Szumy

Porównywanie poziomu szumów pomiędzy modelami przeprowadzone na plikach JPEG trudno uznać za wiarygodne, jako że nie znamy sposobu tworzenia tychże plików przez aparaty. Dlatego by porównać charakterystykę szumów X100s dla różnych czułości ze sprzętem innych producentów, musimy przyjrzeć się wynikom uzyskanym z analizy plików RAW.

Odpowiednie wykresy znajdują się poniżej.

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

Do przedstawionych wykresów nie mamy zastrzeżeń. Szum wzrasta równomiernie ze wzrostem czułości ISO. Krzywe dla składowych niebieskiej i czerwonej notujące wyższe wyniki ukazują słabszą wydajność kwantową krzemu w tych pasmach widma – co jest fizycznym zachowaniem. Całkowita wartość szumu jest stosunkowo niska i w porównaniu z takim konstrukcjami jak Nikon A czy Sony RX1 – Fuji X100s nie ma się czego wstydzić. To dobry znak.

Tak jak i przy analizie plików JPEG, widzimy przegięcie w okolicach ISO 1600. Oznacza ono kres możliwości wzmacniacza w przetworniku ADC. Ponieważ typowo takie wzmacniacze są 4-stopniowe, należy podkreślić wagę braku czułości ISO 100 trybie RAW. Jedynym wytłumaczeniem takiego stanu rzeczy wydaje się funkcjonalność aparatu, a dokładniej: sterowanie zakresem dynamiki (100, 200 i 400%) – aparat rezerwuje sobie czułość ISO 100 na własny użytek.

Aby ukazać, jak wartości wyznaczonego szumu przekładają się na obraz, prócz wykresów prezentujemy tabelkę z fragmentami zdjęć (w skali 1:1) pól nr 3 oraz nr 11 tablicy Kodak Q-14. W pierwszej tabelce znajdują się fotografie w formacie JPEG, w drugiej natomiast – w formacie RAW.

Dopiero przy ISO 800 dostrzegamy delikatne przebarwienia będące znakiem pojawiającego się szumu. Wyższe wartości są coraz bardziej skażone przez szum, jednak tym, na co powinniśmy zwrócić uwagę, jest sama struktura szumu – nie drobnoziarnista, ale plackowata. Cierpi na tym szczegółowość zdjęć. Jednym z powodów tego stanu rzeczy jest sposób demozaikowania, który wymusza używanie filtru medianowego, a więc delikatnego rozmywania, by pozbyć się niepożądanych artefaktów.

Wydawać by się mogło, że matryca niewiele szumi nawet na wysokich czułościach, w związku z czym porównać ją możemy nie tylko do najlepszej matrycy APS-C, jaką jest IMX-71 firmy Sony, ale nawet z niektórymi matrycami pełnoklatkowymi. Taka ocena jest uprawniona, jeśli weźmiemy pod uwagę jedynie efekt finalny, czyli prezentację zdjęć. By jednak porównać obiektywnie techniczne aspekty samej matrycy, musimy wykonać analizę pracy poszczególnych fotodiod, której wyniki przedstawiamy w kolejnych podrozdziałach.

Zakres tonalny

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

Dla najniższej czułości dostępnej w trybie RAW wartość zakresu tonalnego przekracza 8 bitów, czyli 256 odcieni. To całkiem wysoki wynik. Ważnym spostrzeżeniem jest, że wraz ze wzrostem czułości ISO dostępna paleta tonów ulega osłabianiu tak, że dla ISO 3200 dostępny mamy 7-bitowy zapis (czyli 128 przejścia tonalne) na składową, co dla przestrzeni koloru RGB możemy interpretować jako 20-bitowy kolor.

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 czułości jedynie do wartości ISO 1600. Powyżej niej następuje manipulowanie poziomem szumu przetwarzania. Dla najlepszej jakości obrazu matryca notuje wynik w okolicach 9.3 EV. Taki osiąg plasuje aparat w kategorii wysokiej i daje nadzieję na doskonałą jakość obrazu. Gdy zdecydujemy się na najniższą jakość, do dyspozycji mamy niecałe 14 bitów danych – kolejny plus, szczególnie istotny dla osób lubujących się w forsownej obróbce plików RAW.

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 RMS = 10, 4, 2 i 1. Przy pomocy tego wykresu każdy może oszacować dostępną dynamikę dla wybranej przez siebie minimalnej użytecznej jakości. 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 dla ISO 1600, widzimy, że dynamika sięga wartości 9 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 200
ISO 1600

	0 EV	−4 EV
ISO 200
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 768 do 1280. Maksymalna wartość na osi pionowej wynosi 100 tysięcy zliczeń.

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

W tabelce poniżej prezentujemy statystykę dla tych obszarów.

Darki nie wykazują cech bandingu, a szum jest jednorodny na całej powierzchni kadru. Producent zastosował dodawany do wejścia przetwornika ADC sygnał stały, który w postaci cyfrowej ma wartość 1024. Z jednej strony to ukłon w kierunku użytkowników zainteresowanych zaawansowanym odszumianiem materiału i programów dających takie możliwości. Z drugiej jednak nawet dla największej czułości dystrybuanta rozkładu jest stosunkowo niewielka (maksymalne odchylenie standardowe równe jest 19.8), wobec czego trudno ocenić, czym kierował się producent, stosując tak silny sygnał bias. O ile jednak rozważania na temat biasu można traktować w kategorii ciekawostki, o tyle martwi nas sam wygląd histogramów. Ich nierównomierność nawet dla najniższej czułości jest niefizyczna, przez co są dowodem na dość silną modyfikację danych z matrycy. Zauważmy, że wszystkie histogramy są narysowane w tym samym zakresie na osiach OX i OY a jednak ich wysokości w maksimum nie zmieniają się wraz ze wzrostem czułości (czyli poziomu szumu). Musimy przyznać, że konstruktorzy pod sam koniec procedury testowej sprawili nam niemiłą niespodziankę.

Szum termiczny w plikach JPEG

RAW
ISO	Dark Frame	Crop
200
400
800
1600
3200
6400