La fotocamera digitale è una normale fotocamera, che invece della pellicola usa un sensore digitale elettronico fotosensibile (CCD o CMOS), detto anche sensore fotografico, in grado di acquisire la stessa immagine ottica di un obiettivo, convertendola prima in segnali elettrici e poi in una sequenza di informazioni digitali che verranno elaborate adeguatamente, per formare un di immagine adatto all'archiviazione (RAW, DNG, JPEG, ecc).
La fotocamera digitale è dunque una "fotocamera elettronica", che in ogni caso necessita di energia elettrica per funzionare, e che solitamente è accessoriata di una batteria ricaricabile. Per questo motivo, quei meccanismi meccanici che erano tipici della fotografia a pellicola, sono in gran parte stati trasformati in elettronici, a volte, a scapito di un maggior consumo, altre volte a vantaggio di molte funzionalità generali.
Storia Il primo prototipo è del 1975 e venne ideato da Steven Sasson, un ingegnere della Kodak, sfruttando un sensore CCD che però converte la luce in un segnale elettrico di tipo analogico.
Quindi, è solo nel 1981 che avviene la nascita ufficiale della fotografia digitale, con la Sony Mavica (Magnetic videocamera, o videocamera magnetica), che registra le immagini su un floppy-disk.
Nel 1988 esce la prima fotocamera completamente digitale, la Fuji DS-1P con sensore CCD e memoria su flash card removibili.
Nel 1991 la Kodak collabora con la Nikon ed esce la prima reflex con dorso digitale, una F3 nominata DSC-100; e nel 1992 esce la DSC 200 con il corpo della Nikon F801. Gli stessi dorsi, Kodak li monta anche su alcune fotocamere Canon, denominate DSC 520 e 560.
Ma è solo nel 1999 che esce la prima reflex DSLR ufficiale, concepita per la fotografia digitale, la Nikon D1 con sensore APS (crop) e nuovo sistema D completamente integrato col precedente sistema di ottiche AF e accessori del piccolo formato.
Nel gennaio 2000 segue la Fujifilm con la prima della serie S-Pro, la FinePix S1 Pro, a cui seguono la S2 (2002), la S3 (2004) e la S5 (2006), tutte con sensore Super CCD in formato APS, con 6 Mega pixel e 12 Mp, con rispettivamente il corpo Nikon N60, F80, F80 e D200 e dunque con baionetta F (di Nikon).
Nel maggio 2000 segue la Canon EOS D30 con sensore APS-C da 3 Mp.
Nel 2006 la Leica porta nel mondo digitale la serie M a telemetro, inizialmente con la Leica M8 e la M8.2, ma con sensori APS-H 28x18,6 mm, e poi con la Leica M9 con sensore full frame.
Descrizione Definizione Secondo le regole attuali del mercato, un parametro distintivo delle fotocamere è quello del numero di pixel del sensore, ovvero un valore che dovrebbe indicare la definizione dell'immagine, ma non lo fa correttamente. Per ottenere una buona immagine definita, risulta essere importante un'ottica di qualità, un sensore che abbia un buon rapporto segnale/rumore, una buona gamma dinamica ed infine, in funzione delle esigenze di stampa, si sceglierà la definizione del sensore.
Si indica come definizione, la quantità di pixel prodotti in uscita dal sensore. Nella fotografia stampata invece si conta la risoluzione che è data dal numero di punti di inchiostro per pollice e che viene decisa dal driver della stampante in base alla qualità della carta che si ha a disposizione. Ovviamente fotocamere con sensori più potenti, produrranno immagini più grandi (cioè con numero di pixel maggiore) e che quindi potranno essere stampate con più pixel in ogni pollice (fino a un massimo di 300 ppi).
