Szumy

Porównywanie poziomu szumów pomiędzy różnymi modelami aparatów przeprowadzone na plikach JPEG trudno uznać za wiarygodne, jako że nie znamy sposobu tworzenia tychże plików przez poszczególne aparaty. Dlatego by porównać charakterystykę szumów MX-1 dla różnych czułości ze sprzętem innych producentów, musimy przyjrzeć się wynikom uzyskanym z analizy plików RAW.

Pomiar szumów matrycy wykonujemy na zdjęciach tablicy Kodak Q-14, korzystając z programu Imatest. Poniżej prezentujemy uzyskane przez nas wyniki.

W poprzednim rozdziale ustaliliśmy, że powyżej ISO 3200 obrazy JPEG są już mocno modyfikowane. Wykres powyżej pokazuje, dlaczego. Matryca jakby łapała drugi oddech – szkoda jednak, że zaciąga smog, a nie tlen. Wykres zastanawia, szczególnie, że matryca wykonana jest w technologii BSI, to jest takiej, która daje większy zysk z przetwarzania fotonów. W tym wypadku zyski te są niejako zaprzepaszczone. Uważny obserwator dojrzy też odmienne zachowanie przy czułości ISO 1600 – jest ona pierwszą czułością, dla której następuje silne manipulowanie danymi.

Aby ukazać, jak wartości wyznaczonego szumu przekładają się na obraz, prócz wykresów prezentujemy tabelkę z fragmentami zdjęć (w skali 1:1) scenki testowej oraz pól nr 3 i 11 tablicy Kodak Q-14.

Aby porównać uzyskane próbki z innymi aparatami, należy wybrać z rozwijanych list odpowiednie modele oraz zaznaczyć czułość, dla której mają być podane wyniki. W efekcie poniższa tabelka zostanie zaktualizowana nowymi wycinkami scenki testowej.

Niskie wartości ISO wykazują delikatne zaszumienie, które jednak nie przeszkadza w odbiorze zdjęcia. Takie zachowania obserwujemy do wartości ISO 800. Przekraczając ISO 1600, zauważamy już wyraźny wzrost zaszumienia, a przebarwienia stają się coraz bardziej skomplikowane. Przy najwyższej czułości szum zaczyna dominować nad obrazem.

Patrząc na wszystkie wycinki i porównując zachowanie matrycy do osiągów konstrukcji zastosowanych w Sony RX100 czy Nikonie P7700, możemy pokusić się o stwierdzenie, że aby pozyskać tej samej jakości obraz w MX-1, musimy zastosować o jeden stopień niższą czułość.

Zakres tonalny

Zakres tonalny, będący miarą liczby rozróżnianych przejść tonalnych pomiędzy skrajnymi wartościami czerni i bieli, mówi nam, jak bardzo szum redukuje jakość zdjęcia, powodując posteryzację.

Zakres tonalny wyznaczyliśmy w oparciu o serię zdjęć tablicy Kodak Q-14. Pomiarów dokonaliśmy na surowych plikach przekonwertowanych uprzednio do 48-bitowych TIFF-ów bez demozaikowania.

Z wykresu przedstawionego powyżej możemy odczytać, że jedynie dla trzech najniższych czułości liczba tonów przekracza 128, czyli 7-bitowy zapis danych. Przypomnijmy, że aparat MX-1 zapisuje dane z 12-bitową rozdzielczością. Dalsze zwiększanie czułości ISO powoduje już dość znaczną degradację zakresu tonalnego. Przy najwyższej czułości wartość 20 odpowiada jedynie 4-bitowemu zapisowi danych – szum zajmuje pozostałe 8 w rejestrowanym pliku RAW. Jest to matematyczne potwierdzenie tego, co zaobserwować można na wycinkach scenki przykładowej.

Dynamika tonalna

Dynamikę tonalną wyznaczyliśmy w oparciu o serię zdjęć tablicy Kodak Q-14. Pomiary wykonaliśmy na surowych plikach przekonwertowanych uprzednio do 48-bitowych TIFF-ów bez demozaikowania. Na wykresie przedstawiamy wartości zakresu tonalnego dla wysokiej, dobrej, średniej i niskiej jakości obrazu. Odpowiada to stosunkom sygnału do szumu na poziomie 10, 4, 2 i 1.

