Cinema digitale - Introduzione delle videocamere digitali nel cinema, il caso Red One Camera

Introduzione - il cinema digitale
“[..] «cinema digitale». Un’espressione,  
quest’ultima, tanto onnipresente e  
onnicomprensiva da risultare spesso  
improduttiva [...]1”
Davide Cazzaro
Il cinema e il digitale. Nell'ultimo decennio il binomio più acclamato e bistrattato,  
che  ha  infarcito  decine  di  discorsi  e  discussioni,  senza  però  essere  mai  compreso  
appieno. Il “cinema digitale” è sulla bocca di tutti, tra entusiasti e detrattori, tra finti esperti  
e professionisti che quotidianamente ormai ci lavorano. 
La tecnologia  digitale  è  entrata  nel  mondo della  settima arte  grazie  agli  effetti  
speciali, o meglio sarebbe definirli effetti visuali, la cui lavorazione è diventata più veloce  
con la traduzione in codice binario dell'immagine, in sostituzione degli  “antichi” metodi  
tramandati dall'epoca di Méliès. In poco tempo questo metodo è passato dall'essere una  
straordinaria necessità per poche scene alla normalità per tutta la pellicola impressionata  
in ripresa, dando il via ad una riorganizzazione di tutta la fase di post produzione, che  
prende in parte spunto dalla tecnica televisiva. Assieme ai proiettori di ultima generazione,  
poi, con la mutevolezza del loro risultato visivo dovuta alla manovrabilità di tutti i parametri  
– luminanza, crominanza, etc etc che prima erano standard e non modificabili – si sono  
fatti avanti dubbi sul paradigma della cinematografia secondo cui l'autore delle luci è il  
custode dell'immagine il  quale assicura che ciò che esce dal set è pronto per essere  
quello  che poi  vedrà lo  spettatore.  E per  alcuni  a  dare ancor più  adito  al  dubbio sul  
fondamento del ruolo del direttore della fotografia si sono aggiunte anche le videocamere  
digitali professionali di massimo livello. Videocamere che, allo stato attuale, hanno dato  
vita a parecchie discussioni artistiche, di metodo, di basi del cinema. 
Questo elaborato, concentrato sull'introduzione e l'evoluzione delle videocamere  
digitali di Alta Definizione, si pone l'obiettivo di spiegare il fenomeno, com'è nato e come si  
sta sviluppando, attraverso opinioni e commenti di esperti sia a livello internazionale che  
1 Il moviemaking digitale  a cura di Davide Cazzaro in Segnocinema, Vicenza, Cineforum, 2009, n° 154, pag.  
12.
3
locale. L'idea di  “mettere un po' d'ordine” all'interno di  questa materia ancora confusa  
viene da esperienze dirette con questo nuovo modo di affrontare la produzione di opere  
destinate  –  si  spera  –  al  cinema  e,  in  generale,  alla  trasmissione  video.  La  
contestualizzazione storica effettuata nel primo capitolo dipinge il quadro della nascita e  
dello sviluppo del digitale e il  suo rapporto con il  fraterno antagonista: l'analogico. La  
sezione  successiva  espone  in  maniera  particolareggiata  la  fascinazione,  i  dubbi  e  
l'entusiasmo di registi hollywoodiani che hanno avuto a che fare con questa tecnica e che  
hanno cercato di approfondirne le dinamiche. L'attenzione, infine, si va a concentrare sulla  
Red Digital Cinema Camera Company, società che propone un nuovo modo di pensare al  
cinema e alla fotografia, due mezzi che sempre hanno dimostrato una forte relazione e  
che ora stanno letteralmente convergendo in un unico strumento. 
