L’ISO non fa rumore

Una cena tra amici e amiche, una sala illuminata da due lampade gialle, la macchina in mano e quel numero nel mirino che sale: ISO 3200, poi 6400… Conosco bene quel momento. Scatti, l’anteprima sembra a posto, poi a casa, sullo schermo grande, i volti sono coperti da una specie di sabbia colorata (soprattutto nelle ombre). La conclusione, ripetuta da anni da manuali e forum, arriva da sola: è stato l’ISO alto a sporcare la foto. Così la volta dopo tieni la manopola bassa per paura, allunghi il tempo e torni a casa con il mosso.

È una convinzione con radici serie, e per nulla stupida. Con la pellicola l’ISO era davvero un’altra cosa: cambiare sensibilità voleva dire cambiare rullino, cioè emulsione, e le pellicole più rapide avevano cristalli di alogenuro d’argento più grandi e una grana più evidente. Poi il «triangolo dell’esposizione», insegnato di fretta, ha messo l’ISO accanto al tempo e al diaframma, come un terzo rubinetto da cui entra luce. Senza dimenticare l’anteprima e il JPEG della macchina, che schiariscono quello che c’è e ti mostrano il rumore come se fosse nato nello scatto.

Ma allora, che cosa fa davvero quella manopola? Nel digitale l’ISO è una decisione su quanto chiaro esce il file, più che una sensibilità. Come spiega Richard Butler su DPReview, collega l’esposizione alla chiarezza dell’immagine finale con qualunque mezzo il produttore abbia scelto (non soltanto un’amplificazione analogica) e non decide che cosa succede nel file RAW: con la stessa esposizione, ISO 100 e ISO 200 possono dare valori identici nel RAW. Entra la stessa luce, cambia solo il numero con cui la si racconta.

Nella maggior parte dei casi il rumore che vedi arriva da un’altra parte: è rumore fotonico, e sta nella natura stessa della luce. I fotoni non arrivano in fila ordinata ma un po’ a caso, come gocce di pioggia su un selciato, e quel disordine segue una legge precisa (la distribuzione di Poisson): l’ampiezza del rumore è la radice quadrata del segnale, quindi il rapporto segnale/rumore è la radice quadrata dei fotoni raccolti. Persino un sensore ideale, che non perde un fotone e non aggiunge nulla di suo, avrebbe questo limite, perché il rumore è nella luce prima ancora che entri nell’obiettivo. E la manopola dell’ISO non aggiunge né toglie un fotone.

Ecco allora che la sensazione contraria si spiega: i file a ISO alto si vedono più rumorosi perché sono scattati con meno luce, non perché l’ISO li abbia sporcati. Sulla mia Sony a6700 il sensore APS-C misura 23,5 × 15,6 mm per 6192 × 4128 pixel, cioè un pixel di circa 3,8 µm di lato e 14,3 µm² di superficie (calcolato, non stimato): quanti fotoni cadono in quel quadratino lo decidono l’esposizione e la sua superficie, non il numero nel mirino. A parità di chiarezza finale, ISO 400 vuol dire 4 volte meno luce di ISO 100, ISO 1600 16 volte, ISO 6400 64 volte, e il rapporto segnale/rumore peggiora di 2, 4 e 8 volte. Questi numeri sono aritmetica sulla radice quadrata dei fotoni, non stime.

Prima si «compra» la luce, poi si sceglie il numero

Il criterio pratico, dalla mia esperienza, è un ordine di decisioni. Prima scelgo il tempo che ferma il gesto e il diaframma che dà la profondità di campo che voglio, perché sono loro, insieme alla luce in scena, a decidere quanti fotoni arrivano al sensore. Poi l’ISO va dove deve andare per avere un file della chiarezza giusta: con la stessa esposizione, alzarlo non aggiunge rumore. Rovinare un ritratto con il mosso pur di restare a ISO 400 è pagare un prezzo vero per un problema che non c’è.

Quando la scena lo permette, conviene poi «esporre a destra»: dare al sensore tutta la luce che regge, spingendo l’istogramma verso destra senza bruciare le alte luci (un cielo o una camicia bianca senza dettaglio non tornano più). Più fotoni vogliono dire un rapporto segnale/rumore migliore, ed è l’unico modo vero di pulire un file alla fonte.

Qui, però, l’ISO cambia davvero qualcosa. Oltre al rumore fotonico esiste il rumore di lettura, quello che l’elettronica aggiunge leggendo il pixel (il reset, l’amplificatore, il convertitore analogico-digitale): non dipende dalla luce e si vede nelle ombre più profonde. Molti sensori CMOS recenti leggono in due modalità, e in quella a guadagno di conversione alto il rumore di lettura nelle ombre cala, in cambio di una capacità del pixel più piccola, cioè meno margine sulle alte luci. Nei grafici di PhotonsToPhotos il passaggio si vede come un salto netto verso il basso: lì alzare l’ISO, a parità di luce, può persino pulire le ombre.

