotocamere digitali. In effetti il CCD di uno scanner non dovrebbe mai avere zone in saturazione, pertanto -sempre in teoria- non si dovrebbe mai innescare il Blooming.

Se confrontiamo poi la risposta dei due modelli Nikon, risulta abbastanza evidente come il modello più economico LS-50 si comporti meglio del LS-5000, nonostante montino entrambi un sensore trilineare da 4000dpi. Anche in questo caso le spiegazioni si possono solo ipotizzare: secondo me potrebbe trattarsi di una diretta conseguenza della maggiore velocità di scansione (appena 20secondi a 4000dpi!) del LS-5000 che potrebbe determinare una non completa scarica dei pixel del sensore tra una lettura e la successiva. In questo caso il prezzo da pagare per un tempo di scansione dimezzato rispetto al modello LS-50 sarebbe secondo me troppo alto, perlomeno in tutte le applicazioni in cui la qualità della scansione ha priorità assoluta. Infatti c'è da notare che negli scanner possiamo rilevare aloni anche in una immagine che ritrae semplicemente una tazzina bianca su fondo scuro, mentre nel caso delle fotocamere digitali l'effetto è visibile (anche se in maniera più perentoria) solo inquadrando forti sorgenti luminose.

Il dato di fatto è che purtroppo si tratta di un anomalia alla quale l'utente non può porvi rimedio, nè agendo sui settaggi del software di scansione nè tantomeno agendo sull'hardware.


Conclusione

Il Nikon LS-5000 sembra essere lo scanner che accusa maggiormente il problema, ma è altrettanto vero che ha una resa dei dettagli nelle ombre davvero straordinaria e che il livello di rumore è estremamente basso anche senza ricorrere alla tecnica della passata multipla. Il Nikon LS-50 mostra aloni leggermente meno intensi, a dispetto della fascia di prezzo inferiore.

I Minolta sembrano dunque uscire vincenti, perchè l'effetto è più esteso ma in definitiva meno percepibile data la sua bassa intensità. Un risultato da mettere in evidenza è quello del Minolta Elite 5400II che, pur appartenendo ad una fascia di prezzo decisamente inferiore al Multi-Pro, ha dimostrato di contenere abbastanza bene l'effetto Alone.

Classifiche a parte, ciò che emerge da questo test è che gli scanner in prova forniscono immagini sulle quali gli eventuali lavori di post-produzione nelle zone più scure possono rivelarsi difficoltose a causa dall’enfatizzazione degli aloni e dalle perdite di contrasto. Inoltre la correzione di questi artefatti può richiedere molto tempo, dato che bisogna intervenire manualmente sulle singole aree interessate.

In definitiva questo difetto non compromette certo il giudizio complessivo di queste macchine che risultano veloci, affidabili e con una resa delle scansioni per certi versi entusiasmante (ad esempio la resa del sistema ICE4 è davvero superba). Sarebbe però opportuno che i costruttori provassero a limitare maggiormente questo problema, piuttosto che incrementare sempre più velocità e risoluzione: quest'ultima in particolare rappresenta una buona “esca commerciale” ma oltre i 3-4000dpi non fornisce alcun vantaggio all’atto pratico.


Download

Per una migliore valutazione dell'entità assoluta dell'effetto Alone scaricate le immagini test intatte in alta risoluzione (1500dpi) utilizzando i link sottostanti. I files originali delle scansioni sono stati normalizzati allo stesso punto di nero e le ombre sono state leggermemte enfatizzate in modo da rivelare un livello di dettaglio simile a quello che si osserva dalla diapositiva originale traguardata sul tavolo luminoso. Non è stato attivato il sistema ICE e non è stata applicata alcuna maschera di contrasto. Le immagini sono state salvate in formato Jpeg in qualità 11 e pesano circa 600Kb ciascuna. Provate ad incrementare la leggibilità delle ombre usando i metodi da voi preferiti per valutare con precisione l'impatto anche in funzione delle vostre necessità di post-produzione e al vostro gusto. Se possedete Photoshop potete provare anche ad impartire il comando Image/Adjustment/Equalize: l'immagine diventerà inutilizzabile ma verranno rivelati tutti i dettagli presenti nelle basse luci.
Raccomando ancora una volta l'utilizzo di un monitor opportunamente calibrato e profilato, inoltre per chi possiede un sistema operativo Windows consiglio di visualizzare le immagini con un software che gestisca i profili ICC, quale ad esempio Photoshop dalla versione 5.0 in poi.

Test image Nikon LS-50 Test image Nikon LS-5000 Test image Minolta Elite 5400II Test image Minolta Multi-Pro


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