Szumy

Porównywanie poziomu szumów pomiędzy modelami przeprowadzone na plikach JPEG trudno uznać za wiarygodne, jako że nie znamy sposobu tworzenia tychże plików przez aparaty. Dlatego by porównać charakterystykę szumów Canona G16 dla różnych czułości ze sprzętem innych producentów, musimy przyjrzeć się wynikom uzyskanym z analizy plików RAW.

Pomiar szumów matrycy wykonujemy na zdjęciach tablicy Kodak Q-14, korzystając z programu Imatest. Poniżej prezentujemy uzyskane przez nas wyniki.

Do przedstawionego kształtu wykresu nie możemy mieć żadnych zastrzeżeń. Szum narasta proporcjonalnie wraz z podnoszeniem czułości ISO. Jednak naszą uwagę zwróciła skala OY – w wypadku plików RAW wywołanych do 24-bitowego zapisu TIFF składowa luminancji dochodzi po poziomu 15%. Tak wysoki wynik zobligował nas do porównania rezultatów tego testu z wynikami uzyskanymi dla aparatu G15 – czyli posiadającego matrycę FSI. Poniżej prezentujemy odpowiedni wykres.

Widzimy wyraźnie, że matryca G16 szumi mocniej w całym zakresie czułości. To spora niespodzianka, bowiem już przyzwyczailiśmy się do tego, że dopisek „BSI” jest gwarancją lepszych wyników. Czy to wpadka producenta? Trudno wyrokować – pozostawmy jednak ten wykres jako ostrzeżenie, by nie ufać ślepo marketingowym zapewnieniom o magicznych cechach matryc BSI. W wypadku G16 owa magia staje się niedostępna.

Aby ukazać, jak wartości wyznaczonego szumu przekładają się na obraz, prócz wykresów prezentujemy tabelkę z fragmentami zdjęć (w skali 1:1) pól nr 3 oraz nr 11 tablicy Kodak Q-14. W pierwszej tabelce znajdują się fotografie w formacie JPEG, w drugiej natomiast – w formacie RAW.

Aby porównać uzyskane próbki z innymi aparatami, należy wybrać z rozwijanych list czułość oraz odpowiednie modele przetestowanych aparatów, dla których mają być podane wyniki. W efekcie poniższa tabelka zostanie zaktualizowana nowymi wycinkami scenki testowej.

Wycinki potwierdzają to, co widzieliśmy już na wykresach. Obrazy z G15 i G16 są nie do rozróżnienia. Dobrą jakość otrzymamy, gdy nie będziemy przekraczać poziomu ISO 800. Miękki obraz w porównaniu do innych aparatów jest wynikiem silnego filtra antyaliasingowego w połączeniu z przeciętną jakością optyki. Struktura szumu też nie jest ciekawa, co może stwarzać problemy przy jej usuwaniu. Doskonale było to widać przy okazji oglądania wycinków z formatu JPEG – zanik detalu jest bardzo szybki.

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.

Z wykresu przedstawionego powyżej możemy odczytać, że dla dwóch najniższych czułości liczba tonów przekracza 250, czyli otrzymujemy 8-bitowy zapis danych. To bardzo dobry wyniki dający gwarancję wizualnie gładkich przejść tonalnych, bez widocznej posteryzacji. Dalsze zwiększanie czułości ISO powoduje powolną degradację zakresu tonalnego do bardzo niskiej wartości 4 bitów, co stanowi 16 półtonów.

Dynamika tonalna

Dynamikę tonalną wyznaczyliśmy w oparciu o serię zdjęć tablicy Kodak Q-13. Pomiarów 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.

Przedstawiony wykres pokazuje naturalne zmniejszanie się zakresu dynamiki wraz z każdym zwiększaniem stopnia ISO. To znak, że układy kondycjonowania sygnału są ustawione tak, by przetwornik ADC pracował w optymalnym zakresie jedynie dla najniższej wartości ISO. Dla najwyższego kryterium jakości, czyli RMS = 10, Canon G16 osiąga wartości dynamiki tonalnej równe 7.5 EV przy najniższej czułości. Jest to typowy wynik jaki osiągają matryce wielkości 1/1.7”. Gdy akceptujemy niższe progi jakości, okazuje się, że przy wykorzystaniu najniższej dostępnej czułości dysponujemy prawie całym zakresem pracy 12-bitowego przetwornika.

Poniżej przedstawiamy pełne wykresy SNR wygenerowanie na podstawie wykonanych pomiarów dla wszystkich czułości aparatu:

0 na osi OX oznacza maksymalną wartość, którą aparat może zapisać w pliku RAW. Na prawej osi OY oznaczyliśmy miejsca dla kryteriów SNR= 10, 4, 2 i 1. Przy pomocy tego wykresu każdy może oszacować dostępną dynamikę dla wybranej przez siebie minimalnej użytecznej jakości. 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 dla ISO 1600, widzimy, że dynamika sięga wartości 5 EV.

Aby zobrazować praktyczny aspekt dynamiki tonalnej, jaki oferuje aparat, wykonaliśmy zdjęcia scenki testowej z czasem 30 s i 2 s przy czułości odpowiednio ISO 100 i ISO 1600. Fotografie zostały zrobione w formacie RAW i skorygowane o +4 EV i −4 EV w programie Adobe Lightroom 4 na domyślnych ustawieniach (wyłączone wszystkie panele modułu Develop za wyjątkiem „Camera Calibration”).

	0 EV	+4 EV
ISO 100
ISO 1600

	0 EV	−4 EV
ISO 100
ISO 1600

Prąd ciemny i szum termiczny (darki)

Standardowo zdjęcia w tym teście wykonujemy w formacie RAW. Wywołujemy je programem dcraw do postaci czarno-białej bez interpolacji. Uzyskane w ten sposób pliki TIFF konwertujemy do formatu GIF, dobierając zakres w taki sposób, aby najlepiej zobrazować generujący się na matrycy szum. Przy tworzeniu histogramów oś pozioma pokazuje zakres wartości od 0 do 512. Maksymalna wartość na osi pionowej wynosi 250 tysięcy zliczeń.

RAW
ISO	Dark Frame	Crop	Histogram
80
100
200
400
800
1600
3200
6400
12800

Spójrzmy na analizę statystyczną przedstawionych powyżej darków.

Darki nie wykazują cech silnego bandingu, a szum jest jednorodny. Pod tym względem nie można mieć do G16 żadnych zastrzeżeń, choć uważny czytelnik dostrzeże delikatne pasma na miniaturach, szczególnie dobrze widoczne dla najwyższych wartości ISO. W konstrukcji przetwornika ADC producent wykorzystał stały sygnał dodawany w celu lepszego odseparowania szumu przetwarzania od użytecznego sygnału. To ukłon w kierunku zaawansowanych programów odszumiających pracujących na plikach RAW. Martwi nas jednak brak widocznego kształtu, przypominającego gaussowski dzwon – znak, że z danymi dzieje się coś, co trudno uznać za fizyczne zachowanie.

Szum termiczny w plikach JPEG

Na koniec tego rozdziału, dla porządku prezentujemy jeszcze darki dla formatu JPG zapisanego przez aparat razem z plikami RAW użytymi w wyżej zaprezentowanej analizie.

JPEG
ISO	Dark Frame	Crop
100
200
400
800
1600
3200
6400
12800

Spójrzmy na analizę statystyczną przedstawionych powyżej darków.