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.

Na powyższym wykresie widać, że wszystkie czułości przedstawione jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli, są poniżej wartości nominalnych. Wartości średnie znajdują się ok. 1 EV poniżej. Takie zachowanie jest typowe i umożliwia manipulację danymi w jasnych partiach obrazu. Rozbieżność między poszczególnymi kolorami podstawowymi jest typowa dla matryc krzemowych, gdzie sprawność kwantowa nie rozkłada się równomiernie w całym spektrum światła widzialnego.

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. Widzimy, że przebieg pokrywa zakres wartości od ok. 4 do 7 elektronów, co oznacza, że jakość zaprojektowanej elektroniki stoi na dobrym poziomie. W idealnie pracującej matrycy wykres powinien być linią prostą, ze wszystkimi wartościami dla różnych czułości ISO na tym samym poziomie. Tutaj mamy do czynienia z pewnymi fluktuacjami, aczkolwiek nie są one duże.

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 czułości ISO 100 na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypadają 3 elektrony. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 52 ke–. To wynik niższy od tego, co zarejestrowaliśmy w przypadku innych, 24-megapikselowych EOS-ów. Jak łatwo odczytać z wykresu, punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 192 (czyli praktycznie dla nastawy aparatu ISO 400). Wartość tą uznajemy za bardzo niską. 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. 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.

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.

Najwyższą jakość obrazu otrzymamy dla dwóch najniższych czułości, dla których aparat zarejestruje ponad 200 przejść tonalnych. W EOS-ie R100 liczba tonów dla ISO 100 sięga 315, co daje 8.3-bitowy zapis danych. Taką wartość można uznać za niezły wynik, który gwarantuje gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Identyczny wynik zarejestrowaliśmy w teście OM-1, natomiast w X-S20 – 7.9 bita.

Zwiększanie czułości w R100 powoduje oczywiście degradację zakresu tonalnego, do wartości 6.8 bita dla nastawy ISO 1600, aż do 5 bita dla najwyższej czułości.

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
100
200
400
800
1600
3200
6400
12800
25600

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 8.6 EV. To niezły wynik, choć do aparatów w których stosowany jest 14-bitowy zapis danych trochę brakuje. Swoistym wyjątkiem od tej reguły jest rezultat X-S20, wynoszący 8.1 EV. Tyle samo uzyskał OM-5, aczkolwiek ze względu na 12-bitowe przetwarzanie sygnału porównanie go z R100 nie jest do końca miarodajne.

Dla kryterium SNR=1 maksymalny wynik to tylko 12.8 EV. Biorąc pod uwagę obecność 14-bitowych RAW-ów, rezultat powinien być wyższy.

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 8 EV.

Przy omawianiu zakresu tonalnego pokazujemy tradycyjnie, jak zachowują się zdjęcia przy obróbce komputerowej, kiedy rozjaśniamy je lub przyciemniamy. Zdjęcia testowanym aparatem wykonaliśmy przy następujących parametrach ekspozycji: ISO 100, f/11 (ISO 200 i f/16 w przypadku Olympusa) i 30 s oraz ISO 1600, f/11 i 2 s. W przypadku wybranych aparatów – Canona R100 i Olympusa OM-D E-M5 Mark II występowała spora różnica w naświetleniu zdjęć, toteż zdecydowaliśmy się przymknąć przysłonę o 1 EV mocniej w R100. 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.

	0 EV	+4 EV
100 ISO
R100
200 ISO
E-M5 Mark II
1600 ISO
R100
E-M5 Mark II

Rozjaśnione obrazy z obu aparatów na niskich nastawach ISO mają w miarę porównywalny poziom szumu. Przy ISO 1600 w przypadku R100 widzimy obraz zdegradowany kolorowym szumem, co w E-M5 Mark II nie jest aż tak wyraźne.

Przyciemnianie jasnych partii obrazu daje podobny efekt w obu aparatach, Widać, że zbyt wielu szczegółów nie udało się odzyskać, a ewentualne różnice mogą wynikać z niewielkich rozbieżności w jasności pomiędzy zdjęciami oraz realnymi czułościami.

	0 EV	−4 EV
100 ISO
R100
200 ISO
E-M5 Mark II
1600 ISO
R100
E-M5 Mark II