Szumy

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

Właściwie podsumowanie jest takie samo jak dla analizy JPEG. Wzrost wartości szumu jest naturalny, a sam jego poziom – stosunkowo niski. To znak, że matryca pod względem konstrukcyjnym jak i oprogramowania prezentuje wysoki poziom. Co więcej, krzywe dla składowych niebieskiej i czerwonej notujące wyższe wyniki ukazują słabszą wydajność kwantową krzemu w tych pasmach widma – co jest fizycznym zachowaniem.

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.

Niskie wartości ISO wykazują delikatne zaszumienie, które jednak nie przeszkadza w odbiorze zdjęcia. Takie zachowanie obserwujemy do wartości ISO 3200, wyżej zauważamy już wyraźny wzrost zaszumienia, a przebarwienia stają się coraz bardziej skomplikowane. Przy najwyższej (wprawdzie niekalibrowanej, ale dostępnej) czułości szum zaczyna dominować nad obrazem, a detal zanika. Patrząc na wszystkie wycinki i porównując zachowanie matrycy do osiągów konstrukcji zastosowanych w Sony RX1 czy Canonie G1X, możemy pokusić się o stwierdzenie, że Nikon A nie odbiega jakością obrazu od tych aparatów.

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 wykonaliśmy na surowych plikach przekonwertowanych uprzednio do 48-bitowych TIFF-ów bez demozaikowania.

Z wykresu przedstawionego powyżej możemy odczytać, że dla trzech najniższych czułości liczba tonów przekracza 8-bitowy zapis danych, co jest stosunkowo wysoką wartością. Dalsze zwiększanie czułości ISO powoduje już degradację zakresu tonalnego aż do wartości ponad 5 bitów (32 poziomów) dla ISO 6400. Przypomnijmy, że aparat zapisuje dane z 14-bitową rozdzielczością.

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 równe wykresy, proporcjonalnie zmniejszające się wraz ze wzrostem wartości ISO. Najniższa jakość, dla której stosunek sygnału do szumu jest równy 1, pokazuje, że do dyspozycji mamy praktycznie cały zakres przetwornika ADC, czyli 14 bitów. To doskonała wiadomość dla osób „wyciągających z cieni”. Dla najlepszej jakości obrazu matryca notuje wynik 8.6 EV - dla ISO 200. Taki osiąg plasuje aparat pośród najlepszych testowanych przez nas aparatów z matrycą APS-C. Wyniki pomiaru dynamiki są, krótko mówiąc, świetne!

Poniżej przedstawiamy pełne wykresy SNR wygenerowanie na podstawie wykonanych pomiarów dla wszystkich czułości aparatu:

Wartość 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 przekracza wartość 8 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 256. Maksymalna wartość na osi pionowej wynosi 100 tysięcy zliczeń.

RAW
ISO	Dark Frame	Crop	Histogram
100
200
400
800
1600
3200
6400
12800
25600

Spójrzmy na analizę statystyczną przedstawionych powyżej darków.

Darki nie wykazują cech bandingu, a szum jest jednorodny. Producent w konstrukcji nie zastosował stałego sygnału dodawanego w celu lepszego odseparowania szumu od użytecznego sygnału. Odcięcie na kondycjonerze sygnału jest daleko poza centrum rozkładu normalnego, który to schował się poza lewą krawędzią wykresów, przez co wyliczenia odchylenia standardowego są obarczone błędem systematycznym, choć matematycznie są nadal prawidłowe.

Widać też, że czułości powyżej ISO 1600 są wytwarzane na drodze obróbki programowej przez zwykłe mnożenie sygnału (charakterystyka grzebieniowa). To dowód na prawdziwość tezy wysuniętej przy okazji analizy szumów. Ważne, że dla żadnej z czułości nie obserwujemy nierównomierności nagrzewania matrycy.

Szum termiczny w plikach JPEG

RAW
ISO	Dark Frame	Crop
100
200
400
800
1600
3200
6400
12800
25600