Szumy

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

W przedstawionych wykresach nie widzimy niczego niepokojącego. Wszystkie składowe rosną proporcjonalnie wraz ze zwiększaniem się czułości. Przy ISO 800 możemy zaobserwować przegięcie wykresu – dalej krzywa ma już inne nachylenie. Dla najwyższej czułości składowa luminancji wynosi niecałe 6% – to bardzo dobry wynik pokazujący, że konstruktorzy całkiem nieźle poradzili sobie z szumem przetwarzania i nie gonili za najwyższą czułością, by dotrzymać kroku konkurencji.

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. Fotografie zostały wywołane programem dcraw do formatu TIFF 24-bitowego.

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

Pliki RAW zostały wywołane programem dcraw z użyciem algorytmu interpolacji „3-pass X-Trans”.

Szum zaczyna być widoczny już od poziomu ISO 200, choć należy dodać, że to ocena pasków szarości, a nie realnej sceny – w tym wypadku aż do ISO 800 obraz ma bardzo dobrą jakość. Dalsze zwiększanie czułości powoduje znaczący przyrost szumu, co ilustrują wyniki zaprezentowane w formie wykresów. Pamiętajmy, że taki poziom szumu nie będzie przeszkadzać, gdy zechcemy zaprezentować zdjęcie w internecie (po zmniejszeniu do wielkości około 2 Mpix). Porównując wycinki między modelami aparatów, widzimy zachowanie odwrotne niż przy opisie jakości plików JPEG. Dla czułości ISO 1600 i 3200 aparaty LF1 oraz XZ2 wytwarzają obrazy z mniejszą ilością szumu. To ciekawe spostrzeżenie – model XQ1 ma większą gabarytowo matrycę od wspomnianych konstrukcji przy jednocześnie tej samej rozdzielczości. Oznacza to, że powierzchnia, z której zbierane jest światło przez pojedynczą fotodiodę w matrycy Fuji jest o 30% większa – formalnie zatem przy zastosowaniu tej samej technologii matryca XQ1 powinna notować lepsze rezultaty.

Zakres tonalny

Zakres tonalny, będący miarą liczby rozróżnialnych 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. Pomiary wykonaliśmy na surowych plikach przekonwertowanych uprzednio do 48-bitowych TIFF-ów bez demozaikowania.

Dla najniższej czułości wynik pomiaru zakresu to prawie 350, co przekłada się na niespełna 8.4-bitowy zapis danych. To stosunkowo wysoka wartość jak na tak małą matrycę i 12-bitowe przetwarzanie. Zwiększanie czułości powoduje systematyczne zmniejszanie się zakresu tonalnego ale nawet dla wartości ISO 3200 możemy cieszyć się w miarę dobrymi przejściami tonalnymi (15-bitowy zapis koloru RGB).

Dynamika tonalna

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

Od razu zauważamy bardzo równe wykresy, proporcjonalnie zmniejszające się wraz ze wzrostem wartości ISO. Wyjątkiem jest czułość ISO 100 - to znak, że jest ona wytwarzana na drodze programowej. Dla najlepszej jakości obrazu matryca notuje wynik w okolicach 6.7 EV. To dobry osiąg, porównywalny z innymi aparatami. Jednostajne opadanie tej wartości skutkuje jednak dość niewielkim zakresem dynamiki dla wyższego ISO, gdzie wynik to niewiele poniżej 3 EV. Gdy spojrzymy na najniższą jakość, przy bazowym ISO dysponujemy zakresem danych o wielkości 12 EV. Innymi słowy, mamy potencjalnie stosunkowo dobrą bazę do wyciągania detali z ciemniejszych partii obrazu.

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 RMS = 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 7 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, skonwertowane do formatu DNG (przy użyciu DNGConvertera 8.3) i skorygowane o +4 EV i −4 EV w programie Adobe Lightroom 5 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 z czasem migawki 30 s. 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 511. Maksymalna wartość na osi pionowej wynosi 50 tysięcy zliczeń.

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

Aparat XQ1 wymusza redukcję danych dla ekspozycji dłuższych od 1 s. Dodatkowym ograniczeniem jest zabezpieczenie przed zbyt długą ekspozycją na wyższych czułościach ISO. W ten oto sposób czas 30 s uzyskamy jedynie dla bazowej czułości, a każde jej zwiększenie o 1 EV będzie skutkowało skróceniem czasu migawki o połowę.

W tabelce poniżej prezentujemy statystykę dla tych obszarów.

Darki nie wykazują cech bandingu, a szum jest jednorodny. Producent w konstrukcji zastosował dodatkowy stały sygnał dodawany w celu lepszego odseparowania szumu od użytecznego sygnału. To ukłon w kierunku zaawansowanych programów odszumiających pracujących na plikach RAW. Kształt histogramów ukazuje efekt odejmowania ciemnej klatki – brakuje w nich środkowego zakresu. Mając w świadomości różne czasy otwarcia migawki, domyślamy się, dlaczego producent zdecydował się na taki ruch – zjawisko prądu ciemnego (oraz szumu termicznego) w tym aparacie jest znaczne, co możemy dostrzec także na wycinkach sceny testowej przedstawionych w poprzednim podrozdziale.

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.

RAW
ISO	Dark Frame	Crop
100
200
400
800
1600
3200

Spójrzmy na analizę statystyczną przedstawionych powyżej darków.