Aparat RX100 III został wyposażony w matrycę, która ma takie same gabaryty, jak ta użyta w poprzednim modelu. Nadal mamy sensor o rozmiarze 1" (nie jest to rozmiar geometryczny, tylko wielkość lampy analizującej, popularnego widikona z początków ery telewizji) i rozdzielczości 20 milionów punktów światłoczułych (tzw. senseli).

Czułość matrycy

Badanie to ma na celu pokazanie zachowania fotodiod matrycy, a nie jej realnej czułości w stopniach ISO, której zgodność producenci aparatów utrzymują dla formatu JPEG. Przestrzegamy zatem przed pochopnymi osądami. Jakiekolwiek odchyłki odnotowane w tym teście nie są powodem do zmartwień, gdyż zwykle są one korygowane do wartości nominalnej przy wywoływaniu pliku RAW (w korpusie aparatu przy wytwarzaniu bezpośrednio pliku JPEG lub też przy obróbce surowego pliku w komputerze). Realne problemy dotykają jedynie tego oprogramowania zewnętrznego, które nie posiada profili dedykowanych dla różnych aparatów.

Czułość wyznaczyliśmy zgodnie z normą ISO 12232, wykorzystując metodę pomiaru ilości światła niezbędnej do saturacji poszczególnych grup fotodiod sensora. Do pomiarów wykorzystaliśmy światłomierz Sekonic.

Z powyższego wykresu możemy odczytać, że wszystkie czułości, przedstawione jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli, są poniżej wartości nominalnych. Takie zachowanie jest typowe i umożliwia manipulację danymi w jasnych partiach obrazu. Rozbieżność między poszczególnymi kolorami podstawowymi jest typowa dla matryc krzemowych, gdzie sprawność kwantowa nie rozkłada się równomiernie w całym spektrum światła widzialnego. W porównaniu do modelu RX10 posiadającego taką samą matrycę możemy zaobserwować minimalnie odmienne zachowanie, szczególnie dobrze widoczne dla czułości mniejszych od ISO 200, która w opisywanym modelu jest uzyskiwana na drodze programowej, mimo deklaracji producenta, że natywną czułością jest ISO 125.

Szum przetwarzania

Kolejnym pomiarem jest tzw. szum przetwarzania (ang. readout noise), czyli całościowe zakłócenia generowane przez elektroniczny tor przetwarzania danych. Ilość tego szumu nie zależy od ilości padającego światła ani czasu ekspozycji.

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.

Wyrażenie wyniku w elektronach pozwala śledzić jakość przetwarzania toru analogowo-cyfrowego. Widzimy, że przebieg pokrywa zakres wartości od 2 do 4 elektronów dla większości zmierzonych czułości. Takie zachowanie jest podobne do tego, które odnotowaliśmy w teście aparatu RX10.

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 fizycznej czułości na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypada niecałe 5 elektronów. Przy 12-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 20 ke-. Taki wynik należy uznać za niewielki, pamiętajmy jednak, że matryca ma rozdzielczość 20 milionów punktów, zatem strefy zaporowe poszczególnych fotodiod nie są duże.

Niezbyt wysoka pojemność studni potencjałów oznacza, że podnosząc czułość aparatu, stosunkowo szybko będziemy pozbawieni realnej informacji o parametrach zarejestrowanego oświetlenia. Z wykresu odczytać możemy, że punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla ISO 946 (czyli niewiele poniżej wartości dla nastawy aparatu ISO 1600). Wyższe czułości są zatem całkowicie sztucznie wytwarzane na drodze programowej (na jedną jednostkę kwantyzacji przypada „ułamek” niepodzielnego fotonu), w związku z czym nie ma żadnego zysku ze stosowania takiej obróbki w aparacie. Dokładnie takie same wyniki uzyskamy, fotografując na niższej czułości i w komputerze odpowiednio zwiększając ekspozycję. Innymi słowy, czułości wyższe od nastawy ISO 800 są użyteczne jedynie dla tych użytkowników, którzy nie poddają zdjęć komputerowej obróbce.

Szum całkowity

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

Do powyższych wykresów nie mamy dużych zastrzeżeń. Wartość szumu zwiększa się równomiernie wraz z podnoszeniem wartości czułości ISO. Spostrzegawczy czytelnik zapewne dostrzeże, że powyżej ISO 3200 zaobserwować możemy pewne załamanie krzywych. Dla dwóch najwyższych czułości następuje korekcja danych. Warto zwrócić też uwagę na opis osi OY i porównać te wyniki do poprzednich testów aparatów RX100 II oraz RX10. Okazuje się, że pod względem obsługi matrycy opisywanemu modelowi bliżej do aparatu RX10.

