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, przedstawione jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli, są poniżej wartości nominalnych. Dla sporej części zakresu czułości wartości średnie znajdują się ok. 1/3 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. Co ciekawe jednak, w 1300D składowa czerwona i niebieska przyjmują porównywalne wartości.

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.

Wyrażenie wyniku w elektronach umożliwia śledzić jakość przetwarzania toru analogowo-cyfrowego. Widzimy, że przebieg pokrywa zakres wartości od 2 do ponad 20 elektronów dla ISO 100. Trzeba przyznać, że wartość uzyskana dla najniższej czułości jest stosunkowo wysoka. Szczegółowe wyniki naszych pomiarów pokazują jednak, że dla ISO 100 maksymalny poziom nasycenia sygnału jest o około 10% niższy niż dla pozostałych czułości. Mamy zatem pewne wątpliwości, co do prawdziwości ISO 100. Tradycyjnie warto dodać, że 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 czułości ISO 100 na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypada ponad 5 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 80 ke-. Taki wynik można uznać za bardzo dobry. Wysoka pojemność studni pozwala na użycie niewielkich wzmocnień sygnału – dla ISO 100 to 5.6 e-/ADU. Dzięki temu, jak łatwo odczytać z wykresu, punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 503 (czyli trochę poniżej nastawy aparatu ISO 800). 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 1300D liczba tonów dla ISO 100 sięga niemal 230, co daje 7.8-bitowy zapis danych. Trzeba przyznać, że nie jest to zachwycający wynik, ale z pewnością zagwarantuje gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Co ciekawe, poprzednik testowanego modelu może pochwalić się wynikiem na poziomie 8.1 bita (280 tonów). Oczywiście zwiększanie czułości powoduje degradację zakresu tonalnego i w testowanym EOS-ie przy ISO 6400 mamy już tylko 5.1 bita, co odpowiada 35 przejściom tonalnym.

Zakres tonalny na plikach zapisanych w formacie JPEG możemy ocenić wizualnie na wycinkach zdjęć tablicy Stouffer T4110. Kliknięcie na zdjęcie poniżej otworzy wycinek w pełnej rozdzielczości. Odległość pomiędzy sąsiednimi polami szarości wynosi 1/3 EV.

ISO	Granica czerni i bieli
100
200
400
800
1600
3200
6400
12800

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 dynamika tonalna osiąga poziom 8.1 EV. Jest to całkiem niezły wynik i co ciekawe nieco lepszy niż ten otrzymany w teście poprzedniego modelu (7.7 EV). Porównywalne do 1300D wyniki zanotowaliśmy w testach lustrzanek K-S2 i A68 (odpowiednio 8.2 i 8.1 EV). Ze względu na 12-bitowy zapis RAW-ów w tych aparatach, bezpośrednie porównywanie ich rezultatów z wynikami testowanego EOS-a nie jest miarodajne.

Sytuację można opisać też w inny sposób. Canon 1300D mimo 14-bitowego zapisu surowych plików nie daje nic więcej w kategorii dynamiki, niż aparaty z 12-bitowymi RAW-ami. Widać to również dobrze po wynikach EOS-a dla pozostałych kryteriów jakości obrazu. Łatwo zauważyć charakterystyczne wypłaszczenie wykresu na niskich czułościach, a przy SNR=1 aparat osiąga maksymalnie zaledwie 11.8 EV

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 osiąga około 7.5 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. W tym porównaniu, Canona 1300D zestawiamy z Alphą A68. Musimy jednak dodać, że ze względu na wyraźną różnicę w jasności obrazów dla tych samych parametrów ekspozycji, w 1300D ustawiliśmy ekspozycję o 1/3 EV większą.

100 ISO
	0 EV	+4 EV
1300D
A68
1600 ISO
1300D
A68

Przy rozjaśnianiu ciemnych partii obrazu dla ISO 100, efekt końcowy prezentuje się lepiej w przypadku aparatu Sony. Co prawda na wycinkach z obu aparatów widać wyraźne niebieskie zabarwienie, to jednak szum na zdjęciu z A68 jest niższy, a stopień odzyskania szczegółów obrazu wyższy. Dla ISO 1600 jednak, różnice w zasadzie się zacierają.

Przyciemnianie jasnych partii obrazu daje bardzo podobne wyniki w przypadku obu aparatów. Ewentualne różnice mogą wynikać z różnej jasności oryginalnych zdjęć.

100 ISO
	0 EV	−4 EV
1300D
A68
1600 ISO
1300D
A68