Per  esprimere al  meglio  questo  mondo di  immagini  create  secondo un codice  
binario,  e  determinate  da un  numero  di  pixel  su  una  superficie,  ho  sia  studiato  casi  
riguardanti  importanti  personalità  del  settore  cinematografico  riconosciute  a  livello  
mondiale, che attinto alla personale esperienza di professionisti che lavorano in questa  
zona  e  che  quasi  quotidianamente  utilizzano  mezzi  così  avanzati.  Cesare  Bastelli,  
Riccardo Guernieri e Lorenzo Pezzano, che ringrazio per la disponibilità, hanno messo a  
nudo  la  loro  esperienza,  dando  un  contributo  importante  a  questo  lavoro.  Il  primo,  
direttore delle  fotografia,  aiuto regista e regista bolognese ha lavorato in  alcune delle  
produzioni  italiane  più  importanti,  soprattutto  con  i  fratelli  Avati  dei  quali  è  stretto  
collaboratore.  Riccardo  Guernieri,  nonostante  la  giovanissima  età,  ha  un  ricchissimo  
curriculum come montatore, operatore e regista di videoclip musicali di caratura nazionale  
nonché  una  considerevole  dimestichezza  in  eventi  live  di  importanza  nazionale  e  
transnazionale  in  cui  ha  usato  frequentemente  attrezzatura  di  tipo  digitale.  Lorenzo  
Pezzano, infine, da svariati anni si occupa di televisione, videoclip, corti e lungometraggi  
ricoprendo vari ruoli, dall'operatore alla fotografia. Vagliando le loro opinioni ho ricostruito  
pregi e difetti della ripresa in digitale, integrandole con commenti di registi e direttori della  
fotografia che hanno dato un contributo molto importante all'evoluzione del pensiero e  
dell'utilizzo del moviemaking digitale.
Infine, come premessa al mio lavoro, vorrei fare una breve puntualizzazione sul  
termine  Alta  Definizione,  spesso  bistrattato  e  mal  adoperato:  esso  nasce  in  
contrapposizione  a  SDTV,  ovvero  Standard  Definition  TeleVision 2,  e  sta  ad  indicare 
2 576 (PAL) o 480 (NTSC) linee di risoluzione verticale delle immagini e frequenza rispettivamente di 25 o  
30 immagini al secondo con scansione interlacciata.
4
risoluzioni video che vanno dal 720p al 1080p (il cosiddetto FullHD), ma spesso viene  
utilizzato in  modo più generico per indicare anche definizioni  cinematografiche,  quelle  
segnate con nK, dove n è il numero di migliaia di pixel lungo l'asse orizzontale. Spesso, 
quindi,  il  termine  Alta  Definizione  o  High  Definition  contratto  in  HD,  va  ad  indicare  
indifferentemente formati  HDTV, tipici  della televisioni  e  primi ad essere utilizzati  nelle  
sperimentazioni cinematografiche, e formati  tipicamente legati al cinema come il 2K e il  
4K.
 
5
1- Il digitale tra foto e video
Due sono fondamentalmente i fattori contro i quali l'evoluzione del video e della  
fotografia digitale combattono: la superficie e la memoria. La superficie dei sensori deve  
essere miniaturizzata, portata ad essere sempre più piccola ma con integrate sempre più  
funzioni,  mentre  i  supporti  devono  essere  capienti:  quanta  più  memoria  possibile  (in  
schede a volte delicate e complesse) per moli  di  dati  sempre maggiore,  perchè l'Alta  
Definizione significa un maggior numero di informazioni. La corsa del passaggio al digitale  
sta proprio in queste due correnti che spingono verso l'unico grande obiettivo di poter  
vedere su uno schermo (televisivo o da proiettore) con una ricchezza di dettagli e colori  
vicina  alla  nostra  vista.  La  percezione  della  macchina  è  modellata  sulla  percezione  
umana, ecco per esempio perchè nelle camere broadcast la luminanza è maggiormente  
considerata rispetto alla crominanza; ed ecco perchè si  cercano le alte e le  altissime  
risoluzioni: il Full HD in televisione, il 2K, il 4K, l'8K e ancora più su nel cinema. 
Questi  standard  hanno  origine  con  scopi  differenti  ma  fortemente  collegati:  il  
comparto televisivo cerca il coinvolgimento dello spettatore “come fosse al cinema”, le  
definizioni cinematografiche (dal 2K in su) nascono a sono a uso e consumo del reparto  
effetti  speciali.  Il  bisogno  sempre  più  impellente  di  manipolare  l'immagine  obbliga  la  
ricerca di  risoluzioni  del  fotogramma abbastanza alte  per  permettere modifiche senza  
perdita di qualità e mantenendo la verosimiglianza. A livello di standard e grandezze i  
nuovi  formati  nascono  dall'aspect  ratio  della  pellicola,  nel  momento  in  cui  si  inizia  la  
profilassi  della  scansione  digitale  per  le  fasi  intermedie  della  post-produzione  
cinematografica. Sebbene non vi sia un unico insieme di dimensioni standard è normale  
riferirsi a "NK" qualità delle immagini dove n è un numero intero (solitamente piccolo) che  
si traduce in una serie di risoluzioni reali, a seconda appunto del formato della pellicola:  
per un aspect ratio 4:3 (circa 1.33) il fotogramma (in qualunque formato esso sia) si adatta  
in orizzontale in modo tale che la risoluzione orizzontale sia esattamente 1024xn punti.  
