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.

Jak widać na wykresie, większość wartości zmierzonych jako średnia ze wszystkich grup senseli jest około 1 EV poniżej wartości nominalnej. Dla niektórych nastaw punkty ustawione są jednak nieco niżej. Wyjątkiem są tu czułości programowe ISO 80 oraz ISO 100, dla których różnica między nastawą a krzywą nominalną jest mniejsza niż 1 EV. Zachowanie takie nie jest zaskakujące i umożliwia manipulację danymi w jasnych częściach 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.

Wyrażenie wyniku w elektronach pozwala śledzić jakość przetwarzania toru analogowo-cyfrowego. W aparacie GH5S zauważymy dwie quasi-proste. Pierwsza, dla ISO 80–400 składa się z wartości przekraczających 10 elektronów. Druga natomiast, dla ISO 800–204800 pokrywa wartości od 5 do 2 elektronów. Charakterystyka ta wynika z budowy dual native ISO sensora. Jest to nic innego jak architektura dual gain, znana z najnowszych aparatów Sony oraz Fujifilm.

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 6 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 98 ke^–, co jest stosunkowo wysokim wynikiem. Z wykresu jasno wynika, że punkt wzmocnienia jednostkowego dla matrycy Panasonika GH5S wynosi 691 (nieco poniżej ISO 1600), zatem przekroczenie tego progu powoduje, że za jakość zdjęcia odpowiadają już tylko algorytmy cyfrowej obróbki sygnału, nie analogowy tor matrycy. Wobec tego nie ma żadnego użytku w stosowaniu wyższych czułości, bowiem dokładnie takie same efekty uzyskamy rozjaśniając zdjęcie w procesie postprodukcji na komputerze. Wynik dla nowego flagowca firmy Panasonic jest przeciętny.

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.

Na powyższym wykresie widać, że dla czterech najniższych czułości wynik przekracza 400 przejść tonalnych. Dla najniższej, natywnej, ISO 160, mamy 434 przejścia, więc otrzymujemy 8.8-bitowy zapis danych. Jest to rezultat znacznie niższy od Sony A7s II, który osiągnął 9.7-bitowy zapis danych, lecz jednocześnie lepszy od GH5, którego rezultat to 8.6-bitowy zapis danych. Tak czy inaczej rezultat GH5S gwarantuje wizualnie gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Wraz ze zwiększaniem czułości zakres tonalny oczywiście maleje.

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
80
100
160
200
400
800
1600
3200
6400
12800
25600
51200
102400
204800

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 160, które jest najniższą natywną czułością, testowany aparat osiągnął 9.4 EV. Sony A7s II, który również stosuje 14-bitowe przetwarzanie danych, może poszczycić się rezultatem 10.4 EV. Starszy brat testowanego aparatu, GH5, notuje wynik zaledwie 8 EV – należy jednak pamiętać, że jego przetwornik jest 12-bitowy. Dla SNR = 1 testowany aparat osiąga 13.2 EV, co oznacza, że do wykorzystania całego zakresu przetwornika nieco brakuje.

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 102400 dynamika wynosi 3 EV.

Przy omawianiu zakresu tonalnego pokazujemy tradycyjnie, jak zachowują się zdjęcia przy obróbce komputerowej, kiedy rozjaśniamy je lub przyciemniamy. Zdjęcia wykonaliśmy przy czułości ISO 200 i przysłonie f/16 oraz ISO 1600 i przysłonie f/22. Czasy ekspozycji wynosiły odpowiednio 30 i 2 s. Następnie wywołaliśmy je jako 48-bitowe TIFF-y dcrawem i w Lightroomie rozjaśniliśmy o +4 EV oraz przyciemniliśmy o −4 EV, po czym zapisaliśmy jako zdjęcia 24-bitowe.

200 ISO
	0 EV	+4 EV
Lumix GH5S
E-M5 Mark II
1600 ISO
Lumix GH5S
E-M5 Mark II

160 ISO
	0 EV	+4 EV
Lumix GH5S
E-M5 Mark II
1600 ISO
Lumix GH5S
E-M5 Mark II