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 wszystkich nastaw, czułości jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli są poniżej nominalnych. Największa różnica występuje dla zakresu ISO 100-800 i wynosi nieco ponad 1 EV. Dla wyższych spada poniżej 1 EV, a dla rozszerzonych H1 i H2 – nawet poniżej 1/2 EV. Takie zachowanie 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. Dla nastaw ISO 50-800 szum wynosi od 5 do 10 elektronów z wyjątkiem w postaci 24 elektronów dla ISO 100. Od ISO 800 szum spada do poziomu ok. 3 elektronów. Takie zachowanie wyraźnie sugeruje, że mamy do czynienia z dwoma poziomami wzmocnień, a granicą jest nastawa ISO 800. Tak czy inaczej, wygląda na to, 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. Wygląda na to, że w pierwszym przedziale czułości, oprogramowanie przetwornika ADC zmienia jego charakterystykę w zależności od użytej nastawy.

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 20 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 310 ke^–. To bardzo wysoki wynik. Punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 1047 (realnej), czyli mniej więcej dla nastawy ISO 2000. 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 testowanym aparacie punkt wzmocnienia jednostkowego jest ustawiony dość wysoko.

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 438, czyli otrzymujemy 8.8-bitowy zapis danych. Tym samym, R1 wypadł bardzo podobnie jak Nikon Z9 i Sony A9 III (oba po 8.7 bita). W EOS-ie R3 zanotowaliśmy trochę lepszy wynik – 9.2 bita.

Wraz ze zwiększaniem czułości w R1 zakres tonalny oczywiście maleje. Przy ISO 1600 otrzymujemy wartość 7.5 bita (co daje około 178 przejść tonalnych), a dla ISO 6400 – 6.6 bita (94 przejścia). Przy maksymalnym dostępnym ISO przejść tonalnych mamy już zaledwie 12, co daje 3.6 bita.

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
204800
409600

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 10 EV. To świetny wynik, choć w R3 zanotowaliśmy nieco więcej - 10.3 EV. Nikon Z9 uzyskał 8.9 EV (dla ISO 64), natomiast Sony A9 III 9.2 EV (dla ISO 250).

Przy SNR=1, EOS R1 dla ISO 100 osiąga 13.6 EV, zatem trochę brakuje do optymalnego wykorzystania 14-bitowego zapisu, co jednak utrudnia wysoki poziom biasu dla tej nastawy. Załamania widoczne głównie dla „niskiej” jakości, odpowiadają zmierzonym przez nas przedziałom szumu przetwarzania.

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 9.5 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. Ze względu na różnicę w naświetleniu zdjęć zdecydowaliśmy się przymknąć przysłonę o 1/3 EV mocniej w Z7. 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.

100 ISO
	0 EV	+4 EV
EOS R1
Z7
1600 ISO
EOS R1
Z7

Rozjaśnienie obrazów dało lepszy efekt wizualny w przypadku aparatu Canona. Dla obu nastaw czułości widać, że zdjęcia z Z7 zawierają nieco więcej szumu, przy czym mają też wyższą rozdzielczość.

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

100 ISO
	0 EV	−4 EV
EOS R1
Z7
1600 ISO
EOS R1
Z7