Per esempio la  risoluzione di  riferimento del  2K è 2048x1536 pixel,  mentre del  4K è  
4096x3072  pixel.  Tuttavia  2K  può  riferirsi  anche  a  risoluzioni  come  2048x1556,  
2048x1080 o 2048x858 pixel, mentre 4K  anche a 4096x3112, 3996x2160 o 4096x2048  
pixel. Il DCI (Digital Cinema Initiatives 3) ha poi definito gli standard: 2048x1080 a 24 fps o 
48 fps per il 2K, 4096x2160 a 24 fps per il 4K.
L'Alta definizione “televisiva”, invece, al momento si ferma al Full HD, oggi creatore  
3 Digital  Cinema Initiatives ,  LLC (DCI):  creato nel  marzo 2002, ed è una joint  venture tra Disney, Fox,  
Paramount, Sony Pictures Entertainment, Universal e Warner Bros. Studios. Lo scopo primario è quello di  
stabilire e documentare le specifiche volontarie per un'architettura aperta del cinema digitale che assicuri  
un livello elevato e uniforme di prestazioni tecniche, affidabilità e controllo di qualità.
6
di grande scompiglio tra rivenditori e clienti di apparecchi televisivi di ultima generazione,  
pur  tendo conto  che  sono in  fase  di  studio  nuovi  formati  come l'UHDTV (Ultra  High  
Definition Television) giapponese.
In  questa  giungla  di  numeri  e  caratteristiche  viene  spontaneo  chiedersi  come  
possano essere compatibili i formati tra una casa produttrice e l'altra e se esista un ente  
super partes capace di  mettere un certo ordine in  questo mondo. Dal  1916 esiste la  
SMPTE, nata inizialmente come SMPE, Society of Motion Pictures Engineers, a cui è  
stata  successivamente  aggiunta  la  T  ad  indicare  Television.  Questa  associazione  
professionale  internazionale  ha  sede  negli  Stati  Uniti  e  riunisce i  tecnici  dell'industria  
cinematografica  e  televisiva  con  la  prerogativa  di  stabilire  gli  standard  internazionali  
nell'ambito del video, dell'audio, della fotografia (anche nel settore medico). Per esempio  
della SMPTE è lo standard delle barre colore, ma ha definito (e definisce) tutti i formati di 
trasmissione  e  registrazione  di  cinema  e  televisione,  nonchè le  interfacce  fisiche  di 
connessione  per  la  trasmissione  di  segnali  televisivi  e  altri  dati  (il  timecode  SMPTE, 
l'interfaccia SDI, etc etc).
Ora diventa d'obbligo fare un passo indietro e capire come si è formato l'attuale  
panorama televisivo e cinematografico; l'evoluzione digitale parte da piccolissimi elementi:  
i sensori.
1.1 La base delle videocamere moderne: sensori e color filter array Bayer
1.1.1 CCD e CMOS: nascita e sviluppo
Alla base delle fotocamere e videocamere contemporanee, siano esse amatoriali o  
professionali, ci sono i sensori. Questi piccolissimi “marchingegni” elettronici nascono in  
tempi  non  sospetti,  quando  ancora  la  tecnologia  digitale  era  pura  sperimentazione  e  
l'utilizzo  di  questi  piccoli  elementi  basati  sui  pixel  (microscopiche  cellette  fotosensibili  
quadrate o rettangolari) era ben lungi dall'essere finalizzato.
Nonostante l'utilizzo primigenio del CCD e l'avvento del CMOS solo in anni più  
recenti, questi ritrovati elettronici  nascono nello stesso decennio e, quasi,  dalla stessa  
azienda: la Fairchild Semiconductor4.
Nei  primi  anni  Sessanta alla  divisione  semiconduttori  della  Bell  Laboratories,  
Williard Boyd e George Smith5 lavorano alla creazione di un nuovo circuito integrato, un  
4 La Fairchild Semiconductor ha poi creato la Fairchild Imagining, a tutt'oggi impegnata nella produzione di  
CCD e Cmos per il mondo foto e video digitale, non tralasciando la branca scientifica.
