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.

Dla wszystkich czułości ISO, poza trzema rozszerzonymi nastawami ISO 32, ISO 51200 oraz ISO 102400, zauważymy podobną charakterystykę. Czułości jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli są około 1/3 EV poniżej nominalnych. 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.

Po pierwsze, zauważyć można wyraźny skok wartości szumu przetwarzania za ISO 200. Takie zachowanie oznacza, że matryca ta, tak jak inne wypuszczone w ostatnim czasie matryce Sony, charakteryzuje się budową dual-gain. W efekcie, szum przetwarzania jest dla wyższych wartości ISO obniżony, co nie ogranicza ich wyników dynamiki tonalnej.

Dla niższych czułości szum przetwarzania jest w przybliżeniu prostą i wynosi około 7 e^–. Z kolei powyżej nastawy ISO 200 szum przetwarzania osiąga poziom od 3 do 1 elektrona. Można więc uznać, że jakość zaprojektowanej elektroniki stoi na wysokim poziomie. W idealnie pracującej matrycy wykres powinien być linią prostą, ze wszystkimi wartościami dla różnych czułości ISO na tym samym poziomie. W przypadku D850, ze względu na użycie dwóch poziomów wzmocnień, otrzymujemy dwie charakterystyki zbliżone do prostej.

Współczynnik konwersji i wzmocnienie jednostkowe

Poniżej przedstawiamy współczynnik konwersji (ang. conversion gain) matrycy wyznaczony dla różnych nastaw ISO. Parametr ten definiuje liczbę elektronów przypadających na jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC (tzw. ADU, ang. ADC unit). Analiza tych danych pozwala określić tzw. wzmocnienie jednostkowe, czyli cechę charakterystyczną każdej matrycy definiującą czułość, dla której współczynnik konwersji jest równy 1 – to znaczy wartość z przetwornika ADC pokazuje wprost liczbę przetworzonych elektronów. 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 8 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 131 ke^–. Taki wynik można uznać, biorąc pod uwagę wielkość pojedynczego sensela, za wysoki. Punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dość nisko, bo dla czułości 534, czyli tuż przed 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.

Zakres tonalny

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.

Liczba tonów dla natywnej czułości ISO 100 wynosi 500, co daje 9-bitowy zapis danych. Jest to wysoki wynik, który zapewni wizualnie gładkie przejścia tonalne. Przy najniższej, nieprogramowej wartości ISO zakres ten spada do wartości 24 przejść, co daje 4.6-bitowy zapis danych. Warto w tym miejscu przytoczyć wyniki konkurencji na bazowej czułości: Canon 5Ds R 8.5-bita, Sony A7R II 9-bitów. Poprzednik testowanego aparatu, Nikon D810, notował w tej kategorii 9.2-bitowy zapis danych.

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
32
64
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 bazowej czułości ISO 64 Nikon D850 osiąga dynamike tonalną 10 EV – wynik ten uznać można za świetny, lecz nieco gorszy od D810, który zanotował 10.2 EV. Warto jednak podkreślić, że dzięki matrycy dual-gain zdecydowanie poprawiły się rezultaty dla niższych czułości ISO przy kryterium jakości obrazu dobrej, średniej i niskiej. Dla porównania, przy ISO 400 D850 dla jakości niskiej notuje wynik 12.9 EV, a jego poprzednik uzyskał rezultat 12.2 EV.

Na tym polu Canon 5Ds R uzyskał, przy bazowej czułości, zaledwie 8.5 EV. Nie możemy jednak zestawić rezultatów D850 z A7R II, gdyż ten drugi został poddany testom w naszym laboratorium jeszcze zanim weszła aktualizacja na 14-bitowe RAW-y. Możemy jednak zestawić wynik testowanego aparatu z Sony A9: bezlusterkowiec Sony dla ISO 100 notuje dynamikę 9.7 EV.

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 20 dB, widzimy, że dla ISO 800 dynamika wynosi 7 EV.

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

100 ISO
	0 EV	+4 EV
D850
200 ISO
X-T2
1600 ISO
D850
X-T2

Przy ISO bazowym oba porównywane aparaty dają bardzo mało zaszumiony obraz – wydaje się jednak, że to D850 lekko wygrywa. Sytuacja zmienia się natomiast przy ISO 1600, gdzie to testowany aparat szumi znacznie mocniej.

Przy próbie wyciągania informacji z prześwietlonych partii przy obu aparatach będziemy musieli pogodzić się z niepowodzeniem takiej operacji.

64 ISO
	0 EV	−4 EV
D850
200 ISO
X-T2
1600 ISO
D850
X-T2