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.

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.

W przeciwieństwie do plików JPEG w surowych plikach trudno doszukać się wizualnych różnic między aparatami RX100 III a RX10. Aż do najwyższej czułości można uznać, że mamy do czynienia z tą samą matrycą. Do wartości ISO 3200 szum będzie łatwy do usunięcia bez zbytniego wpływu na widoczność detalu, którego dzięki 20 milionom pikseli mamy stosunkowo dużo. Porównanie do aparatu Canon G1X Mark II pokazuje podobny poziom zaszumienia fotografii dla wyższych czułości.

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 można odczytać, że dwie najniższe wartości charakteryzują się dużo niższymi wynikami w porównaniu do ISO 125. Pamiętajmy jednak, że czułości ISO 100 oraz 80 są wartościami rozszerzonymi tworzonymi jedynie na drodze programowej. Co więcej – w instrukcji obsługi producent ostrzega, że stosowanie ich może prowadzić do gorszego odwzorowania tonalnego – powyższy wykres dobitnie pokazuje praktyczne straty.

Dla ISO 125 liczba tonów wynosi 175, czyli 7.8-bitowy zapis danych. To stosunkowo dobry wynik dający gwarancję wizualnie gładkich przejść tonalnych, bez mocno widocznej posteryzacji. W porównaniu do Canona G1X Mark II okaże się jednak, że Sony traci w stosunku do niego. Dalsze zwiększanie czułości ISO powoduje powolną degradację zakresu tonalnego. Przy dwóch najwyższych czułościach (czyli ISO 6400 i 12800) wykres załamuje się, co jest kolejnym potwierdzeniem modyfikacji danych prowadzonych przez oprogramowanie aparatu.

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.

W zakresie czułości 200–3200 ISO dynamika spada liniowo w naturalny sposób, to znaczy każde zwiększenie czułości o 1 EV pozbawia nas 1 EV dynamiki. Przy czułości ISO 125 tendencja ta jest zakłócona przez stosowanie 12-bitowego przetwarzania, które skutecznie ogranicza sygnał. Ponownie widzimy odmienne zachowanie zarówno dla dwóch najwyższych, jak i najniższych czułości. Dla najlepszej jakości i ISO 125 aparat notuje wynik dynamiki 7.6 EV. To wysoki wynik jak na tak dużą gęstość pikseli oferowaną przez omawianą matrycę i zarazem wręcz identyczny, jaki zanotował aparat RX100. Ponownie porównując do Canona G1X Mark II, widzimy, że pod względem dynamiki to właśnie produkt Sony notuje lepsze rezultaty. Ta różnica jednak spowodowana jest stosowaniem innego poziomu stałego sygnału dodawanego do przetwornika analogowo-cyfrowego.

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, zauważymy, że dynamika sięga wartości 8.5 EV. Przy okazji dobrze widać, dlaczego dwie najniższe czułości zanotowały słabsze wyniki pomiaru zakresu tonalnego. Krzywe SNR dla tych czułości są dla najwyższych wartości mocno stłumione, co pokazuje, że ich tworzenie polega na cyfrowym redukowaniu sygnału – ciemne partie są odzyskiwane kosztem utraty rozdzielczości sygnału w jasnych partiach.

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 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. 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 600. Maksymalna wartość na osi pionowej wynosi 70.000 zliczeń.

RAW
ISO	Dark Frame	Crop	Histogram
80
100
125
200
400
800
1600
3200
6400
12800

Darki nie wykazują cech bandingu, a szum jest jednorodny. Należy odnotować zastosowanie stałego sygnału – o wartości 200 jednostek – dodawanego na wejściu przetwornika ADC. Dodatkowo dla najwyższych czułości widoczny jest tzw. ampilfier glow, czyli docierające do matrycy promieniowanie z nagrzewającej się elektroniki aparatu. Kształt histogramów trudno porównać do rozkładu normalnego – zamiast typowego dzwonu mamy ugięcie (szczególnie dobrze widoczne na średnich czułościach). To znak, że następuje programowa korekcja danych. Co ważne, takie zachowanie możemy odnotować już dla ISO 400.

Spójrzmy na analizę statystyczną przedstawionych powyżej darków.

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
125
200
400
800
1600
3200
6400
12800

Spójrzmy na analizę statystyczną przedstawionych powyżej darków.