5 Premiati con il Nobel per la Fisica nel 2009 proprio per il loro lavoro sui CCD. 
7
dispositivo ad accoppiamento di carica formato da uno strato fotoconduttivo capace di  
riceve  l'immagine  dall'obiettivo,  convertirla  in  segnale  elettrico  e  inviarla  ai  circuiti  di  
trasformazione che ne consentono la registrazione o la riproduzione istantanea su mirino  
o monitor di controllo: è un embrionale CCD, ovvero Charge-Coupled-Device. Uscito dai  
laboratori nel 1969, il CCD diventa da subito interesse di molte compagnie, tra cui la già  
rinomata Fairchild Semiconductor, la RCA e la Texas Instruments che si lanciano nello  
sviluppo dell'invenzione,  cosa che del resto fa anche Sony attrezzandosi per produrre  
CCD destinati  ai  propri  camcorder grazie alla  spinta di  Kazuo Iwama.  La corsa vede  
“vincitrice” la Fairchild Semiconductor nel 1973, la quale mette in commercio il primo CCD  
della storia: il famoso 100x100 pixel utilizzato poi dall'ing. Sasson per la sua macchina  
fotografica. 
Qualche anno prima l'ingegnere elettronico Frank Wanlass, impiegato presso la  
Fairchild  Semiconductor,  aveva  compiuto  diversi  studi  su  MOS  (Metal  Oxide  
Semiconductor), NMOS6 e PMOS7 arrivando alla creazione del CMOS8,  Complemetary 
Metal  Oxide  Semiconductor,  ovvero  un  transistor  caratterizzato  dall'accoppiamento  
complementare di semiconduttori sensibili alla luce con dispositivi di lettura degli stessi.  
La peculiarità di questo sistema sta nell'acquisizione delle informazioni poichè ogni pixel è  
letto  singolarmente  e  identificato  dalla  sua  posizione  (secondo  le  coordinate  righe  e  
colonne).
Il livello tecnologico dell'epoca premia il CCD in quanto riesce a esaltarne le ridotte  
dimensioni del pixel e la relativa semplicità, differentemente dal CMOS che per l'epoca  
richiede un livello di precisione e miniaturizzazione ancora non raggiunto. Per questo gli  
anni  Settanta e Ottanta sono caratterizzati  dal  grande sforzo nello  sviluppo dei  CCD,  
mentre i sensori CMOS sono solo periodicamente ripresi in mano, almeno fino agli anni  
Novanta. Solo pochi sporadici intrepidi seguono la via di un minimo sviluppo del MOS:  
Hitachi e Matsushita perseguono lo studio di questa tecnologia soprattutto per camcorder  
dalle alte velocità e basse risoluzioni. 
I primi impieghi nel campo video professionale del sensore originario Bell si hanno  
già attorno agli anni Ottanta, mentre il CMOS dovrà appunto aspettare la metà degli anni  
Novanta (pur con qualche esperimento Canon già a fine anni Ottanta 9).
La predominanza dell'uno sull'altro, tuttavia, non è assolutamente provata, anzi.  
6 Particolare tipo di transistor MOS che si “accende” solo se la tensione presente al gate è maggiore della  
sua tensione di soglia (MOSFET a canale n di elettroni).
7 Particolare tipo di transistor MOS che si "accende" solo se la tensione presente al gate è minore della sua  
tensione di soglia (MOSFET a canale p di elettroni).
8 Brevetto  numero  3.356.858,  “Low  Stand-by  Power  Complementary  Field  Effect  Circuitry”,  datato  5  
dicembre  1967,  richiesta  effettuata  il  18  giugno  1963.  Registrato  presso  United  States  Patent  and  
Trademark Office.
9 Cfr. Gabriele Coassin, Video Digitale: la ripresa , Milano, Apogeo, 2007, pag. 203.
8
Entrambi  i  tipi  di  sensori  convertono la  luce in una carica elettrica,  trasformata poi  in  
segnali elettronici; la caratteristica per cui differiscono è il trasferimento e la conversione  
delle cariche in immagini. A parità di risoluzione in un CCD tutti i pixel sono dedicati a  
catturare la luce e elevata è l'uniformità dell'output -  fattore chiave per la qualità delle 
immagini -, mentre in un sensore CMOS ogni pixel ha il suo convertitore che determina  
un'uniformità  inferiore  e  una  complessità  dei  circuiti  maggiore 10,  pur  risparmiando  sui 
circuiti per il funzionamento di base (che invece sono compresi nel CCD) e sul consumo  
generale del sensore. 