Il sensore Il sensore è analogo a quello utilizzato nelle videocamere portatili. Sempre e comunque si tratta di dispositivi fotosensibili elettronici costituiti da una matrice di fotodiodi in grado di trasformare un segnale luminoso in uno elettrico. Impiegando il CCD, la conversione del livello di luce in dato digitale avviene necessariamente all'esterno del sensore, ad opera di un chip dedicato; nel CMOS, la conversione avviene direttamente all'interno del chip/sensore, ed ogni fotodiodo ha il proprio amplificatore e convertitore A/D. In entrambi i casi, viene generato un flusso di dati digitali, atti ad essere immagazzinati, in vari formati, sui supporti di memoria. In termini di qualità, riferita a prodotti di consumo, una tecnologia non prevale sull'altra, e solo su sistemi ai massimi livelli, il CCD risulta qualitativamente ancoraquando? superiore, responsabili sono gli innumerevoli amplificatori e convertitori implementati nella matrice del chip CMOS insieme ai fotodiodi, i parametri dei quali possono discostarsi anche di pochissimo uno dall'altro, cosa che non succede nel CCD, avendo la possibilità di convertire gli innumerevoli livelli del segnale luminoso tramite un chip dedicato, ottimizzato per questa funzione. Gli svantaggi del CCD rispetto al CMOS sono i maggiori costi di produzione, una maggiore lentezza di lavoro, il maggiore ingombro e un maggior consumo di energia.
Nella fotocamera digitale, l'immagine viene messa a fuoco sul piano del sensore. I segnali così catturati vengono amplificati e convertiti in digitale. A questo punto i dati digitali sono in forma grezza (raw) e - così come sono - possono essere memorizzati su un file per una successiva elaborazione in studio, con altri apparecchi informatici. Successivamente il processore di immagine interno alla fotocamera trasforma questi dati, cioè calcola le componenti primarie mancanti su ogni pixel (RGB) e rende compatibili i dati di immagine con i normali sistemi di visualizzazione di immagini (generalmente nel formato JPEG o TIFF a seconda delle esigenze per le quali è destinata la fotocamera) ed infine immagazzina il file elaborato in una memoria a stato solido (ordinariamente dal punto di vista tecnologico si tratta di EEPROM di tipo Flash, mentre i formati con cui sono messe in commercio sono diversi (CF, XD, SD, MMC, Memory stick, ecc). Le schede contengono generalmente un rilevante numero di immagini, la quantità dipende dalle dimensioni della singola immagine, dalla modalità di registrazione e dalle dimensioni della memoria.
La risoluzione totale del sensore si misura in milioni di pixel totali (Megapixel). Un pixel è l'unità di cattura del sensore: rappresenta cioè la più piccola porzione dell'immagine che la fotocamera è in grado di catturare su una matrice ideale costruita sul sensore CCD.
Le proporzioni delle immagini che si ottengono con gli attuali sensori (o attraverso elaborazioni del processore d'immagine interno alla fotocamera), sono usualmente 3:2 e 4:3, anche se dispositivi dotati di fotocamera come gli smartphone possono produrre immagini in formati panoramici, come il 16:9.
Moltiplicando il valore in pixel della risoluzione orizzontale per quello della risoluzione verticale si ottiene il numero totale di pixel che la fotocamera è in grado di distinguere in una immagine.
