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.

Można zauważyć, że wszystkie czułości przedstawione jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli znajdują się poniżej wartości nominalnych. Średnia ze wszystkich grup jest umiejscowiona niewiele ponad 1 EV poniżej krzywej nominalnej, wyjątkiem jest czułość programowa 51200, dla której różnica nie przekracza 1 EV. 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 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 pozwala śledzić jakość przetwarzania toru analogowo-cyfrowego. Widzimy, że przebieg pokrywa zakres wartości od 3 do 7 elektronów dla ISO 200, co oznacza, że jakość zaprojektowanej elektroniki stoi na dobrym poziomie. W idealnie pracującej matrycy wykres powinien być linią prostą, ze wszystkimi wartościami dla różnych czułości ISO na tym samym poziomie. Widać jednak, że oprogramowanie przetwornika ADC zmienia jego charakterystykę w zależności od użytej czułości.

Współczynnik konwersji i wzmocnienie jednostkowe

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 nieco powyżej 3 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie około 52 ke^–. Wynik ten stoi na całkiem przyzwoitym poziomie. Jak łatwo odczytać z wykresu, punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 202 (poniżej nastawy ISO 400). Jest to bardzo niewielka wartość. 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 77D liczba tonów dla ISO 100 sięga 326, co daje 8.4-bitowy zapis danych. Jest to całkiem niezły wynik, który gwarantuje gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Zarówno jednak Nikon D7200, jak i Fujifilm X-T20 uzyskały wyższe wyniki, kolejno 8.7 oraz 8.5 bita. Rezultat K-3 II był niewiele niższy, wyniósł bowiem 8.3 bita. Wszystkie te aparaty stosują, podobnie jak 77D, 14-bitowy zapis danych.

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
25600
51200

Dynamika tonalna

Dla najlepszej jakości obrazu przy ISO 100 testowany aparat osiąga 8.6 EV. Wynik ten można uznać za całkiem niezły. Poprzednik testowanego aparatu, EOS 760D osiągnął rezultat 8.2 EV, a więc mamy do czynienia z niewielką poprawą. Jeżeli chodzi o konkurencję, Nikon D7200 może się pochwalić znacznie wyższym wynikiem – 9.4 EV, X-T20 9.1 EV, a Pentax K3 II 8.5 EV.

Dla kryterium SNR=1 maksymalny wynik to 12.9 EV. Wynik ten świadczy o tym, że testowana lustrzanka nie wykorzystuje w pełni zastosowanego w niej 14-bitowego przetwarzania danych. 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. Gdy np. uznamy za kryterium minimalnej użytecznej jakości 12 dB, widzimy, że dla ISO 3200 dynamika osiąga wartość około 7.1 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 wykorzystaliśmy Nikona D7000. Okazało się jednak, że zdjęcia wykonane w tych samych warunkach oświetleniowych i przy takich samych parametrach ekspozycji niewiele różnią sie jasnością. Dla lepszego dopasowania jasności musieliśmy wykorzystać zdjęcia z Canona wykonane z ekspozycją o 1/3 EV większą (zmieniając wartość przysłony).

	0 EV	+4 EV
100 ISO
EOS 77D
100 ISO
D7000
1600 ISO
EOS 77D
D7000

Rozjaśnianie niedoświetlonych partii daje zauważalnie lepsze rezultaty w aparacie marki Nikon. Zaszumienie przy ISO 100 jest znacznie mniejsze, da się również zauważyć niektóre detale. Przy ISO 1600 w obu lustrzankach pojawiło się niewiele szczegółów, jednakże poziom szumu jest mocniejszy na obrazie z 77D.

Przy przyciemnianiu prześwietlonych partii obrazu w obu aparatach ciężko zauważyć pojawienie się szczegółów i jasnych polach. Wydaje się jednak, że nieznacznie lepiej radzi sobie w tym teście D7000.

	0 EV	−4 EV
100 ISO
EOS 77D
1600 ISO
D7000
1600 ISO
EOS 77D
D7000