Szumy

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

Szum narasta równomiernie wraz ze wzrostem czułości ISO. Gdy przyjrzymy się bliżej punktom reprezentującym luminancję, zauważymy, że krzywa ulega lekkiemu załamaniu po przekroczeniu ISO 800. Powyżej tej wartości szum rośnie szybciej. Oznacza to, że z danymi z matrycy dzieje się coś nienaturalnego. Gdy porównamy uzyskane wyniki z testem aparatu P7700, okaże się, że szum jest większy w opisywanym modelu. To zadziwia. Negatywnie.

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.

By 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.

Analizując powyższe wycinki, zauważamy, że matryca aparatu P7800 tworzy kolorowe zakłócenia już od najniższego ISO. Widać to wyraźnie na wycinkach z 11 pola paska Kodak Q14. W realnej scence do poziomu ISO 800 nie następuje utrata szczegółu – jakość obrazu do tej czułości uznajemy za dobrą. Dalsze zwiększanie czułości powoduje znaczący przyrost szumu, co ilustrują wyniki zaprezentowane w formie wykresów. Dla najwyższych czułości zakłócenia w obrazie tworzonym przez P7800 są większe od tych, jakie obserwowaliśmy w wypadku poprzednika, czyli modelu P7700.

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.

Dla najniższej czułości, aparat zapisuje przejścia tonalne z rozdzielczością 7.7 bita, czyli niecałe 210 kroków. Zwiększanie czułości równomiernie degraduje obraz w sposób, który dla najwyższego ISO ogranicza liczbę przejść do wartości 24.

Dynamika tonalna

Dynamikę tonalną wyznaczyliśmy w oparciu o serię zdjęć tablicy Kodak Q-13. Pomiarów 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.

Widzimy, że czułość ISO 80 powstaje na drodze manipulacji danymi przez oprogramowanie aparatu. Dla najlepszej jakości matryca oferuje dynamikę o wartości 7.2 EV. Gdy zainteresowani będziemy najniższym progiem jakości, okaże się, że do dyspozycji mamy cały zakres pracy 12-bitowego przetwornika. Trzeba przyznać, że to bardzo dobry wynik.

Poniżej przedstawiamy pełne wykresy SNR wygenerowanie 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 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 określonego 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 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 z najdłuższym możliwym do uzyskania czasem migawki, jednak nie większym niż 30 s. Zdjęcia wywołujemy 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 400. Maksymalna wartość na osi pionowej wynosi 80 tysięcy zliczeń.

RAW
ISO	Dark Frame	Crop	Histogram
80
100
200
400
800
1600
3200
6400

Aparat P7800 wymusza redukcję szumów dla ekspozycji dłuższych niż 1 sekunda przez odejmowanie tzw: ciemnej klatki. Dodatkowo ograniczeniu podlega czas migawki: 2 sekundy dla ISO 6400, 8 sekund dla ISO 3200, 15 sekund dla ISO 1600 oraz 30 sekund dla pozostałych czułości.

Spójrzmy na analizę statystyczną przedstawionych powyżej darków.

Darki nie wykazują cech bandingu, a szum jest jednorodny. Pod tym względem nie można mieć do Nikona P7800 żadnych zastrzeżeń. W konstrukcji przetwornika ADC producent wykorzystał stały sygnał dodawany w celu lepszego odseparowania szumu przetwarzania od użytecznego sygnału. To ukłon w kierunku zaawansowanych programów odszumiających pracujących na plikach RAW. Dla wszystkich czułości kształt histogramów ukazuje efekt odejmowania ciemnej klatki – brakuje w nich środkowego zakresu. Gdy ponownie porównamy wyniki do tych, które w testach osiągnął model P7700, widzimy też większe wartości odchylenia standardowego.

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
80
100
200
400
800
1600
3200
6400

Spójrzmy na analizę statystyczną przedstawionych powyżej darków.