Proprio questo ridotto consumo è uno dei motivi del rinnovato interesse verso il  
CMOS negli anni Novanta: la tecnologia è finalmente adatta per sviluppare le potenzialità  
dell'invenzione di Wanlass e l'idea di un nuovo sviluppo si basa anche sul teorico basso  
costo  della  costruzione  del  dispositivo,  perchè  simile  al  sistema  di  fabbricazione  dei  
normali  transistor.  La pratica però dimostra una certa distanza dalla teoria:  il  costo di  
fabbricazione dei CCD è minore (sia in progettazione e di fabbricazione) in quanto è un  
processo  ormai  maturato  e  ottimizzato  rispetto  alla  lavorazione  necessaria  per  la  
creazione di uno specifico CMOS, sensore già di per se più complesso e soggetto a costi  
di progettazione maggiori. Dal canto loro i sensori CMOS riescono a fornire una maggiore  
integrazione,  dissipazione  di  potenza  inferiore  e  la  possibilità  di  un  sistema  dalle  
dimensioni ridotte, richiedendo però un compromesso tra qualità dell'immagine e costo del  
dispositivo.
Oggi non vi è una chiara demarcazione tra i tipi di applicazione di ciascuno dei  
sensori. In linea generale i progettisti CMOS si sono dedicati a raggiungere un'alta qualità  
dell'immagine, mentre i colleghi dediti al CCD hanno diminuito le loro esigenze di potenza  
e le dimensioni del pixel. Il risultato? CCD a basso costo e bassa risoluzione nei cellulari e  
sensori CMOS nelle fotocamere professionali ad alte prestazioni, in piena contraddizione  
con gli stereotipi del caso.
1.1.2 Varietà di CCD e varietà di CMOS
Attualmente i CCD si attestano su quattro varietà: 
– CCD IT: Interline Transfer. In questa tipologia ogni colonna di pixel è separata 
dalla successiva (interline) in quanto tra le due scorrono i collegamenti per i registri  
dove vengono trasferite (transfer), riga per riga, le cariche elettriche degli  elementi  
fotosensibili;  l'immagine viene così restituita istantaneamente. Questa caratteristica  
10 Nel  circuito  CMOS sono compresi:  un  convertitore  per  ogni  pixel,  filtri  riduzione  rumore  e  circuiti  di  
digitalizzazione.
9
rende il CCD indipendente dalla presenza di otturatori meccanici, e adatto al flusso  
continuo dell'immagine video (vista la possibilità di rimanere esposti alla luce senza  
problemi).  Questo sistema non è però esente da difetti: la ridotta superficie sensibile  
provoca  una  maggiore  sensibilità  all'effetto  Aliasing (ovvero  l'evidente  scalettatura 
delle  linee  diagonali  o  curve)  e  proprio  per  tali  sensori  sono  state  inizialmente  
inventate le microlenti.
– CCD FT: Frame Transfer. I CCD FT hanno un'area sensibile esposta alla luce 
collegata ad un'altra superficie della stessa dimensione, ma tenuta al buio, sulla quale  
vengono trasferite le cariche elettriche tra una scansione e l'altra, nel momento in cui  
l'otturatore elettronico  è  nella  fase di  ritorno quadro.  In  realtà  può lavorare  senza  
otturatore  meccanico,  in  quanto  area  sensibile  può  rimanere  esposta  mentre  
l'immagine viene trasferita da memoria schermata al DSP ( Digital Signal Processor) 
della  camera  o  dell'hard  disk.  Perchè  l'otturatore  allora?  Il  CCD  FT  consente  
disposizione più fitta pixel, raggiungendo una miglior efficienza ottica; riuscendo a far 
stare 3 Megapixel (1440x1080) in appena 1/3”. Di contro viene accentuato il  problema  
dello  Vertical  Smear (ovvero  dilatazione  con  relativo  alone  del  punto  luminoso  in  
corrispondenza del quale si forma una linea bianca lungo l'altezza fotogramma) che  
viene  risolto  per  l'appunto  con  la  presenza dell'otturatore  che  interrompe il  flusso  
luminoso.  Questo  sistema  inizialmente  è  preferito  in  astronomia,  visto  la  minor  
sofferenza dell'effetto aliasing e la totale copertura della superficie da parte dei pixel,  
con  conseguente  rappresentazione  anche  di  piccoli  punti  luce  altrimenti  persi.  
Successivamente  trova  applicazione  anche  nelle  telecamere  broadcast,  mentre  
risoluta un sensore un po' ingombrante per le telecamere compatte. 
