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 użyliśmy światłomierza Sekonic.

----- R E K L A M A -----

Na powyższym wykresie widać, że wszystkie czułości przedstawione jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli są 1 EV poniżej czułości nominalnych. Jest to zachowanie typowe i pozwala na manipulacje w jasnych partiach obrazu.

Szum przetwarzania

Kolejnym pomiarem jest tzw. szum przetwarzania (ang. readout noise), czyli 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. Widzimy, że przebieg pokrywa zakres wartości od 2 do 5 elektronów, co jest bardzo dobrym wynikiem. 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.

Z wykresów odczytać możemy, że punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla ISO 442, czyli odrobinę ponad czułością ISO 800. Wygląda zatem na to, że kolejne czułości uzyskiwane są na drodze programowej. Dla najniższej czułości na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypada nieco powyżej 4 elektronów. Daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na stosunkowo wysokim poziomie 65 ke^–.

Szum całkowity

Porównywanie poziomu szumów pomiędzy modelami przeprowadzone na plikach JPEG trudno uznać za wiarygodne, jako że nie znamy sposobu tworzenia tychże plików przez aparaty. Dlatego by porównać charakterystykę szumów XF10 dla różnych czułości ze sprzętem innych producentów, musimy przyjrzeć się wynikom uzyskanym z analizy plików RAW.

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

Widzimy, że mimo zastosowania gęściej upakowanej matrycy, XF10 szumi mniej niż X70. Warto tutaj podkreślić, że kształt wykresów nie daje nam podstaw, by posądzać producenta o redukcję poszczególnych składowych.

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.

Szczegółowość zdjęć z XF10 oraz G1 X Mark III jest bardzo podobna – wydaje się, że aparaty te nieco górują nad Coolpiksem. Pod względem zaszumienia obie 24-megapikselowe matryce idą w zasadzie „łeb w łeb” – lekka przewaga X-a uwidacznia się w zasadzie tylko na czułości ISO 12800. Porównanie z Coolpiksem jest utrudnione ze względu na radykalną różnicę w jasności zdjęć, która z kolei wynika z innego skalibrowania czułości.

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.

Z wykresu przedstawionego powyżej możemy odczytać, że dla najniższej czułości liczba tonów wynosi prawie 350, co daje 8.4-bitowy zapis danych. Jest to wynik zapewniający gładkie przejścia.

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 stosunkowi sygnału do szumu na poziomie 10, 4, 2 i 1.

Dla najniższej czułości (ISO 200) przy wysokiej jakości obrazu mamy do dyspozycji aż 9.3 EV. To bardzo dobry wynik. Biorąc pod uwagę SNR=1, będziemy mieli możliwość skorzystania z praktycznie całego zakresu przetwornika, co jest bardzo dobrą informacją zwłaszcza dla tych, którzy lubią forsowną obróbkę zdjęć.

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 SNR = 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 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 dla ISO 800, widzimy, że dynamika przekracza nieco 9.5 EV.

Aby zobrazować praktyczny aspekt elastyczności obróbki zdjęć w formacie surowym, 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.

	0 EV	+4 EV
ISO 200
ISO 1600

	0 EV	−4 EV
ISO 200
ISO 1600

Darki

Poziom prądu ciemnego testujemy na podstawie zdjęć wykonanych z 3-minutową ekspozycją bez dopływu światła. Zdjęcia wykonujemy zarówno w formacie JPEG, jak i RAW. Te pierwsze prezentujemy w postaci, w jakiej zostały zapisane przez aparat. Natomiast surowe pliki wywołujemy programem dcraw do postaci czarno-białej bez interpolacji. Uzyskane w ten sposób TIFF-y konwertujemy do formatu GIF, dobierając zakres w taki sposób, aby najlepiej zobrazować generujący się na matrycy szum. W przypadku XF10 zakres ten wynosi od 800 do 1200. Identyczny zakres został również odłożony na poziomej osi histogramów wykonanych na podstawie surowych plików. Maksymalne wartości na osi pionowej wynoszą 500 000 zliczeń.

RAW
ISO	Dark Frame	Crop	Histogram
200
400
800
1600
3200
6400
12800

Bias w zastosowanym aparacie ma wysoką wartość około 1024, a więc tyle, ile w innych aparatach Fujifilm, jak na przykład X-H1. Zauważyć jednak można, że odchylenie standardowe już od najniższych czułości osiąga dość wysoki poziom. Być może oznacza to, że niewielki korpus gorzej radzi sobie z odprowadzeniem ciepła, przez co długie ekspozycje będą bardziej zaszumione. Do kształtu samej charakterystyki nie mamy jednak zastrzeżeń aż do ISO 3200. Możemy zatem uznać, że XF10 nie stosuje programowego odszumiania darków, co jest krokiem w przód względem X70.

ISO	średni poziom sygnału	odchylenie standardowe
200	1022.346	34.204
400	1022.222	49.954
800	1022.325	62.612
1600	1023.470	137.876
3200	1026.594	233.189
6400	1028.540	367.694
12800	1028.657	519.094

Dla porządku prezentujemy darki w formacie JPEG.

JPEG
ISO	Dark Frame	Crop
200
400
800
1600
3200
6400
12800