Czułość matrycy

Słowem wstępu – ponownie, tak jak w poprzednim rozdziale, do wykonania pomiarów skorzystaliśmy z aplikacji zewnętrznej. Nie należy zatem poniższych wyników traktować jako pełnoprawnej części testu, a bardziej jako jego rozwinięcie.

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.

Wykres ten pokazuje, że najniższe czułości skalibrowane są powyżej wartości nominalnych. Takie zachowanie umożliwia manipulację danymi w ciemnych partiach obrazu. Co ciekawe, od czułości ISO 800 wartości są przesunięte poniżej wartości nominalnych. Takie zachowanie umożliwia manipulację danymi zarejestrowanymi w jasnych partiach obrazu w sytuacjach, gdzie jesteśmy zmuszeni użyć wysokiej czułości ISO.

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.

Widzimy, że matryca iPhona Xr nie radzi sobie tutaj najlepiej. Wyrażenie wyniku w elektronach pozwala śledzić jakość przetwarzania toru analogowo-cyfrowego. W przypadku iPhone Xr przebieg pokrywa zakres od 1 do 10 elektronów.

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 czułości na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypada 6.6 elektrona. Daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 27 ke^–. Jest to wynik dość niski, jednak ze względu na niewielką powierzchnię pojedynczej fotodiody nie jest on zaskoczeniem.

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. Prezentujemy wyniki pomiarów dla matrycy tylnego aparatu, wyposażonego w obiektyw 26 mm.

Z wykresu przedstawionego powyżej możemy odczytać, że dla najniższej czułości liczba tonów wynosi ponad 200, czyli otrzymujemy 8-bitowy zapis danych. To stosunkowo niewielki wynik, dający jednak gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Niestety, taka sytuacja tyczy się tylko najniższej wartości ISO, bowiem zakres tonalny szybko spada do bardzo małej wartości, osiągając dla ISO 400 poziom niewiele ponad 60 półtonów i niewiele powyżej 50 dla ISO 800.

Dynamika tonalna

Dynamikę tonalną wyznaczyliśmy w oparciu o serię zdjęć tablicy Kodak Q-13. Pomiarów dokonaliśmy 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. Na poniższym wykresie prezentujemy wyniki głównego aparatu iPhona Xr.

Wyniki dynamiki są, krótko mówiąć, słabe. Przy ISO 25 i SNR=10, jej wartość delikatnie przekracza 7 EV, a dla ISO 800 3 EV. Przebiegi dla poszczególnych kryteriów jakości nie opadają równomiernie, co rodzi podejrzenia o modyfikację RAW-ów.

Poniżej przedstawiamy pełne wykresy SNR wygenerowane na podstawie pomiarów wykonanych 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.