Czułość matrycy

Badanie to ma na celu pokazanie zachowania fotodiod matrycy, a nie jej realnej czułości w stopniach ISO, której zgodność producenci aparatów utrzymują dla formatu JPEG. Przestrzegamy zatem przed pochopnymi osądami. Jakiekolwiek odchyłki odnotowane w tym teście nie są powodem do zmartwień, gdyż zwykle są one korygowane do wartości nominalnej przy wywoływaniu pliku RAW (w korpusie aparatu przy wytwarzaniu bezpośrednio pliku JPEG lub też przy obróbce surowego pliku w komputerze). Realne problemy dotykają jedynie tego oprogramowania zewnętrznego, które nie posiada profili dedykowanych dla różnych aparatów.

Czułość wyznaczyliśmy zgodnie z normą ISO 12232, wykorzystując metodę pomiaru ilości światła niezbędnej do saturacji poszczególnych grup fotodiod sensora. Do pomiarów wykorzystaliśmy światłomierz Sekonic.

Z powyższego wykresu możemy odczytać, że wszystkie czułości (poza rozszerzonym ISO 50), przedstawione jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli, są poniżej wartości nominalnych. Dla sporej części zakresu czułości wartości średnie znajdują się ok. 1 EV poniżej. Takie zachowanie jest typowe i umożliwia manipulację danymi w jasnych partiach obrazu. Rozbieżność między poszczególnymi kolorami podstawowymi jest typowa dla matryc krzemowych, gdzie sprawność kwantowa nie rozkłada się równomiernie w całym spektrum światła widzialnego.

Szum przetwarzania

Szum przetwarzania (ang. readout noise) to całościowe zakłócenia generowane przez elektroniczny tor przetwarzania danych. Ilość tego szumu nie zależy od ilości padającego światła ani czasu ekspozycji.

Szum przetwarzania wyznaczyliśmy w oparciu o serię zdjęć bez dostępu światła przy najkrótszej możliwej do ustawienia migawce. Pomiarów dokonaliśmy na surowych plikach przekonwertowanych uprzednio do 48-bitowych TIFF-ów bez demozaikowania. Dane na wykresie zostały zaprezentowane w punktach odpowiadających realnym czułościom matrycy, a wyniki odwzorowują średnią wartość z wszystkich grup senseli.

Na początek warto zaznaczyć, że najwyższy punkt na wykresie (w okolicy 25 elektronów) to wynik uzyskany dla rozszerzonego ISO 50, i nie ma on fizycznego znaczenia. Ponieważ dla pozostałych czułości ich realne wartości wypadają poniżej ustawień aparatu (nawet o 1 EV), trzeba o tym pamiętać odczytując dane z wykresu. Innymi słowy pierwszy punkt na wykresie wypadający minimalnie poniżej ISO 50 odnosi się do ustawienia ISO 100 w aparacie. Wyrażenie wyniku w elektronach umożliwia śledzenie jakości przetwarzania toru analogowo-cyfrowego. Widzimy, że przebieg pokrywa zakres wartości od 3 do 10 elektronów, co oznacza, że jakość zaprojektowanej elektroniki stoi na wysokim poziomie. W idealnie pracującej matrycy wykres powinien być linią prostą, ze wszystkimi wartościami dla różnych czułości ISO na tym samym poziomie. Tu widzimy, że oprogramowanie przetwornika ADC zmienia jego charakterystykę w zależności od użytej czułości.

Współczynnik konwersji i wzmocnienie jednostkowe

Poniżej przedstawiamy współczynnik konwersji (ang. conversion gain) matrycy wyznaczony dla różnych nastaw ISO. Parametr ten definiuje liczbę elektronów przypadających na jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC (tzw. ADU, ang. ADC unit). Analiza tych danych pozwala określić tzw. wzmocnienie jednostkowe, czyli cechę charakterystyczną każdej matrycy definiującą czułość, dla której współczynnik konwersji jest równy 1 – to znaczy wartość z przetwornika ADC pokazuje wprost liczbę przetworzonych elektronów.

Współczynnik konwersji wyznaczyliśmy w oparciu o serię zdjęć tablicy Kodak Q-14. Pomiarów dokonaliśmy na surowych plikach przekonwertowanych uprzednio do 48-bitowych TIFF-ów bez demozaikowania. Dane na wykresie zostały zaprezentowane w punktach odpowiadających realnym czułościom matrycy, a wyniki odwzorowują średnią wartość z wszystkich grup senseli.

Dla najniższej natywnej czułości na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypada 7 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 100 ke^-. Taki wynik można uznać za bardzo dobry. Wysoka pojemność studni pozwala na użycie niewielkich wzmocnień sygnału – dla ISO 100 to 7.27 e^-/ADU. Dzięki temu, jak łatwo odczytać z wykresu, punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 812 (czyli nieco poniżej nastawy aparatu ISO 1600). Przekroczenie tego progu powoduje, że za jakość obrazu odpowiadają już tylko i wyłącznie algorytmy cyfrowej obróbki sygnału, a nie tor analogowy matrycy. W związku z czym nie ma żadnego zysku ze stosowania takiej obróbki w aparacie i dokładnie te same efekty uzyskamy niedoświetlając zdjęcie, a następnie korygując ekspozycję w komputerze.

