Autore Topic: Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro  (Letto 1182 volte)

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Offline Sardosono

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Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« il: Lunedì, 05 Settembre 2016, 17:51:06 »
Alla fine mi sono deciso a scrivere questo pezzo, meglio tardi che mai! L'ho diviso in due parti: la prima dedicata a chiarire - spero! - cosa sia ed in cosa consista realmente il processo di interpolazione che è il cuore della demosaicizzazione (che comprende anche altro, ma non ne parleremo in questa sede), mentre la seconda riguarderà il sensore Foveon Quattro ed anche in questo caso cercheremo di chiarirci le idee e liberarci dalle sciocchezze che circolano in rete e che hanno avuto un'impennata negli ultimi tempi.



Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
ovvero cosa sono e perché non hanno nulla a che vedere tra loro



Parte Prima - Interpolazione nei Sensori a Mosaico


La demosaicizzazione dell'informazione prodotta dai sensori a mosaico è ottenuta fondamentalmente mediante l'applicazione di un "algoritmo di interpolazione cromatica spaziale, basata sugli assunti ipotetici che: 1) il gradiente di luminanza tra due pixel adiacenti sia pari al rapporto tra la differenza di luminanza e la distanza spaziale degli stessi; 2) la luminanza complessiva di ogni fotosito sia pari alla somma dei valori cromatici calcolati."
Tali assunti, però, non hanno e non trovano alcun riscontro nella realtà, né teorico né pratico, ma sono adottati unicamente perché tra tutti gli assunti possibili sono quelli che meglio di ogni altro ingannano l'occhio umano.

Chi realmente comprende appieno la definizione sopra riportata tra virgolette, non necessità di alcuna ulteriore spiegazione per calcolarsi da solo l'attendibilità attesa dei risultati ottenuti tramite tale preteso "processo di ricostruzione": potrà quindi constatare per proprio conto dai calcoli fatti che tale attendibilità è sostanzialmente nulla e, di conseguenza, sapere per certo e per proprio auto-convincimento che il processo di interpolazione non è in grado di ricostruire alcunché, poiché ciò che produce non è e non può essere informazione ma è soltanto "ipotesi", alla quale ipotesi non spetta neanche il diritto di fregiarsi dell'aggettivo "ragionevole" (che è riservato ai casi che presentano un grado di attendibilità apprezzabilmente superiore a 0.5). Anzi, per dirla tutta, chi è in grado di procedere per proprio conto molto probabilmente non perderà neanche un istante a fare alcun calcolo perché la cosa gli apparirà del tutto evidente, ma in un caso o nell'altro per lui sarà comunque una questione di fatti e non di opinioni.

Chi invece non è in grado di verificare formalmente in modo autonomo si trova nei guai, perché per lui tutto si riduce al confronto della propria opinione contro quelle altrui, senza alcun modo per far assurgere una di queste al rango di fatti: o decide di fidarsi dell'opinione di terzi oppure della propria, ma in un caso o nell'altro per lui sarà comunque una questione di opinioni e non di fatti.

Ovviamente ciò non riguarda specificatamente la questione dell'interpolazione, ma la situazione è identica per qualunque argomento tecnico-scientifico per il quale non si possiedano sufficienti basi per procedere in modo autonomo "infischiandosene" delle opinioni degli altri.

Purtroppo è assolutamente impensabile affrontare qualsiasi argomento tecnico-scientifico sviscerandolo dalle basi (o quantomeno certamente non in questa sede e in ogni caso il tempo necessario sarebbe degno di miglior causa), quindi di seguito cercherò di fare l'unica cosa sensata e fattibile, ossia di presentare i fatti in forma discorsiva (che ovviamente la maggior parte dovrà necessariamente considerare alla stregua di mia opinione personale da confrontare con la propria), sperando di riuscire a renderla sufficientemente comprensibile da risultare utile. Vediamo perciò di tradurre in soldoni la definizione che abbiamo visto sopra, analizzando in concreto un esempio base del processo di interpolazione.

