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 zestawić charakterystykę szumów Canona S120 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. Dla najwyższej czułości składowa niebieska dochodzi do wartości 30% – to stosunkowo wysoki wynik. Cała charakterystyka jest jednak praktycznie identyczna z zachowaniem aparatu G16.

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.

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

Wycinki potwierdzają to, co widzieliśmy już na wykresach. Dobrą jakość otrzymamy, gdy nie będziemy przekraczać poziomu ISO 800. 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. Zestawiając testowany model z Canonem G16, nie dostrzeżemy większych różnic – niezależnie od użytej nastawy czułości. Opisywany aparat przegra jednak z Fuji XQ1. Co prawda ten drugi nie umożliwia użycia wysokich czułości w formacie RAW, jednak te, które są dostępne, dają lepszą jakość.

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 jedynie dla najniższej czułości liczba tonów przekracza 200, czyli otrzymujemy 7.6-bitowy zapis danych. Taki wynik należy uznać za stosunkowo dobry, dający gwarancję wizualnie gładkich przejść tonalnych, bez widocznej posteryzacji. Dalsze zwiększanie czułości ISO powoduje powolną degradację zakresu tonalnego do bardzo niskiej wartości 3.5 bita, co stanowi niewiele ponad 11 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 S120 osiąga wartości dynamiki tonalnej dochodzące do 8 EV przy najniższej czułości. Jest to stosunkowo dobry wynik jak na matrycę wielkości 1/1.7". Gdy akceptujemy niższe progi jakości, okazuje się, że przy wykorzystaniu najniższej dostępnej czułości dysponujemy praktycznie całym zakresem pracy 12-bitowego przetwornika.

Poniżej przedstawiamy pełne wykresy SNR wygenerowane 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 określonego 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 ledwo co sięga wartości 6 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 80
ISO 1600

	0 EV	−4 EV
ISO 80
ISO 1600

Prąd ciemny i szum termiczny (darki)

Standardowo zdjęcia w tym teście wykonujemy w formacie RAW z najdłuższym możliwym do uzyskania czasem migawki, jednak nie większym niż 30 s. W wypadku S120 maksymalny czas otwarcia migawki determinowany jest nastawioną wartością ISO. Dodatkowo aparat wymusza odejmowanie ciemnej klatki. Czas ekspozycji dla czułości ISO 6400 i 12800 to 1 s.

Zdjęcia wywołujemy 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 400. Maksymalna wartość na osi pionowej wynosi 100 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. Jedynie przy najwyższych czułościach możemy dopatrzeć się jego śladów. Ważne spostrzeżenie: szum jest jednorodny. 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. Należy zwrócić uwagę na brak widocznego kształtu przypominającego gaussowski dzwon – oznacza on, 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.

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

Poniżej przedstawiamy analizę statystyczną przedstawionych darków.