Cos'è e come funziona la stabilizzazione ottica (OIS) in uno smartphone

La stabilizzazione ottica dell'immagine può incrementare notevolmente la qualità finale delle foto scattate con uno smartphone, ecco come funziona.

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Daniele Vergara Daniele Vergara viene alla vita con un chip Intel 486 impiantato nel cervello, a mo' di coprocessore. E' più che entusiasta di tutto ciò che riguarda la tecnologia intera e i videogames, con un occhio di riguardo verso l'hardware PC e l'overclocking. D'inverno ama snowboardare, macinando km e km di piste. Lo trovate su Facebook, Twitter e Google+.

Da qualche anno a questa parte, lo smartphone è diventato il principale strumento per scattare fotografie. Che sia una fotografia panoramica, a 360° o anche una registrazione video, i telefoni hanno sostituito le macchine fotografiche compatte. Il sensore montato a bordo degli smartphone è però di dimensioni piuttosto piccole, e non regge il confronto quelli più complessi ed elaborati, presenti su macchine fotografiche di tipo reflex o mirrorless. Per questa e per altre motivazioni è piuttosto difficile catturare delle immagini nitidissime, soprattutto in condizioni di scarsa luminosità. Quando infatti c'è poca luce è molto semplice scattare una fotografia piena di rumore, molto sfocata e dall'effetto mosso. Il software che gestisce il sensore fotografico predilige infatti dei tempi di esposizione molto lunghi quando c'è poca luce, che si traducono però spesso in immagini mosse e meno ricche di dettagli. Per evitare questo problema, gli smartphone meglio equipaggiati adottano uno stabilizzatore ottico, chiamato anche con l'acronimo OIS, che cerca di risolvere tale problematica.

Il problema dell'effetto mosso nel dettaglio

Prima di procedere alla spiegazione tecnica del funzionamento della stabilizzazione ottica dell'immagine, soffermiamoci un attimo sulla problematica dell'effetto mosso. Il sensore fotografico a bordo degli nostri smartphone è formato da due parti principali. La prima è il sensore CMOS, il quale non è altro che uno strumento che cattura della luce e ne misura la quantità. La luce inglobata viene poi digitalizzata e quindi convertita in una forma tale che il software possa ricostruire un'immagine digitale così come la conosciamo. La seconda parte importante è la lente convessa, che si trova davanti al sensore stesso e tenta di convogliare e distorcere il segnale luminoso.
Per fare in modo che il sensore fotografico sia in grado di scattare una fotografia nitida, il sensore CMOS deve catturare quanta più luce possibile: molto in generale, più luce c'è più i dettagli vengono immortalati. Come avrete notato nella pratica, scattare un'istantanea durante una bella giornata di sole è molto più semplice che farlo quando invece il cielo è nuvoloso.
In tal senso gioca un ruolo fondamentale il tempo di esposizione, che non è altro che la velocità con la quale si chiude l'otturatore dello smartphone: pensiamo a questo come una finestra che può essere aperta e chiusa con una certa velocità. Quando la luce è molta, per farne entrare a sufficienza basta aprire tale finestrella per pochissimo tempo; quando la luminosità è scarsa, per catturarne una quantità giusta la finestra deve rimanere aperta per più tempo. Questo vuol dire che in condizioni di scarsa luminosità l'otturatore deve favorire tempi di esposizione più lunghi, cioè deve rimanere in posizione aperta per più tempo. É a questo punto che sorgono i problemi, perchè per ottenere una foto nitida il sensore deve rimanere nella stessa identica posizione del momento dello scatto. La mano umana però non riesce mai a stare veramente ferma, ed anche nelle condizioni più favorevoli essa oscilla ad una frequenza di 10 o 20 Hz. Tale frequenza di oscillazione è percepita dal sensore ottico, con il risultato di una foto più sfocata e meno ricca di dettagli.

Come funziona la stabilizzazione ottica

L'optical image stabilization è una tecnologia intelligente che cerca di compensare il tremolio tipico di una fotocamera. Tale funzionalità è presente sulle macchine fotografiche da tanto tempo, ma è invece relativamente nuova per il mondo dei sensori fotografici per smartphone. In maniera molto semplice, la stabilizzazione ottica dell'immagine non usa altro che un giroscopio sensibilissimo, che misura i piccoli cambiamenti nell'orientamento della fotocamera. Esempi di queste variazioni possono essere il movimento della mano o le vibrazioni mentre l'otturatore è aperto per catturare la luce. Tale tecnologia compensa automaticamente ogni movimento della fotocamera, e aggiusta l'angolatura della lente in maniera appropriata e con fase opposta alla direzione della vibrazione. Il risultato è che l'immagine rimane a fuoco anche se la mano dell'utente trema un pochino, in quanto ogni movimento è controbilanciato sistemando l'angolatura del sensore.
Il diagramma che potete osservare in questo articolo è stato prodotto da Nokia e mostra una semplice "curva" che mette a paragone la nitidezza dell'immagine con la stabilizzazione ottica attiva e non. Sull'asse delle ascisse c'è la velocità dell'otturatore, mentre sulle ordinate abbiamo proprio la nitidezza. Come si può osservare, il risultato è molto diverso nei due casi, con la stabilizzazione ottica che migliora molto il livello di nitidezza ottenibile.

Cos'è la stabilizzazione ottica (OIS) L’utilizzo della stabilizzazione ottica ha un enorme vantaggio in termini di nitidezza finale delle foto catturata. Scegliere uno smartphone con il supporto all’OIS è quindi una decisione saggia, in quanto si riflette direttamente sulla qualità delle istantanee scattate. Attenzione però al fatto che i benefici dell'OIS non sono infiniti e la mano va comunque tenuta ferma il più possibile, in quanto il controbilanciamento che può effettuare è limitato. Il sensore riesce infatti a controbattere solo delle oscillazioni a frequenze piccole, e se la mano dell’utente inizia a vibrare troppo essa non è più in grado di offrire una resa accettabile. Questa limitazione deriva dal fatto che il sensore può essere angolato fino ad un certo angolo, che non è nemmeno così elevato. Oggigiorno l’OIS è presente esclusivamente sugli smartphone di fascia alta, ma è chiaro che con gli anni a venire questa tecnologia sarà integrata anche nei prodotti dal costo più basso.