Partiamo da un pixel verde e procediamo con l'assegnare al fotosito i valori per gli altri due colori. Prendiamo i due pixel adiacenti del rosso (che saranno in orizzontale o in verticale), facciamo la media tra i due e questo sarà il nostro valore di base; poi prendiamo i due pixel sempre di rosso più vicini sull'altro asse (che non saranno adiacenti) e facciamo la media anche fra questi. Adesso, se queste due medie saranno uguali questo sarà il valore di rosso che assegneremo al pixel, se invece sono differenti faremo una media tra i due valori, ma assegnando ad essi un peso che sarà inversamente proporzionale alla loro distanza dal pixel verde di partenza. Dopo di che ripeteremo identicamente il procedimento per assegnare un valore al blu. Nei mosaici RGBG (cioè con due pixel verdi per ogni blu e rosso) il processo finisce qui ed il valore di luminanza complessiva del pixel è dato dalla semplice somma dei tre valori cromatici. Applicheremo poi l'intera procedura per ogni fotosito, escludendo quelli perimetrali per i quali non avremo a disposizione pixel esterni (per questa ragione i sensori hanno sempre almeno un pixel in più per ogni lato rispetto all'immagine effettivamente prodotta). La sostanza del procedimento è tutta qui, davvero molto semplice.

Ora, è necessario riflettere attentamente sul fatto che calcolare la media tra i due valori cromatici esterni al fotosito non è altro che la stretta applicazione pratica del primo assunto affermato nella definizione data, ossia che "il gradiente di luminanza tra due pixel adiacenti sia pari al rapporto tra la differenza di luminanza e la distanza spaziale degli stessi". Detto in linguaggio comune, si "suppone" che "ogni" variazione cromatica sia "sempre" graduale (ossia lineare). Ciò ovviamente non soltanto non è vero ma neanche rappresenta la norma, anzi nella realtà una variazione cromatica e/o di luminosità che sia lineare rappresenta una eccezione e qualunque verifica sperimentale lo conferma. Ma anche a prescindere dalle verifiche sperimentali, c'è una dimostrazione pratica di tutto questo ben presente nell'esperienza visiva di ognuno: la pittura. Noi riusciamo di solito molto facilmente a distinguere un dipinto da una fotografia, ci vuole una maestria davvero fuori dal comune per riuscire ad ingannare il nostro occhio ed il motivo è proprio questo: l'estrema difficoltà da parte dell'artista a simulare sottili variazioni cromatiche che di norma nella realtà sono tutto tranne che lineari. Insomma, nella realtà sia le variazioni cromatiche sia quelle di luminanza sono sistematicamente non-lineari.

Quanto al secondo punto della definizione, ossia al fatto di ipotizzare che "la luminanza complessiva di ogni fotosito sia pari alla somma dei valori cromatici calcolati", ritengo che sia palese che se in ogni pixel due valori cromatici su tre sono "supposizioni ipotetiche" altrettanto ipotetica sarà la loro somma. Se ancora non basta per convincersi, basta riflettere sul fatto che questo equivale palesemente ad ipotizzare che in ogni quadratino di quattro pixel adiacenti tutti e quattro i fotositi debbano presentare la stessa identica luminosità, il che è manifestamente privo di riscontro nella realtà, sia teorico che pratico.

A questo riguardo, un discorso a parte meriterebbe il mosaico RGBW (ossia con un pixel per ogni colore più uno neutro pancromatico detto bianco), nel quale come luminosità complessiva viene adottato il valore del pixel W ed i tre valori cromatici sono di conseguenza aggiustati in proporzione per far tornare i conti. La sostanza del discorso non cambia minimamente sotto il profilo cromatico, ma indubbiamente un mosaico RGBW è "leggermente meno inattendibile" di uno RGBG per quanto riguarda i valori di luminanza.

In sintesi, i "numeri" prodotti dal processo di interpolazione sono soltanto una "irragionevole ipotesi", che presenta l'unico ma sostanziale pregio di ingannare agevolmente l'occhio umano. Perché lo inganna? Semplice: perché l'occhio umano quando non riesce a distinguere l'informazione intermedia che cerca tende in prima battuta ad applicare un meccanismo molto simile, quindi finché non va ad osservare con attenzione non si accorge dell'inganno.

Vediamo adesso di tirare le somme di quanto abbiamo detto. Le implicazioni e le relative conseguenze della natura del mosaico e del processo di demosaicizzazione indissolubilmente legato ad esso sono molteplici (e per la maggior parte sconosciute ai più), ma qui ci limiteremo alle tre principali e maggiormente deleterie.

