Szumy

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

W przeciwieństwie do analizy plików JPEG, w wypadku plików RAW zauważamy dość znaczny szum dla składowych niebieskiej i czerwonej – co jest zachowaniem fizycznym, jako że dla tych części widma matryce krzemowe wykazują najsłabszą efektywność kwantową. Tak jak i przy plikach JPEG możemy dopatrzyć się delikatnej modyfikacji danych dla czułości nie mniejszych od ISO 400 oraz dla ISO 1600. Dla wyższych czułości różnice w składowych luminancji i chrominancji są prawie dwukrotne – to znak, że wizualnie obraz jest mocno skażony kolorowym ziarnem.

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.

Niskie wartości ISO nie wykazują zaszumienia, a większa ostrość detalu poprawia odbiór zdjęcia. Pierwsze oznaki szumu dostrzegamy przy ustawieniu czułości na wartość ISO 400, jego poziom jednak nie przeszkadza w percepcji obrazu nawet do ISO 3200, gdzie zauważamy już wyraźny wzrost zakłóceń, a przebarwienia stają się coraz bardziej skomplikowane. Przy najwyższych czułościach szum zaczyna dominować nad obrazem, a detal zanika. Ciekawym spostrzeżeniem jest, że w porównaniu do RX1 opisywany model generuje zdjęcie o wyższym poziomie szumu w całym zakresie czułości. Łatwo też możemy dostrzec, że dla czułości ISO 3200 czy 6400, wynikowy obraz jest delikatnie gorszej jakości od tego, jaki prezentuje Fuji X100s.

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 – ISO 100 – zanotowany poziom 9 bitów jest warty uznania za doskonały. Gwarantuje on naprawdę dobre oddanie przejść tonalnych. Świetną jakość obrazu de facto uzyskamy aż do czułości ISO 1600, gdzie jej wartość spada do okolic 150 tonów, czyli otrzymujemy nieco ponad 7-bitowy zapis informacji. Dalsze zwiększanie czułości powoduje równomierne zmniejszanie się wartości wyników, aż do uzyskania niecałych 32 tonów, czyli 5-bitowego zapisu pojedynczej składowej koloru.

Dynamika tonalna

Dynamikę tonalną wyznaczyliśmy w oparciu o serie 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.

Przy najniższej natywnej czułości, czyli ISO 100 i dla najlepszej jakości obrazu RX1R notuje wartość zakresu tonalnego na poziomie ponad 8 EV. Gdy zwiększymy czułość ISO, wartości dynamiki zaczynają proporcjonalnie się zmniejszać. Widać też wyraźnie, że powyżej czułości ISO 400 krzywa zmienia swój kształt, co może prowadzić do wniosków o programowej ingerencji w surowe pliki. Godne pochwały są też wyniki dla najniższej jakości obrazu, które sięgają 12 EV - ten poziom związany jest z 12 bitowym zapisem danych w pliku ARW.

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 8.5 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. Zastosowany w aparacie dodatkowy sygnał (tzw. bias) ma wartość 128, dzięki czemu zachowana jest statystyka szumu, który jednak nie przypomina typowego rozkładu normalnego (tj. histogramów o kształcie przypominającym gaussowski dzwon) czy rozkładu Poissona. Jest to jednoznacznym dowodem na manipulowanie przy danych z matrycy na poziomie plików RAW.

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.

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