– CCD FIT: Frame Interline Transfer. Come si evince dal nome, unisce i vantaggi 
dei  due  sistemi  precedenti,  eliminando  il  Vertical  Smear,  l'otturatore  meccanico e 
l'Aliasing. Ma è anche un sistema meno sensibile rispetto agli altri due. Il CCD FIT è  
formato da cellette di memoria poste in un'area oscurata direttamente a fianco dei  
pixel  sensibili,  con  conseguente  realizzazione  di  pixel  più  piccoli  e  quindi  meno  
ricettivi. Essendo le aree di memorizzazione delle singole informazioni a fianco di ogni  
pixel, il trasferimento è istantaneo e i punti luce troppo forti non hanno il tempo per  
contaminare il trasferimento di carica dei pixel adiacenti.
– Super  CCD:  è  il  formato  proprietario  CCD  della  Fujifilm  creato  dal  1999  
appositamente per le proprie macchine fotografiche. La quarta generazione, datata  
2003, propone un'importante variazione sul tema: i pixel sono ottagonali e disposti su  
file inclinate di 45°, capaci di sfruttare al meglio lo spazio vuoto tra pixel e pixel e  di  
10
catturare  un  maggior  quantitativo  di  luce.  Nella  variante  Super  CCD  SR  ( Super  
dynamic Range)11 subentra anche un'ulteriore particolarità: in ogni pixel sono collocati  
due  photodetector,  cioè  elementi  unitari  fotosensibili  specializzati,  dalle  dimensioni  
reciproche molto diverse. Il fotodiodo dalle dimensioni maggiori raccoglie più luce e  
fornisce migliori informazioni in condizioni di scarsa illuminazione, mentre il più piccolo  
si satura con meno facilità e quindi risulta maggiormente idoneo alla ripresa di zone  
fortemente illuminate. Elaborando opportunamente i dati raccolti dai due fotodiodi è  
possibile ottenere una buona riproduzione dalle alte alle basse luci, con un aumento  
dell'intervallo dinamico della luminosità rispetto ai comuni sensori. Data però l'inusuale  
inclinazione dei pixel, diventa necessaria una conversione dell'immagine che riporti il  
normale orientamento verticale/orizzontale in modo da avere l'immagine in un formato  
standard.  Nei  sensori  Super  CCD  di  quarta  generazione  quest'operazione  viene  
compiuta interpolando un pixel fra ogni paio di fotositi, generando un'immagine di 12  
Megapixel  a  fronte di  un  sensore da 6;  nei  sensori  di  quinta generazione (2005),  
invece,  la  conversione  viene  effettuata  in  altro  modo  (non  diffuso  da  Fujifilm).  
Attualmente siamo all'ottava generazione.
I sensori CMOS, invece, sono stati ultimamente sviluppati secondo due varietà:
– CMOS PPS:  Passive Pixel Sensor.  Prima generazione dei CMOS utilizza la  
tecnologia  dei  pixel  passivi  introdotta  introdotta  nel  1967/8  da  Dyck  e  Weckler,  
ingegneri della Fairchild. Il maggior difetto riscontrabile riguarda le bassi luci, in cui il  
rumore di fondo è dato dalle piccole dimensioni e dalla distanza tra loro dei fotositi, la  
parte sensibile del pixel. Questo difetto comporta una qualità non perfetta soprattutto  
nelle lunghe esposizioni o nelle sottoesposizioni.
– CMOS APS:  Active Pixel Sensor. Sensore di nuova generazione che utilizza 
una tecnologia nata in seno al Jet Propulsion Laboratory (NASA) nel 1992, consente  
l'accesso alle informazioni  di  ogni  singolo pixel,  permettendo la correzione per via  
informatica. Uno dei suoi svantaggi è la minor uniformità tra un pixel e l'altro rispetto  
ad un equivalente sensore CCD.
1.1.3 Foveon
Legato per il momento solo al mondo della fotografia digitale, il sensore Foveon X3  
è  un  meccanismo  ulteriormente  miniaturizzato  grazie  all'eliminazione  del  prisma  che  
permette la separazione del tre colori sui CCD e l'utilizzo di tre sensori semitrasparenti  
11 L'altra è il Super CCD HD, High Definition.
11
uno sull'altro.  Il  funzionamento riprende quello  degli  strati  sensibili  della  pellicola e in  
pratica è un sensore di derivazione CMOS che si comporta come un sensore a 3 CCD  
ingombrando il 90% in meno. Nel Foveon ogni fotosito (equivalente del pixel) è composto  
da tre strati  su ognuno dei  quali  è  collocato un fotodiodo,  cioè il  fotosito  ha le  tre  le  
componenti RGB sovrapposte e catturate direttamente da tre elementi fotosensibili senza  
necessità di interpolazione. Il problema di questo nuovo sensore riguarda la risoluzione:  
per ottenere un'immagine finale da 3,4 Megapixel  occorre avere un sensore con 10,2  
milioni di elementi fotosensibili collocati in 3,4 milioni di fotositi che però danno immagini  
finali con una migliore resa cromatica ed una minore presenza di interferenze. 