A) Un sensore a mosaico è DEL TUTTO INCAPACE di rilevare un "salto di luminosità", ossia una variazione netta della stessa, ed al confine di tale salto introdurrà SEMPRE un tono intermedio DEL TUTTO INVENTATO, che non esiste nella realtà (per esempio in un passaggio netto dal bianco al nero o viceversa introdurrà sempre nel mezzo un grigio circa medio del tutto inventato).

B) Un sensore a mosaico è DEL TUTTO INCAPACE di rilevare un "salto cromatico", ossia una variazione netta da un colore ad un altro, ed introdurrà SEMPRE in mezzo ad esso un colore intermedio DEL TUTTO INVENTATO, che non esiste nella realtà (per esempio in un passaggio netto dal verde al blu o viceversa introdurrà sempre nel mezzo una sorta di cyan del tutto inventato).

C) Un sensore a mosaico tenderà sempre ad appiattire qualunque variazione tonale (cromatica e/o di luminanza) che non sia lineare, cosa che avviene sistematicamente dato che nella realtà il 99% delle variazioni tonali non è lineare. Detto in altre parole, il microcontrasto viene sistematicamente ed inesorabilmente ridotto.

Ce ne sono molti altri da considerare, ma questi tre bastano ed avanzano ed hanno il pregio di essere evidenti. A tutto questo ci sarebbe inoltre da aggiungere il danno nefasto provocato dal filtro anti-aliasing, ma per questo contesto ce n'è d'avanzo e ci fermiamo qui, altrimenti mi accusano di sparare sulla croce rossa!

Ritengo che tutto quanto detto sia sufficiente per farsi un quadro chiaro della questione ed al netto delle leggende "webbopolitane" imperanti in rete e non solo. Nella seconda parte vedremo di chiarirci le idee anche sul sensore Foveon Quattro, sul quale "se ne dicono di tutti i colori" sia in senso lato sia letterale! Anticipo solo una cosa: nel Quattro non è presente alcun tipo di interpolazione, né in senso matematico, né per analogia discorsiva e meno che mai dal punto di vista pratico. Chi pensa il contrario è fuori strada come uno che parte da Roma per andare a Ciampino e si ritrova a Roncobilaccio!
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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #1 il: Lunedì, 05 Settembre 2016, 22:56:39 »
Antone'.... hai sbagliato forum! Ma sei comunque un "faro" per tutti gli "sbandati" della fotografia digitale.  :bat:
In altro forum, ora chiuso, ho cercato di fare, piu' o meno, la stessa cosa nel 2006... mi chiamavano "l'evangelista", ma le mie parole cozzavano contro un muro di consolidate false certezze.
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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #2 il: Martedì, 06 Settembre 2016, 10:34:24 »
Tutto OK. Peccato che l'attuale (ed unico Foveon) disponibile sul mercato, seppur nelle sue varianti, sia una fonte di problemi non indifferente in molte situazioni e chi lavora non ha voglia di perdere tempo per sistemare cose poco sistemabili. Quello che conta è l'aspetto pratico: i sensori Bayer sono certamente molto discutibili ed anche io penso che debbano sparire dalla faccia della terra. Però ci lavori senza troppi patemi e non mi sembra che il 999 per 1000 si stia suicidando per questo. Quindi, quando la pratica rende, la teoria avanza.
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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #3 il: Martedì, 06 Settembre 2016, 11:52:23 »
"webbopolitane" da segnalare all'accademia della  Crusca  :)  :D  ;)
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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #4 il: Martedì, 06 Settembre 2016, 12:06:33 »
Citazione
Quello che conta è l'aspetto pratico: i sensori Bayer sono certamente molto discutibili ed anche io penso che debbano sparire dalla faccia della terra. Però ci lavori senza troppi patemi e non mi sembra che il 999 per 1000 si stia suicidando per questo.
Credo che Antonello non voglia convincere nessuno ad usare solo il foveon... i professionisti non potrebbero! Penso invece che voglia solo chiarirne il funzionamento a chi ha le idee confuse. ;) 
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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #5 il: Martedì, 06 Settembre 2016, 14:01:00 »
Tutto OK. Peccato che...
Innanzitutto non capisco il nesso del tuo intervento, in un topic volto a spiegare tecnicamente il processo di interpolazione, ossia fatti concreti ed indiscutibili che sarebbero e rimarrebbero gli stessi anche se il Foveon non esistesse. Qui non si vuole minimamente discutere se il mosaico sia migliore o peggiore di qualunque altro antagonista, ma semplicemente spiegare quanto meglio possibile la realtà tecnico-scientifica che sta dietro il suo funzionamento. Punto. Quindi il tuo intervento è palesemente off-topic. Se vuoi parlare di "mosaico contro Foveon" ti suggerisco di aprire un topic apposito ed avviare lì una discussione sull'argomento, ma non puoi farlo in off-topic.