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

W Canonie 1D X Mark II liczba tonów dla ISO 100 sięga 461, co daje 8.9-bitowy zapis danych. Można to uznać za dobry rezultat, który zapewni wizualnie gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Mimo to warto zauważyć, że D4s dla ISO 100 zanotował aż 9.4 bita (ponad 670 tonów). Zwiększanie czułości powoduje oczywiście degradację zakresu tonalnego i w 1D X Mark II przy ISO 51200 mamy już tylko 5 bitów, co odpowiada 33 przejściom tonalnym.

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.

Dla najlepszej jakości obrazu przy ISO 100 testowany aparat notuje wynik dynamiki tonalnej na poziomie 9.5 EV. Trzeba przyznać, że jest to dobry wynik, aczkolwiek do rezultatu D4s nieco jednak brakuje. Lustrzanka Nikona dla tego kryterium uzyskała bowiem 9.9 EV. Testowany Canon wypada lepiej niż używany używany w tym materiale do porównań A7 II. Należy jednak zaznaczyć, że ten model bezlusterkowca Sony testowaliśmy jeszcze zanim pojawił się firmware wprowadzający 14-bitowe RAW-y. Nasze pomiary zatem, przeprowadzane były na 12-bitowych RAW-ach, w związku z czym, maksymalny wynik A7 II wynoszący 8.4 EV trudno bezpośrednio porównać z rezultatem testowanego EOS-a.

Dla pozostałych kryteriów maksymalne osiągi testowanego EOS-a również osiągają dobry poziom. Dla SNR=1 przy ISO 1D X Mark II osiąga 13.5 EV, zatem do pełnego wykorzystania 14-bitowego zapisu danych brakuje niewiele.

Podobnie jak w przypadku testu modelu 80D warto podkreślić, że obniżenie biasu na niskich czułościach pozwoliło na osiągnięcie lepszych rezultatów, niż we wcześniejszych pełnoklatkowych EOS-ach. Wiele razy zwracaliśmy uwagę, że stosowanie biasu na poziomie 2048 zliczeń odbija się negatywnie na dynamice tonalnej i w zupełności wystarczyłaby wartość 2 lub 4 razy niższa. Co więcej, jak już wspomnieliśmy w poprzednim rozdziale, naszym zdaniem obniżony bias można by zastosować w szerszym zakresie czułości.

Poniżej przedstawiamy pełne wykresy SNR wygenerowane 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. Dla przykładu, jeśli uznamy za kryterium minimalnej użytecznej jakości 12 dB, widzimy, że dla ISO 1600 dynamika przekracza wartość 9 EV.

Przy omawianiu zakresu tonalnego pokazujemy tradycyjnie, jak zachowują się zdjęcia przy obróbce komputerowej, kiedy rozjaśniamy je lub przyciemniamy. Zdjęcia wykonujemy przy czułości ISO 100 i 1600, przysłonie f/16 i czasach odpowiednio 30 i 2 s. Następnie wywołujemy je jako 48-bitowe TIFF-y dcrawem i w Lightroomie rozjaśniamy o +4 EV oraz przyciemniamy o −4 EV, po czym zapisujemy jako zdjęcia 24-bitowe.

Do porównania w tym przypadku użyliśmy Nikona D5, który w tym czasie przez chwilę gościł w naszej redakcji. Okazało się, że zdjęcia z obu aparatów wykonane na równoważnej ekspozycji różnią się wyraźnie jasnością. W związku z tym, dla lepszego dopasowania, w przypadku testowanego EOS-a użyliśmy zdjęcia z ekspozycją o 1/3 większą.

100 ISO
	0 EV	+4 EV
1D X Mark II
D5
1600 ISO
1D X Mark II
D5

Można powiedzieć, że w przypadku rozjaśniania ciemnych partii obrazu mamy prawdziwą niespodziankę. Dla ISO 100 efekt końcowy wygląda lepiej w przypadku 1D X Mark II niż D5. A do tej pory Canony w pojedynkach z Nikonami przegrywały w tym teście. Jak widać, obniżenie biasu przyniosło naprawdę wymierne efekty. Różnica pomiędzy porównywanymi aparatami nie jest może duża, ale w D5 po rozjaśnieniu szum uwydatnił się jednak w nieco większym stopniu, szczególnie składowa niebieska. Dla ISO 1600 ciężko wskazać zwycięzcę. Zarówno w EOS-ie, jak i D5 szum wyraźnie psuje efekt, choć pewne szczegóły obrazu pozostają jednak widoczne.

Przyciemnianie jasnych partii obrazu daje porównywalne rezultaty dla obu aparatów, niezależnie od użytej czułości. Zauważalne różnice wynikają raczej z różnej jasności źródłowych zdjęć.

100 ISO
	0 EV	−4 EV
1D X Mark II
D5
1600 ISO
1D X Mark II
D5