Attualmente  questa  controversa  tecnologia  è  utilizzata  dalla  SIGMA in  un  suo  
modello di macchina fotografica Reflex, mentre è totalmente sconosciuta nel mondo del  
video digitale, vista anche la lentezza trasferimento immagine da sensore a buffer che ha  
un limite di 5 fps.
1.1.4 Color Filter Array Bayer
I sensori d'immagine, sia essi CCD che CMOS, sono di per sé monocromatici, cioè  
riescono a rendere il bianco, il nero e la scala di grigi. Il color filter array ha il compito di  
separare e distribuire le tre componenti cromatiche sui diversi pixel del sensore, facendo  
registrare  ad  ognuno  il  segnale  relativo  ad  una  sola  componente  RGB  presenti  
nell'immagine.  Al  processo  di  demosaicizzazione  poi  il  compito  di  dare  forma  
all'immagine:  esso  infatti  è  capace  di  decodificare  le  informazioni  acquisite  dai  CFA  
traducendole in quello che è stato colto dall'apparecchio video, fotografico o scanner. 
Il  color filter array tra i  più conosciuti  è il  Bayer,  nato una decina d'anni dopo i  
sensori d'immagine (nel 1976) dalla mente di Bryce Bayer, uomo in forza alla Eastman  
Kodak. L'invenzione di Bayer consiste in filtro con pattern GRGB (Green, Red, Green,  
Blue) che in sensore distribuisce nel 50% dei pixel (o photosite) la componente verde (G),  
nel  25% la componente blu (B) e nel rimanente 25% la componente rossa (R). I  dati  
grezzi  Bayer  sono  essenzialmente  un'immagine  in  bianco  e  nero  in  cui  ogni  pixel  
corrisponde ad un solo valore di colore specifico. Al fine di ottenere l'immagine corretta, i  
colori  devono essere  ricostruiti  sulla  base  dei  dati  Bayer.  La  ricostruzione avviene in  
automatico  e,  come  per  esempio  avviene  nella  Arri  D  21,  durante  il  processo  di  
campionamento vengono analizzati i pixel dell'intero sensore 2880x1620 e scalati di 1,5  
per ottenere 1920x1080 senza nessun artefatto nell'immagine finale.
Sulla linea del lavoro di Bayer nascono poi altri tipi di CFA dalle diverse matrici  
12
RGBW (Red, Green, Blue, White) o RGBE (Red, Green, Blue, Esmeraldo, utilizzato in  
alcune fotocamere Sony),  o CYYM (Cyan,  due Yellow e Magenta,  utilizzato in alcune  
fotocamere Kodak) oltre ad innumerevoli altre variazioni sul tema.
1.1 I color filter array più comuni
Immagine Nome Descrizione Pattern 
(pixel)
Filtro Bayer
Comune filtro colore RGB. La 
proporzione  è  uno  di  rosso, 
uno di verde, uno di blue.
2x2
Filtro RGBE
Simile  al  Bayer  con  uno  dei 
filtri  verdi  modificato  con  il  
color  Smeraldo.  Usato  in 
alcune fotocamere Sony.
2x2
Filtro CYYM
Uno  ciano,  due  gialli  e  uno 
magenta.  Filtro  usato  in 
alcune fotocamere Kodak.
2x2
Filtro CYGM Uno  ciano,  uno  giallo,  uno 
verde e uno magenta. 2x2
Filtro RGBW Bayer
Tradizionale  filtro  RGB  con 
l'aggiunta del bianco, simile al 
Bayer e al RGBE. Uno rosso, 
uno  verde,  uno  blue  e  uno 
bianco.
2x2
13
Immagine Nome Descrizione Pattern 
(pixel)
Filtro RGBW - 1
Tre  esempi  di  filtri  RGBW 
della Kodak. La particolarità è 
il 50% di bianco.
4x4
Filtro RGBW - 2
Filtro RGBW - 3 2x4
1.2 I primi passi
1.2.1 La fotografia
L'immagine e l'elettronica cominciano ad incontrarsi all'incirca negli anni Sessanta:  
le  prime conversioni  di  immagini  in  movimento  in  impulsi  elettrici  su  nastro  risalgono  
proprio  al  1960,  con  le  sperimentazioni  dei  primi  VTR (Video  Tape  Recorder),  e  poi  
soprattutto grazie all'apporto della NASA, che fa largo utilizzo di queste avanguardistiche  
tecnologie per la mappatura della superficie lunare. Sono gli anni dei primi esperimenti in  
laboratorio,  senza  alcun  impiego  al  di  fuori  della  sperimentazione  né  del  mondo  
industriale-scientifico.
