Czułość matrycy

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 dla nastaw poza ISO 50 (programowym), czułości jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli są od 0.5 do 1 EV poniżej nominalnych. Takie zachowanie jest typowe i umożliwia manipulację danymi w jasnych partiach obrazu. Poza tym widać, że nastawa ISO 50 i 100 to de facto ta sama wartość czułości.

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. Przebieg pokrywa zakres wartości od 1 do 4 elektronów (dla nastawy ISO 100), co znaczy, że jakość zaprojektowanej elektroniki stoi na bardzo dobrym poziomie. W idealnie pracującej matrycy wykres powinien być linią prostą, ze wszystkimi wartościami dla różnych czułości ISO na tym samym poziomie. Dla trzech najniższych czułości – w których mamy niższy bias – elektronika generuje odrobinę wyższy szum przetwarzania niż dla wyższych nastaw. Różnica pomiędzy pierwszymi a drugimi jest znacznie mniejsza niż u konkurencji.

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 najniższej natywnej czułości, na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypada 5 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 57 ke^–. Nie jest to szczególnie wysoki wynik, przynajmniej względem konkurentów (osiągających nawet 165 ke^-. Punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 579, czyli nieco powyżej nastawy 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.

Załamanie widoczne na wykresie jest najprawdopodobniej związane z różnymi poziomami biasu dla zakresu ISO 50–200 i 400–102400.

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 możemy zauważyć, że dla najniższej natywnej czułości liczba tonów sięga około 326, czyli otrzymujemy 8.4-bitowy zapis danych. Dla tych kryteriów R5 niestety ustępuje konkurentom. Przykładowo, Nikon Z7 uzyskał 9 bitów, Panasonic S1R 8.7 bita, Sony A7R IV – 8.8 bita. Zwiększanie czułości powoduje oczywiście degradację zakresu tonalnego i przy ISO 1600 w EOS-ie otrzymujemy wartości 7.1 bita, co daje około 135 przejść tonalnych. Przy maksymalnym dostępnym ISO przejść tonalnych mamy już tylko 16, co daje 4 bity.

Tak samo, jak w przypadku poprzedniego wykresu widoczne na wykresie załamanie jest związane z różnymi poziomami biasu dla zakresu ISO 50–200 i 400–102400.

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
50
100
200
400
800
1600
3200
6400
12800
25600
51200
102400

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 testowany aparat osiąga wartość dynamiki tonalnej na poziomie 9 EV. To dobry wynik, choć niższy od konkurentów. Bezlusterkowiec Nikona uzyskał aż 10.1 EV, natomiast modele Panasonika i Sony odpowiednio 9.5 i 9.6 EV.

Przy SNR=1, EOS R5 dla ISO 100 osiąga 13.8 EV, zatem do wykorzystania 14-bitowego zapisu nie brakuje dużo. Znów widzimy wyraźne załamania związane ze zmianą biasu powyżej ISO 200. Co ciekawe, czułość ISO 200 wypada gorzej od 400 dla każdej jakości obrazu, zatem lepiej jej po prostu nie używać. Zresztą, to samo było widać w kategorii zakresu tonalnego.

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 1600 dynamika przekracza wartość 8.5 EV.

Przy omawianiu zakresu tonalnego pokazujemy tradycyjnie, jak zachowują się zdjęcia przy obróbce komputerowej, kiedy to 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.

Przy zdjęciach wykonanych obydwoma aparatami w takich samych warunkach oświetleniowych i przy tych samych parametrach ekspozycji okazało się, że różnią się one zauważalnie jasnością. Różnica wyniosła mniej więcej 1/3 EV, przy czym jaśniejsze były zdjęcia z Nikona. Aby zatem porównanie rezultatów rozjaśniania i przyciemniania było bardziej miarodajne, zdecydowaliśmy się użyć zdjęć z Z7 z ekspozycją o 1/3 EV mniejszą.

100 ISO
	0 EV	+4 EV
EOS R5
Z7
1600 ISO
EOS R5
Z7

Dla obu czułości widać pewną przewagę aparatu Nikona. W Z7 nieco mniej rzuca się w oczy niebieska składowa szumu, natomiast widoczność detali jest całkiem podobna.

Przyciemnianie jasnych partii obrazu nie pozwala oczywiście zniwelować przepaleń. Drobne różnice mogą wynikać z różnej jasności oryginalnych zdjęć.

100 ISO
	0 EV	−4 EV
EOS R5
Z7
1600 ISO
EOS R5
Z7