Od razu zauważamy nierówne wykresy, proporcjonalnie zmniejszające się wraz ze wzrostem wartości ISO jedynie dla najwyższej jakości obrazu. Najniższa jakość, dla której stosunek sygnału do szumu jest równy 1, pokazuje, że dla ISO 1600 następuje redukowanie szumu przetwarzania. Drugie spostrzeżenie to wartości dla ISO 100 i 200: takie wyniki pozwalają przypuszczać, że najniższa czułość nie jest natywną czułością matrycy, a jedynie wytwarzaną programowo. Dla najlepszej jakości obrazu matryca notuje wynik w okolicach 7.3 EV. Taki osiąg plasuje aparat w kategorii dobrej. Gdy zdecydujemy się na najniższą jakość, do dyspozycji mamy niecałe 12 bitów danych - czyli pełen zakres pracy przetwornika ADC.

Poniżej przedstawiamy pełne wykresy SNR wygenerowane na podstawie wykonanych pomiarów dla wszystkich czułości aparatu.

0 na osi OX oznacza maksymalną wartość, którą aparat może zapisać w pliku RAW. Na prawej osi OY oznaczyliśmy miejsca dla kryteriów SNR = 10 (wysoka), 4 (dobra), 2 (średnia) i 1 (niska). Przy pomocy tego wykresu każdy może oszacować dostępną dynamikę dla wybranej przez siebie minimalnej użytecznej jakości obrazu. Wystarczy poprowadzić poziomą linię wzdłuż wybranego kryterium i odczytać wartość na osi OX, dla której linia ta przecina się z wykresem dla odpowiedniej czułości. Gdy np. uznamy za kryterium minimalnej użytecznej jakości 12 dB, widzimy, że dla ISO 1600 dynamika sięga wartości 6 EV.

Aby zobrazować praktyczny aspekt dynamiki tonalnej, jaki oferuje aparat, wykonaliśmy zdjęcia scenki testowej z czasem 30 s i 2 s przy czułości odpowiednio ISO 100 i ISO 1600. Fotografie zostały zrobione w formacie RAW i skorygowane o +4 EV i −4 EV w programie Adobe Lightroom 4 na domyślnych ustawieniach (wyłączone wszystkie panele modułu Develop za wyjątkiem „Camera Calibration”).

	0 EV	+4 EV
ISO 100
ISO 1600

	0 EV	−4 EV
ISO 100
ISO 1600

Prąd ciemny i szum termiczny (darki)

Standardowo zdjęcia w tym teście wykonujemy w formacie RAW. Wywołujemy je programem dcraw do postaci czarno-białej bez interpolacji. Uzyskane w ten sposób pliki TIFF konwertujemy do formatu GIF, dobierając zakres w taki sposób, aby najlepiej zobrazować generujący się na matrycy szum. Przy tworzeniu histogramów oś pozioma pokazuje zakres wartości od 0 do 511. Maksymalna wartość na osi pionowej wynosi milion zliczeń.

RAW
ISO	Dark Frame	Crop	Histogram
100
200
400
800
1600
3200
6400
12800

W tabelce poniżej prezentujemy statystykę dla tych obszarów.

Darki nie wykazują cech bandingu, a szum jest jednorodny. Producent w konstrukcji zastosował stały sygnał dodawany w celu lepszego odseparowania szumu od użytecznego sygnału. To ukłon w kierunku zaawansowanych programów odszumiających pracujących na plikach RAW. Wygląd histogramów pokazuje jednak to, o czym pisaliśmy wcześniej – redukowanie sygnału. W zasadzie jedynie do wartości ISO 800 nie mamy większych zastrzeżeń do ich wyglądu (lekka asymetria sugeruje, że mamy do czynienia z rozkładem Poissona dobrze opisującym szum elektroniki). Wyższa czułość ISO daje zupełnie odmienne histogramy. Dodatkowo na obrazie dla najwyższej czułości widoczne są oznaki delikatnych poziomych pasów. Ważne, że dla żadnej z czułości nie obserwujemy nierównomierności nagrzewania matrycy, co przy zastosowaniu układów redukcji wibracji jest bardzo dobrym znakiem.

Szum termiczny w plikach JPEG

Na koniec tego rozdziału, dla porządku prezentujemy jeszcze darki dla formatu JPG zapisanego przez aparat razem z plikami RAW użytymi w wyżej zaprezentowanej analizie.

RAW
ISO	Dark Frame	Crop
100
200
400
800
1600
3200
6400
12800