Senza dimenticare la post-produzione. Con poca luce, alzare l’ISO in macchina di solito dà ombre più pulite che schiarire il file dopo, che però ti lascia più margine sulle alte luci; e gli strumenti di riduzione del rumore di oggi fanno molto, ma partono da quello che hai raccolto. Possono rendere gradevole un file povero di luce, non inventare i fotoni che mancano: per questo li uso come rifinitura, non come scusa per scattare al buio.

Resta un confronto che quasi tutti hanno già fatto. Sei alla stessa cena, il telefono accanto alla macchina, tutti e due a ISO 3200 sulla stessa inquadratura: a casa, accostando i due file, quello del telefono ha le ombre impastate e una grana che la macchina non mostra. Il telefono, quando decide lui, parte di quel divario lo nasconde: impila più scatti e leviga il rumore, e il confronto onesto è fra singoli fotogrammi. Viene spontaneo dire che il telefono «regge peggio l’ISO», ma il numero è lo stesso: lo stesso ISO non vuol dire lo stesso rumore. Ogni sensore raccoglie la luce che gli arriva addosso in proporzione alla propria superficie: con lo stesso tempo e lo stesso diaframma l’illuminazione sul sensore è la stessa (la stessa luce per ogni millimetro quadrato), ma la luce raccolta in tutto cresce con l’area.

I numeri lo mostrano bene. La camera principale dell’iPhone 16 Pro ha 48 MP con un passo dei pixel di 1,22 µm, cioè un sensore di 9,76 × 7,32 mm e 71,4 mm² di superficie; l’APS-C della mia a6700 misura 23,5 × 15,6 mm, cioè 366,6 mm², e un pieno formato 24 × 36 mm arriva a 864 mm². Ho ricavato le superfici dal numero di pixel dichiarato e dal passo dei pixel, confrontandole con la diagonale dichiarata del formato (28,2 mm per l’APS-C, fattore di ritaglio 1,5): calcolate, non stimate. Il telefono ha una superficie circa cinque volte più piccola dell’APS-C, il pieno formato circa 2,4 volte più grande, e la tavola più sopra le mette a confronto in scala reale. A parità di tempo, diaframma e inquadratura, la luce raccolta segue la superficie del sensore: più superficie vuol dire più fotoni, e un rapporto segnale/rumore migliore su tutta l’immagine.

Il criterio, quando confronti due macchine (o il telefono con la macchina), è guardare oltre il numero: quanto è grande la superficie che raccoglie la luce, e quanta luce le arriva. ISO 3200 sull’APS-C e ISO 3200 sul telefono danno un file della stessa chiarezza, ma il primo nasce da molta più luce in tutto, e per avvicinarsi il telefono dovrebbe raccoglierne di più, con un tempo più lungo o più luce in scena. Ancora una volta, il numero ISO non dice quanta luce hai raccolto: lo dicono il tempo, il diaframma, la luce in scena e la superficie che la riceve.

Prova stasera: macchina sul cavalletto davanti a un angolo di casa poco illuminato, tempo e diaframma fissi, tre scatti in RAW a ISO 100, 800 e 6400, poi al computer porti i tre file alla stessa chiarezza e li confronti. Vedrai che quello a ISO 6400 non è più sporco degli altri (nelle ombre, anzi, spesso è il più pulito). Poi accendi una lampada in più e scatta di nuovo, lasciando scendere l’ISO: il rumore cala davvero. Infine metti il telefono accanto alla macchina e scatta con tutti e due a ISO 3200, stessa inquadratura (sul telefono con un’app che ti lasci fissare l’ISO): accostati, i file ti mostrano che a parità di ISO il rumore non è lo stesso. Da lì smetti di sacrificare la foto pur di tenere l’ISO basso e impari a comprare luce con il tempo, il diaframma e l’illuminazione in scena.

Domande frequenti

È l’ISO a creare il rumore nelle foto?

No: la maggior parte del rumore che vedi è rumore fotonico, e dipende da quanta luce raccoglie il sensore. Le foto a ISO alto sembrano più sporche perché sono scattate con meno luce, non per colpa della manopola. Al massimo l’ISO incide sul rumore di lettura, nelle ombre più profonde.

Meglio alzare l’ISO in camera o schiarire in post-produzione?

Con lo stesso tempo e lo stesso diaframma la luce raccolta è uguale, quindi il rumore fotonico non cambia. Alzare l’ISO in macchina di solito tiene più pulite le ombre, mentre schiarire dopo lascia più margine sulle alte luci.

Qual è l’ISO massimo che posso usare senza rovinare la foto?

Non c’è un numero valido per tutti, perché decide la luce raccolta, non la manopola. Conta anche la superficie del sensore: lo stesso ISO su un telefono e su un’APS-C non dà lo stesso rumore. Scegli il tempo e il diaframma che ti servono, cerca più luce dove puoi e lascia l’ISO dove deve andare.

Che cos’è la doppia sensibilità (dual native ISO) e a cosa serve?

È il nome commerciale della doppia modalità di lettura di molti sensori CMOS recenti, il doppio guadagno di conversione. Nella modalità a guadagno alto il rumore di lettura nelle ombre cala, in cambio di meno margine sulle alte luci. Per questo superare l’ISO a cui il sensore cambia modalità può persino pulire le ombre.