Le caratteristiche che attribuiscono qualità ai sensori sono: Elevato rapporto segnale rumore. Questo fenomeno si evidenzia in modo particolare nelle riprese a bassa luminosità dove possono comparire degli artefatti di immagine dovuti a segnali derivanti dal rumore elettrico di fondo degli elementi fotosensibili; Elevata gamma dinamica. Questo parametro indica l'ampiezza dell'intervallo di luminosità dal minimo registrabile al massimo registrabile prima che l'elemento fotosensibile vada in saturazione. Elevato numero di pixel. L'elevata quantità di elementi fotosensibili garantisce un elevato dettaglio di immagine, ma sorgono problemi di velocità nel trasferimento dei dati al processore d'immagine. Maggiore è la risoluzione, maggiore è il numero di pixel, maggiore sarà quindi la quantità di dati da trasferire e dunque, a parità di velocità di trasmissione, maggiore sarà il tempo necessario a trasferire i dati al processore d'immagine e la successiva registrazione dell'immagine. Alcuni produttori hanno studiato sensori con 4 bus dati di uscita dal sensore che trasmettono in parallelo i dati di immagine al processore della fotocamera. Capacità di non trattenere ombre sul sensore relative a riprese precedenti. Questo problema si incontra prevalentemente nei sensori di tipo CMOS e richiede che i costruttori adottino strategie per ottenere una sorta di cancellazione elettronica del sensore fra la ripresa di un'immagine e l'altra; Capacità del sensore di non produrre artefatti derivanti da interferenze (effetto moiré) fra i pixel in particolari condizioni di ripresa; Dimensione fisica del sensore a parità di pixel (e quindi a parità di risoluzione). Se la dimensione fisica del sensore è elevata a parità di numero di pixel questo comporta ovviamente una maggiore dimensione fisica dei pixel o dei photosite (per un chiarimento sui termini photosite, pixel e elemento fotosensibile vedi il paragrafo "Numero di Pixel e qualità delle immagini" della voce correlata Fotografia digitale). Tale fatto rende maggiormente sensibili gli elementi dei photosite (pixel) garantendo un miglior rapporto segnale/rumore. Ad esempio vi sono sensori da 6 MP (f.to 4:3) con dimensione 1/2,7” che hanno una dimensione di 5,371 mm × 4,035 mm (diagonale = 6,721 mm), mentre altri sensori da 6 MP hanno dimensioni 1/1,8” e dimensione di 7,176 mm × 5,319 mm (diagonale = 8,933 mm). In termini di rumore e di sensibilità la qualità del sensore è normalmente maggiore nel sensore più grande.
I sensori di alcune fotocamere REFLEX professionali hanno il sensore di formato 3:2 ed un rapporto 1:1 con il fotogramma della pellicola (Full-Frame), una dimensione quindi di 24x36 mm. Con queste dimensioni – oltre ad avere un basso rumore, risulta possibile garantire che l'angolo di campo delle ottiche non sia alterato (rapporto 1:1 fra angolo di campo della fotocamera con sensore e quella a pellicola).
La qualità dell'immagine tuttavia è importante relativamente alla modalità di fruizione: se le immagini si utilizzano a video non ha molta rilevanza la risoluzione, ma se si intendono realizzare stampe di grande formato allora la risoluzione diventa un parametro da tenere presente. Tanto più si vorrà effettuare una stampa grande di una foto digitale, tanto più la fotocamera dovrà produrre immagini ad una risoluzione elevata. Ecco alcuni esempi: Una foto in formato standard da 14 cm di larghezza necessita di 1.2-2 megapixel di risoluzione per risultare pari ad un prodotto di una macchina fotografica tradizionale; Per stampare su di un foglio A4 sono necessari dai 2 ai 3 megapixel; Per realizzare un poster da 60–70 cm sono consigliabili risoluzioni non interpolate di più di 5 megapixel;
Interpolazione Altro parametro a cui andrebbe rivolta una certa importanza da chi della fotografia vuol fare qualcosa più di un hobby è la questione dell'interpolazione. Tale tecnica matematica viene infatti utilizzata in due modalità diverse a volte contemporaneamente sulla stessa fotocamera: nelle fotocamere a bassa risoluzione si utilizza per generare dei pixel ulteriori a quelli catturati dal sensore generandone il valore di cromia per portare ad esempio una risoluzione di una fotocamera da 3 Mpixel a 4 Mpixel. Il procedimento in realtà non aggiunge informazioni vere all'immagine, ma rende meno evidente la quadrettatura dovuta al pixel se si volesse ingrandire l'immagine oltre il consentito. È un procedimento usato anche negli scanner attraverso un'elaborazione software. In tutte le fotocamere che adottano un sensore con Color Filter Array si usa l'interpolazione per generare in ogni pixel le due componenti cromatiche mancanti, in questo caso si tratta propriamente di interpolazione cromatica.