Ma soprattutto non capisco il tono "manifestamente polemico" del tuo intervento, che mi lascia perplesso... Non credo sia rivolto nei miei confronti, ma mi domando cosa lo ispiri e verso cosa si rivolga, perché una polemica contro dei "fatti tecnici" suona ridicola. Ma quale che sia la ragione, te lo dico senza mezzi termini: questo tono non mi piace. In questo forum la polemica non è mai stata tollerata e conseguentemente neanche il tono polemico è mai stato di casa, tranne quando sia altrettanto manifestamente scherzoso o ironico. Nella rete c'è una quantità di forum che si nutrono di toni polemici, ma in questo forum è tabù e ne siamo tutti contenti e soddisfatti: tu no?!....
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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #6 il: Giovedì, 08 Settembre 2016, 09:43:49 »
Se non è già stato fatto, si può mettere questo articolo e altri che sono già stati scritti, in una "biblioteca" o con un rimando specifico per poterlo recuperare facilmente? Una specie di "favoriti" dei navigatori. Un segnalibro insomma.
Magari c'è e non l'ho vista?  O:-)

Offline Farenzi

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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #7 il: Giovedì, 08 Settembre 2016, 11:20:52 »
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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #8 il: Giovedì, 08 Settembre 2016, 12:34:26 »
in effetti Sabbia ha ragione!
Ci vorrebbe una vera e propria raccolta dei pistolotti di Anto, ma proprio tutti tutti, belli e brutti :D
...al posto di utilizzare quel gran pezzo di calderone di "aggiungi ai segnalibri" del proprio browser ;)

Intanto io aspetto la 2a PARTE.
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Offline sabbiavincent

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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #9 il: Giovedì, 08 Settembre 2016, 13:54:55 »
in effetti Sabbia ha ragione!
Ci vorrebbe una vera e propria raccolta dei pistolotti di Anto, ma proprio tutti tutti, belli e brutti :D
...al posto di utilizzare quel gran pezzo di calderone di "aggiungi ai segnalibri" del proprio browser ;)

Intanto io aspetto la 2a PARTE.
Esatto, ogni tanto mi metto a cercarli e penso: ma 'sti pistolotti, se ne potesse fare una raccolta! Che giovamento per me.  O:-)

Offline Nicola Maniscalco

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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #10 il: Giovedì, 08 Settembre 2016, 20:35:30 »
Molto interessante. Grazie Antonello.
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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #11 il: Giovedì, 08 Settembre 2016, 20:49:38 »
Ragazzi, che posso dire, i vostri apprezzamenti mi commuovono!....  :-[

In effetti mi è già stato chiesto di fare una raccolta e vi dico anche che ho già iniziato la ricerca dei miei "pistolotti" per poi raccoglierli tutti insieme in qualche modo, ma vi dico anche che dopo un po' sono rimasto quasi sconcertato, non solo perché non avevo ben realizzato di averne fatti così tanti, ma soprattutto perché la maggior parte li ho inseriti dove capitava invece di aprire un topic apposito (mea culpa), quindi ci vorrà ben più tempo di quanto immaginassi. Comunque, pian piano sto procedendo e quando avrò finito di ritrovarli tutti deciderò cose raccoglierli.

Quanto alla seconda parte di questo l'ho già iniziata, non so dirvi quando avrò il tempo di finirla, ma spero presto.

