Test aparatu

Pentax K20D

7. Szumy i jakosc obrazu w RAW

Wykres, na którym prezentujemy procentową wartość szumu w zależności od czułości ISO potwierdza to, o czym pisaliśmy w poprzednim rozdziale. W całym zakresie ISO szum jest utrzymywany na wodzy, a przy czułości 6400 ISO następuje włączenie mocniejszego odszumiania (szum w kanale niebieskim jest po takiej operacji nawet mniejszy niż na ISO 3200).

Redukcji szumów, jak już zauważyliśmy, nie da się wyłączyć przy 6400 ISO. Dla pozostałego zakresu czułości można ją jednak sterować i ustawić tak, aby obraz odszumiany był na trzy sposoby. Efekt tego działania, na przykładzie zdjęć wykonanych przy 3200 ISO, prezentujemy poniżej.

3200 ISO
NR Wyłączona
NR Najniższa
NR Niska
NR Silna

Przejdźmy teraz do omówienia najważniejszej rzeczy w teście, czyli jakości zdjęć zapisanych jako RAW. Zapisywane pliki z rozszerzeniem DNG wywołaliśmy jak zawsze do postaci 24-bitowej i zapisaliśmy jako nieskompresowane PNG. Wartość szumów liczymy na tablicy szarości Kodak Q-14 za pomocą programu Imatest.

Podobna gęstość upakowania pikseli na matrycach K20D i Olympusa E-3 skutkuje podobnymi wartościami szumów. Widać to także na wycinkach scenki i paskach tablicy szarości. Pierwsze jego oznaki widać począwszy od 400 ISO, gdzie poziom szumu przekracza 1%. Im wyższa czułość, tym szum staje się większy, ale nie wzrasta drastycznie. Utrzymuje się na poziomie odnotowanym u E-3. Nieco gorszą jakość zdjęć w porównaniu do D300 widać przy wysokich czułościach w jasnych obszarach, gdzie na zdjęciach K20D pojawia się czerwony sygnał. Wyraźniejszą przewagę D300, choć ciągle małą, widać na czułości 3200 ISO. Staje się ona największa przy 6400 ISO.

100 ISO
K20D
E-3
D300
200 ISO
K20D
E-3
D300
400 ISO
K20D
E-3
D300
800 ISO
K20D
E-3
D300
1600 ISO
K20D
E-3
D300
3200 ISO
K20D
E-3
D300
6400 ISO
K20D
D300

Pomiary szumu za pomocą programu Imatest mierzone na 48-bitowych TIFF-ach pokazują mniejsze wartości szumu niż w przypadku 24-bitowych zdjęć. Różnice przy najwyższych czułościach sięgają nawet jednego procenta.

Przy okazji oceniania jakości zdjęć, musimy pokazać coś, co nas bardzo zaniepokoiło i zniesmaczyło. Aparat ten ma wyraźne problemy z przepalonymi pikselami. Martwe piksele na matrycach to znana rzecz. Aparaty posiadają z reguły funkcję, która może stworzyć mapę takich hot-pikseli i wyłączyć je z użycia interpolując do nich informację z najbliższego sąsiedztwa. Bywają też hot-piksele, które pojawiają się nagle na zdjęciu i na kolejnym już ich nie ma. W K20D mamy do czynienia właśnie z tym drugim typem. Ich ilość w ekstremalnych przypadkach wynosi nawet kilkanaście na zdjęciu. Mogą pojawić się znikąd i znikają także nieoczekiwanie.

Zauważyliśmy także, że programiści nie mieli skrupułów, aby włączyć na stałe mapowanie takich martwych pikseli przy zapisie zdjęć w formacie JPEG. Poniżej mamy zaprezentowany ten sam wycinek zdjęcia tablicy rozdzielczości wykonany przy zapisie RAW+JPEG. Na wywołanym RAW-ie martwe piksele są, na zdjęciu zapisanym jako JPEG znikają. Należy zaznaczyć, że powyższe przykłady, to zdjęcia wykonane przy krótkich ekspozycjach i czułości 100 ISO, czyli niezbyt wymagających dla typowej matrycy aparatu fotograficznego.

RAW

JPEG

Co więcej, aby pokazać, że problem nie dotyczy tylko i wyłącznie egzemplarza obecnego w teście, poniżej prezentujemy wycinek uzyskany z innego modelu K20D, który pod tym względem prezentował się jeszcze gorzej.

