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 dwóch najniższych nastaw ISO czułości jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli są blisko 2 EV powyżej nominalnych. Dla wyższych nastaw różnica ta spada do ok. 1 EV. To trochę nietypowe zachowanie, lecz z drugiej strony mamy do czynienia z nietypowym sensorem.

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 dwóch 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 7–8 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. 8 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 126 ke^–. Taki wynik można uznać za bardzo wysoki. Punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla realnej czułości 1924, czyli pomiędzy nastawami 800 i 1600. 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 478. Otrzymujemy zatem 8.9-bitowy zapis danych. Taki wynik gwarantuje oczywiście wizualnie gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Dla analogicznych kryteriów w Canonie R5 zanotowaliśmy 8.4 bita, w Sony A7R V 8.6 bita, a 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 7.2 bita (co daje około 147 przejść tonalnych), a dla ISO 6400 – 6.1 bita (69 przejść). Przy maksymalnym dostępnym ISO (czyli 200000) przejść tonalnych mamy już tylko 16.

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
125
200
400
800
1600
3200
6400
12500
25000
50000
100000
200000

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 125 (najniższym natywnym) testowany aparat osiąga wartość dynamiki tonalnej na poziomie 9.8 EV, co jest niewątpliwie bardzo dobrym wynikiem. Dla analogicznych kryteriów, testowany model wypadł tak samo jak Nikon Z7 II (dla ISO 64). Nieco mniej uzyskały Sony A7R V (9.6 EV) i Lumix S1R (9.5 EV). Najniższy wynik w tej stawce zanotowaliśmy w EOS-ie R5 – 9 EV.

Dla kryterium SNR=1 dynamika osiąga 13.9 EV dla bazowego ISO, co oznacza, że wykorzystywany jest praktycznie cały zakres pracy przetwornika ADC. Przy tej jakości widać zysk wynikający z architektury dual-gain, przekładający się na lepsze osiągi dynamiki dla nastaw czułości ISO 400 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 przekracza 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 Leica M11 Monochrom 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 Leiki. Aby zatem porównanie rezultatów rozjaśniania i przyciemniania było bardziej miarodajne, zdecydowaliśmy się użyć zdjęć z Z7 z ekspozycją o 2/3 EV większą (odpowiednio otwierając przysłonę).

	0 EV	+4 EV
100 ISO
Z7
125 ISO
M11 Monochrom
1600 ISO
Z7
M11 Monochrom

Rozjaśnienie obrazów z Nikona uwidacznia sporo szczegółów, a także – głównie dla ISO 1600 – sporo szumu. Tego samego nie da się jednak powiedzieć o zdjęciach z M11 Monochrom, bowiem zwiększenie ekspozycji w gruncie rzeczy niewiele dało – obraz jest po prostu ciemny.

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

	0 EV	−4 EV
100 ISO
Z7
125 ISO
Leica M11 Monochrom
1600 ISO
Z7
Leica M11 Monochrom