Storia dell'immagine digitale: da Niépce ai pixel di oggi

La prima fotografia permanente della storia richiese circa otto ore di esposizione. La scattò Nicéphore Niépce nel 1826, su una lastra di peltro ricoperta di bitume di Giudea, puntando la sua camera verso la finestra di casa sua a Le Gras. Oggi il tuo telefono cattura un'immagine in una frazione di secondo, la elabora, la comprime e la carica su Instagram prima ancora che tu abbia finito di rimetterlo in tasca. Tra questi due estremi ci sono circa 200 anni di storia, e quasi tutti i formati e le scelte tecniche che diamo per scontate — il JPG, il concetto stesso di "peso del file", persino l'idea di pixel — nascono da problemi molto concreti che qualcuno ha dovuto risolvere lungo il percorso.

Dall'argento alla luce: la fotografia chimica

Per più di un secolo, una fotografia non era informazione: era materia. Sali d'argento che reagivano alla luce, sviluppati in una camera oscura con sostanze chimiche da dosare a mano. Ogni copia era un oggetto fisico unico, o quasi — realizzare una seconda copia significava esporre di nuovo carta fotosensibile sotto il negativo. Non esisteva l'idea di "comprimere" un'immagine perché non esisteva l'idea di un'immagine come dato: era argento metallico sospeso nella gelatina, e la sua qualità dipendeva dalla chimica, non da un algoritmo.

Le cose cambiarono con l'arrivo dei sensori elettronici. Nel 1969, Willard Boyle e George Smith inventarono nei Bell Labs il CCD (dispositivo ad accoppiamento di carica) — un chip capace di convertire la luce in carica elettrica, e quella carica in un numero. Per la prima volta, un'immagine poteva essere rappresentata come una sequenza di valori. L'invenzione valse loro il Premio Nobel per la Fisica nel 2009, quattro decenni dopo, quando ormai equipaggiava miliardi di fotocamere e telefoni.

Il primo pixel e il problema che portò con sé

La prima immagine digitale scansionata della storia fu realizzata nel 1957, presso il National Institute of Standards degli Stati Uniti, da un team guidato da Russell Kirsch. Scansionarono una fotografia del figlio di tre mesi su una griglia di appena 176×176 pixel in bianco e nero. Quel file, minuscolo per qualsiasi standard odierno, poneva già il problema che continua a definire questo campo: più pixel significano un'immagine più fedele, ma anche più pesante. Kirsch dovette scegliere una risoluzione bassa perché l'hardware dell'epoca non permetteva altro. Settant'anni dopo, facciamo ancora la stessa scelta — solo che oggi il limite non è più l'hardware, ma il peso del file che il tuo sito deve caricare, o i megabyte di dati mobili di chi ti sta visitando.

Perché esiste il JPG: il problema non era salvare l'immagine, era trasmetterla

Alla fine degli anni '80 era già tecnicamente possibile salvare una fotografia come griglia di numeri. Il problema era la dimensione: un'immagine di qualità ragionevole non compressa poteva pesare diversi megabyte, e nel 1990 questo significava minuti di trasferimento via modem, oppure interi hard disk dedicati a poche decine di foto. Nel 1992, il comitato congiunto di esperti di fotografia (da cui l'acronimo JPEG) pubblicò uno standard che risolveva il problema in modo intelligente: invece di salvare ogni pixel così com'è, sfrutta il fatto che l'occhio umano è molto più sensibile ai cambi di luminosità che alle sottili variazioni di colore, e scarta selettivamente l'informazione cromatica meno percepibile. Il risultato sono file fino a 10 volte più piccoli, con una perdita di qualità quasi impercettibile a occhio nudo. Lo stesso principio — decidere quale informazione visiva può essere scartata senza che l'occhio se ne accorga — resta ancora oggi alla base di come si comprime un'immagine, JPG o no.

Dalla fotocamera alla tasca: la digitalizzazione di massa

Le prime fotocamere digitali di consumo arrivarono a metà degli anni '90, con risoluzioni inferiori a un megapixel e prezzi di diverse centinaia di dollari. Il vero punto di svolta non fu una fotocamera, fu un telefono: lo Sharp J-SH04, lanciato in Giappone nel 2000, fu il primo cellulare con fotocamera integrata. Da lì la curva sale rapidamente — nel 2010, la maggior parte delle fotografie scattate nel mondo non usciva più da una fotocamera dedicata. Oggi, secondo stime del settore, si scattano più fotografie digitali in un solo giorno di quante ne siano state scattate su pellicola in tutto il primo decennio del Novecento.

Questa esplosione di volume è il motivo per cui la compressione delle immagini ha smesso di essere un dettaglio tecnico di interesse solo per gli ingegneri, diventando qualcosa che riguarda direttamente chiunque abbia un sito web, un negozio online, o semplicemente voglia condividere foto senza che impieghino un'eternità a caricarsi.

Da JPG a WebP e AVIF: la storia non è finita

Il JPG risolse il problema del 1992, ma il web di oggi ha esigenze che allora non esistevano: trasparenza con buona compressione, animazioni leggere, e soprattutto molta più risoluzione dello schermo rispetto a 30 anni fa. Formati come WebP (Google, 2010) e AVIF (2019, basato sul codec video AV1) sono la continuazione diretta di quella stessa ricerca — come salvare più qualità visiva in meno byte — applicando tecniche di compressione molto più moderne di quelle degli anni '90. Se vuoi i dettagli tecnici su come si differenziano e quando usare ciascuno, li trovi nell'articolo seguente.