Ci tengo però a rinnovare il mio ringraziamento, perché la soddisfazione di chi legge è la soddisfazione di chi scrive!!!  :D
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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #12 il: Venerdì, 09 Settembre 2016, 00:18:41 »
Ciao antonello,

sempre grazie per questi post ultraaaaa interessanti.

in pratica mi sembra di capire che nel mosaico ci si riduce ad un processo di campionatura, ma mi vien da pensare, forse sbagliando, che un ipotetico sensore megasuperultra risoluto potrebbe avere una "informazione" più fedele, perchè aumentando il numero di pixel, aumenta la frequenza di campionamento a parità di superficie del sensore.
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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #13 il: Venerdì, 09 Settembre 2016, 11:52:13 »
Antonello, fai con calma, ricordati che vado per gli 80, non posso aspettare troppo,
quando si dice, non si finisce mai d'imparare...
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Re:Interpolazione del Mosaico vs Foveon Quattro
« Risposta #14 il: Venerdì, 09 Settembre 2016, 13:49:56 »
... ricordati che vado per gli 80, non posso aspettare troppo...
Ma allora abbiamo non meno di un'altra ventina d'anni di tempo!  :aug:


.... mi vien da pensare, forse sbagliando, che un ipotetico sensore megasuperultra risoluto potrebbe avere una "informazione" più fedele, perché aumentando il numero di pixel, aumenta la frequenza di campionamento a parità di superficie del sensore.
Eh, questo è il trabocchetto in cui cascano praticamente tutti, ma in realtà è un paradosso del genere di chi cerca di dimostrare che Achille non supererà mai la tartaruga. (*)

Il fatto è che la metà di un buco rimane sempre... un buco!  :))

Molto semplicemente, per quanto si possa incrementare la risoluzione, la struttura del mosaico rimane sempre la stessa, pertanto:

A) in mezzo ad ogni variazione di luminanza ci saranno sempre luminosità inventate
B) in mezzo ad ogni variazione cromatica ci saranno sempre colori inventati
C) il microcontrasto conterrà sempre un 67% di pseudo-informazione inventata che lo massacra

Insomma, ciò che conta è la percentuale di informazione fornita, che rimane sempre la stessa per quanto si aumenti la risoluzione e che al massimo può raggiungere il 33% del totale nel caso fortunato che non sia presente il filtro anti-aliasing, perché se invece c'è il filtro AA allora la percentuale di informazione scende a ben meno del 33% (difficile dire di quanto, dipende dal filtro, ma può scendere anche di molto).

Un'ultima considerazione: "a parità di superficie" non significa nulla! Anzi, è proprio questo che apre le porte al paradosso.
Immaginiamo due sensori della stessa superficie, ma uno con un miliardo di pixel e l'altro uno solo: che senso ha fare il confronto?
Il requisito per la confrontabilità è uno soltanto: la densità di fotositi (non di pixel), ossia la quantità di fotositi per unità di superficie. (**)
Quale che sia la risoluzione, a parità di densità di fotositi un sensore a mosaico restituirà sempre non più del 33% (nella migliore delle ipotesi) dell'informazione restituita da un sensore ad informazione totale (come il Foveon).
Perciò, l'espressione "a parità di superficie" non ha alcun senso, lasciamola usare agli adoratori del full-frame.  :gh:

Riassumendo, per quanto si aumenti la risoluzione il problema del mosaico non si riduce neanche di una virgola, così come la tartaruga arriverà sempre dopo Achille.  :azz:
Sarebbe come pensare di favorire la tartaruga  :-\  allungando il percorso  :idea:  perché così le diamo più tempo per recuperare!!!  :ohi:




(*) giusto per la cronaca, per chi ha un minimo di dimestichezza con questi argomenti, potremmo dire che i due paradossi sono di natura "complementare": infatti, nel caso di Achille e la tartaruga si cerca di trattare come problema discreto (portandolo impropriamente al limite) quello che in realtà è un problema continuo (che deve essere trattato portandolo al limite), mentre nel nostro caso si fa l'opposto, ossia si cerca di trattare come problema continuo (portandolo al limite) quello che in realtà è un problema discreto (che non può essere portato al limite).

(**) in realtà va aggiunto anche il requisito sottinteso (ma regolarmente ignorato) che la lente impiegata abbia una risolvenza almeno doppia rispetto a quella del sensore, altrimenti stiamo confrontando il nulla, ma non complichiamoci troppo la vita.
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