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 poniżej nominalnych, a różnice oscylują wokół 1 EV. Takie zachowanie jest typowe i umożliwia manipulację danymi w jasnych partiach obrazu.

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. W idealnie pracującej matrycy wykres powinien być linią prostą, ze wszystkimi wartościami dla różnych czułości ISO na tym samym poziomie. Tutaj można zauważyć, że dla trzech najniższych nastaw szum przetwarzania jest wyższy niż dla kolejnych. Jest to zapewne związane z architekturą dual-gain, dzięki której można uzyskać lepsze wyniki dynamiki tonalnej dla wyższych nastaw ISO. W każdym razie w pierwszej szum przyjmuje wartość ok. 6 elektronów, a dla drugiej 2–3. Jego wartość nie jest wysoka, ponadto widać tylko niewielkie fluktuacje w obrębie danego poziomu. Innymi słowy, jakość zaprojektowanej elektroniki stoi na bardzo dobrym poziomie.

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 ok. 6 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 101 ke^–. Taki wynik można uznać za bardzo wysoki. Punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 334, czyli nieco poniżej nastawy ISO 800. Przekroczenie tego progu powoduje, że za jakość obrazu wynikającą ze wpływu szumu śrutowego odpowiadają już tylko i wyłącznie algorytmy cyfrowej obróbki sygnału, a nie tor analogowy matrycy. Punkt wzmocnienia w testowanym aparacie ustawiony jest dość nisko.

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 388. Otrzymujemy zatem 8.6-bitowy zapis danych, nieco niższy niż u poprzednika (8.9 bita). Taki wynik gwarantuje oczywiście wizualnie gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Dla analogicznych kryteriów w Canonie R5 zanotowaliśmy 8.4 bita, natomiast w przypadku Nikona Z7 II 9 bitów (dla ISO 64). Najwyższym wynikiem w tej grupie może się pochwalić Panasonic S1R – 9.5 bita.

Wraz ze zwiększaniem czułości zakres tonalny oczywiście maleje. Przy ISO 1600 otrzymujemy wartości 6.8 bita (co daje około 113 przejść tonalnych), a dla ISO 6400 – 5.8 bita (56 przejść). Przy maksymalnym dostępnym ISO przejść tonalnych mamy już tylko 15.

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 9.6 EV, co jest niewątpliwie bardzo dobrym wynikiem. Testowany model wypadł podobnie jak Nikon Z7 II (9.8 EV dla ISO 64) i ciut lepiej niż Lumix S1R (9.5 EV). Nieco mniej natomiast uzyskał EOS R5 – 9 EV.

Dla kryterium SNR=1 dynamika osiąga 13.8 EV dla bazowego ISO, co oznacza, że bardzo niewiele brakuje, by wykorzystywany był cały zakres pracy przetwornika ADC. Przy tej jakości widać zysk wynikający z architektury dual-gain, przekładający się na lepsze osiągi dynamiki dla czułości ISO 800 i wyższych.

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 zbliża się do wartości 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 aparatem Sony A7R V i Nikonem Z7 w takich samych warunkach oświetleniowych i przy tych samych parametrach ekspozycji okazało się, że różnią się one zauważalnie jasnością. Różnica wyniosła ok. 2/3 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 2/3 EV mniejszą (odpowiednio przymykając przysłonę).

100 ISO
	0 EV	+4 EV
A7R V
Z7
1600 ISO
A7R IV
Z7

Dla ISO 100 efekt rozjaśniania obrazu daje podobne rezultaty w obu aparatach – szum utrzymuje się na rozsądnym poziomie, przec co szczegóły są całkiem dobrze widoczne. Przy ISO 1600 widać lekką przewagę Nikona, choć generalnie poziom zakłóceń w obu przypadkach jest dość wysoki.

Przyciemnianie jasnych partii obrazu wygląda porówywalnie w obu aparatach. Trudno mówić o odzyskaniu jakichkolwiek szczegółów z przepalonych obszarów.

100 ISO
	0 EV	−4 EV
A7R V
Z7
1600 ISO
A7R V
Z7