Darki

W menu nie ma możliwości wyłączenia redukcji szumów dla długich czasów. Znajdują się tylko opcje: auto i włączenie. Po wykonanej przez nas ekspozycji, aparat blokuje się na czas równy czasowi wykonywanej wcześniej ekspozycji i po cichu wykonywane jest ciemne zdjęcie. Następnie od sygnału na zdjęciu właściwym odejmowany jest sygnał z darka. Przez moment mieliśmy nadzieję, że proces ten będzie działać tylko jeśli zapisujemy zdjęcia w formacie JPEG. Niestety RAW-y także są automatycznie odszumiane.

W przypadku wykonywania długich ekspozycji, aby uzyskać jak najlepszą jakość zdjęcia, proces odejmowania darków jest nieunikniony. Ważne jednak, aby nad taką procedurą mieć pełną kontrolę (np. wykonać kilka darków, uśrednić je i potem dopiero odjąć). Kiedy zostawiamy to zadanie aparatowi, nie wiemy w jaki sposób redukuje on powstały szum. Na przykład przy wykonywaniu zdjęć nocnego nieba, może się okazać, że na fotografii części gwiazd nie będzie, bo aparat uzna je za hotpiksele, albo odejmie za dużo sygnału razem ze słabymi gwiazdami. W astrofotografii ważna jest informacja z każdego piksela naszej matrycy. K20D ze swoją "samowolką" słabo nadaje się więc do tego typu zdjęć.

Programiści ograniczają też użycie czułości przy wykonywaniu długich ekspozycji. Kiedy używany jest tryb Bulb, czyli czas nieokreślony, wtedy czułość jest automatycznie redukowana do maksymalnie 1600 ISO. Najwyraźniej uznano, że czułość 3200 i 6400 ISO plus długi czas naświetlania nie da w efekcie użytecznego zdjęcia.

Uznaliśmy, że jednak pokażemy jak wyglądają darki przy zastosowanej redukcji szumów. Zdjecia nie pokazują jednak faktycznej ilości szumu jaki powstaje wraz ze wzrostem czasu. Są to darki po odjęciu darków, czyli wyczyszczona przez aparat fotografia ''dekielka na obiektywie''. Wszelkie porównywanie do innych aparatów nie ma więc sensu. Zdjęcia RAW pokazane zostały dla zakresu szarości od 0 do 127 i jak widać, sygnał na zdjęciu jest równomierny, czego można było się spodziewać. Wszelkie obszary o większej ilości zliczeń, pochodzące na przykład od nagrzewającej się elektroniki w pobliżu matrycy zostały odjęte. Wartości na histogramach dla zdjęć RAW zostały ograniczone w osi poziomej do zakresu od 0 do 255, a w pionowej od 0 do 250000. Większość zliczeń ma wartość zerową, lub jest w okolicach zera, dlatego maksymalny pik został ucięty, aby lepiej wyskalować wykres.

ISO	Dark Frame	Crop	Histogram
100 (RAW)
100 (JPEG)
200 (RAW)
200 (JPEG)
400 (RAW)
400 (JPEG)
800 (RAW)
800 (JPEG)
1600 (RAW)
1600 (JPEG)

Jeśli zerowy poziom zliczeń na ekspozycjach 3-minutowych jeszcze komuś nie wydaje się nienaturalny, możemy pokusić się o kolejny eksperyment. W tym celu wykonaliśmy zdjęcia typu BIAS - kolejny typ ulubionej przez nas fotografii dekielków na obiektywie. Otóż, gdyby kamera CCD w aparacie dawała nam możliwość wykonania zdjęcia z zerowym czasem ekspozycji, na takim zdjęciu zarejestrowalibyśmy niezerowy sygnał. Dlaczego? A to dlatego, że matrycami rządzą procesy kwantowe i sczytywane elektrony potrafią tunelować pomiędzy poszczególnymi pikselami przeskakując do tych, z których sygnał został już odczytany. Ponieważ K20D nie daje nam możliwości zastosowania zerowych czasów ekspozycji BIAS-y wykonaliśmy na ekspozycjach z najmniejszym dostępnym czasem wynoszącym 1/4000 s. Tak jak przy DARK-ach do obiektywu nie dostawało się światło. Jeśli porównamy teraz stabelaryzowane poniżej wartości, to zobaczymy, że niewiele się od siebie różnią. A to znaczy, że szum przy najmniejszym czasie ekspozycji i bardzo długim jest porównywalny. W realnym świecie tak idealnego aparatu nie ma, dlatego to także potwierdza sporą zabawę, jaką programiści ufundowali sobie przy opracowywaniu redukcji szumów.