La  ricerca  continua  e  negli  anni  Settanta  è  innanzitutto  il  settore  privato  a  
impegnarsi per superare i limiti della pellicola (sia essa ad uso foto che cinematografico) a  
favore del digitale. La Texas Instruments si affida ad un ingegnere elettronico già coinvolto  
nella  realizzazione della  prima bomba atomica,  ma anche dei  transistor  e  dei  circuiti  
integrati per portare avanti le proprie ricerche, arrivando nel 1972 a registrare il  primo  
brevetto.  L'ingegner  William  Adcock12 inventa  un  sistema senza  pellicola  e  con 
12 L'ingegnere Adcock è stato anche chimico e professore universitario. La sua lunga carriera che si svolse  
tra la prima bomba atomica e la prima macchina fotografica, lo vede anche vice-presidente della Texas  
14
componenti analogici:
“un  sistema  completamente  elettronico  per  la  registrazione  e,  
successivamente,  la  visualizzazione  di  immagini,  include  un  trasduttore  ottico-
elettronico per la generazione di segnali elettronici rispondenti ad un'immagine ottica.  
I  segnali  vengono memorizzati  e successivamente mostrati  in uno schermo. Sono  
previste  attrezzature  per  l'utilizzo  del  segnale  ad  una  velocità  di  scansione  
sincronizzata  con  la  velocità  di  scansione  del  display  in  modo  da  ottenere  
un'immagine stazionaria. 13"
Il  primo brevetto viene rimaneggiato più volte dallo stesso Adcock fino alla sua  
forma definitiva nel 1977. Già in questo prototipo sono presenti le varianti per macchina  
fotografica  e  cinepresa,  basandosi  comunque  sullo  stesso  principio:  dal  ricettore  
dell'immagine si registra l'immagine stessa che viene mostrata da un normale sistema  
video (standard televisivo) grazie all'utilizzo di un'interfaccia.
 Negli  stessi  anni  la  Kodak  porta  avanti  interessanti  studi  sulla  fotografia  e  il  
digitale, che danno buon esito nel 1975 quando l'ingegnere elettronico Steven Sasson  
crea  il  prototipo  della  prima  macchina  fotografica  digitale 14:  la  fotografia  di  una  sua 
collaboratrice è la prima immagine memorizzata dalla macchina, un volto in bianco e nero  
con  risoluzione  di  0,01  Megapixel  generato  in  23  secondi  (più  altri  23  secondi  per  
codificare e vedere l'immagine su schermo). La creazione di questo straordinario oggetto,  
che vede la partecipazione del superiore in grado nonchè comproprietario del brevetto  
Gareth A. Lloyd, comporta un lungo lavoro e il ricorso al materiale più disparato: da un  
converter  analogico-digitale della Motorola Inc, alle ottiche cinematografiche Kodak,  ai  
“piccoli” CCD 100x100 pixel firmati Fairchild usciti solo l'anno precedente. Sotto la guida  
di  un  oscilloscopio  l'ingegner  Sasson  crea la  prima  fotocamera  digitale  al  mondo, 
brevettata poi nel 1978, punto di partenza di un nuovo modo di fare fotografia ma anche di  
una innovativa integrazione con il video.
Fatto  il  primo  grande passo  la  fotografia  digitale  rimane in  secondo  piano  nel  
mercato consumer e professionale, ma ha grande utilizzo nella fotografia astronomica fin  
da subito. Già nel 1974, prima dell'invenzione dell'ing. Steven Sasson, il CCD 100x100  
pixels  Fairchild  viene  utilizzato  con  un  telescopio  ottenendo  le  prime  fotografie  
astronomiche digitali.
Instrument negli anni Ottanta.
13 traduzione di una parte del testo del brevetto n°  4163256  tratto dal database online de United States  
Patent and Trademark Office. Il primo brevetto risale al 27 giungo 1972, per poi essere revisionato nel  
1974, 1975, 1976 fino all'ultimo del 23 giugno 1977. Cfr. http://www.uspto.gov/index.html .  
14 brevetto n° 4131919 del 31 luglio 1979 registrato presso United States Patent and Trademark Office.
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