Szum przetwarzania

Szum przetwarzania (ang. readout noise) to 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 nastawionym w aparacie (a nie 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 3 do 10 elektronów, co oznacza, że jakość zaprojektowanej elektroniki stoi na wysokim poziomie. W idealnie pracującej matrycy wykres powinien być linią prostą, ze wszystkimi wartościami dla różnych czułości ISO na tym samym poziomie. Tu widzimy, że oprogramowanie przetwornika ADC zmienia jego charakterystykę w zależności od użytej czułości.

Poniżej dla porównania prezentujemy wyniki uzyskane z danych zebranych dla modelu E-M5 MkII.

Wyniki z obu aparatów można uznać za porównywalne. A biorąc pod uwagę fakt, że w PEN-ie F mamy dodatkowe 4 miliony pikseli, można pochwalić jego konstruktorów, że udało im się utrzymać szum przetwarzania na niemal tym samym poziomie.

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 nastawionym w aparacie (a nie realnym) czułościom matrycy, a wyniki odwzorowują średnią wartość z wszystkich grup senseli.

Dla najniższej natywnej czułości (ISO 200) na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypada ponad 13 elektronów. Przy 12-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 50 ke-. Taki wynik można uznać za bardzo dobry. Wysoka pojemność studni pozwala na użycie niewielkich wzmocnień sygnału – dla ISO 80 to 14.514 e-/ADU. Dzięki temu, jak łatwo odczytać z wykresu, punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 3595 (czyli niewiele powyżej nastawy aparatu ISO 3200). Przekroczenie tego progu powoduje, że za jakość obrazu odpowiadają już tylko i wyłącznie algorytmy cyfrowej obróbki sygnału, a nie tor analogowy matrycy. W związku z czym nie ma żadnego zysku ze stosowania takiej obróbki w aparacie i dokładnie te same efekty uzyskamy niedoświetlając zdjęcie, a następnie korygując ekspozycję w komputerze.

Poniżej dla porównania prezentujemy wyniki uzyskane z danych zebranych dla modelu E-M5 MkII.

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. Pomiary, których wyniki prezentujemy na poniższym wykresie, wykonaliśmy na surowych plikach przekonwertowanych uprzednio do 48-bitowych TIFF-ów bez demozaikowania.

Dla ISO 200, czyli najniższej natywnej czułości, liczba tonów sięga niemal 340, co daje 8.4-bitowy zapis danych. Jest to niewątpliwie dobry wynik, który gwarantuje wizualnie gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Wraz ze wzrostem czułości zakres tonalny oczywiście maleje i dla najwyższej czułości wynosi 4.9 bita, co daje tylko 29 przejść tonalnych.

Zakres tonalny na plikach zapisanych w formacie JPEG możemy ocenić wizualnie na wycinkach zdjęć tablicy Stouffer T4110. Kliknięcie na zdjęcie poniżej otworzy wycinek w pełnej rozdzielczości. Odległość pomiędzy sąsiednimi polami szarości wynosi 1/3 EV.

ISO	Granica czerni i bieli
80
200
400
800
1600
3200
6400
12800
25600

Dynamika tonalna

Dynamikę tonalną wyznaczyliśmy w oparciu o serię zdjęć tablicy Kodak Q-14. 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.

Biorąc pod uwagę najlepszą jakość obrazu (kryterium SNR=10), PEN-F dla ISO 200 notuje wartość dynamiki na poziomie 8.1 EV. Jest to porównywalny rezultat z tym, jaki otrzymaliśmy dla modeli E-M5 MkII i E-M10 MkII. W pojedynku z GX8 można w zasadzie uznać remis, bowiem bezlusterkowiec Panasonika osiągnął dla tego kryterium maksymalnie 8 EV. PEN-F przegrywa natomiast nieznacznie z Fujifilm X-Pro2, który pokazał wynik na poziomie 8.4 EV. Trzeba jednak dodać, że w przypadku tego ostatniego mamy do czynienia z 14-bitowym zapisem danych, a to utrudnia bezpośrednie porównanie.

Wyniki testowanego PEN-a dla pozostałych kryteriów również są na dobrym poziomie. Ponownie możemy zaobserwować podobne zachowanie do rezultatów ostatnich modeli z linii OM-D. Przy ISO 200 i dla najsłabszego kryterium SNR=1, PEN-F notuje wynik na poziomie 11.9 EV. Widać zatem, że niemal całkowicie wykorzystuje możliwości 12-bitowego zapisu.

Poniżej przedstawiamy pełne wykresy SNR wygenerowane na podstawie wykonanych pomiarów dla wszystkich czułości aparatu.

Wartość 0 na osi OX oznacza maksymalną wartość, którą aparat może zapisać w pliku RAW. Na prawej osi OY oznaczyliśmy miejsca dla kryteriów SNR=10 (wysoka), 4 (dobra), 2 (średnia) i 1 (niska). Przy pomocy tego wykresu każdy może oszacować dostępną dynamikę dla wybranej przez siebie minimalnej użytecznej jakości obrazu. Wystarczy poprowadzić poziomą linię wzdłuż wybranego kryterium i odczytać wartość na osi OX, dla której linia ta przecina się z wykresem dla odpowiedniej czułości. Dla przykładu, jeśli uznamy za kryterium minimalnej użytecznej jakości 12 dB, widzimy, że dla ISO 1600 dynamika zauważalnie przekracza wartość 8 EV.

Przy omawianiu zakresu tonalnego pokazujemy, jak zachowują się zdjęcia przy obróbce komputerowej, kiedy rozjaśniamy je lub przyciemniamy. Testowanym aparatem zdjęcia wykonaliśmy przy czułościach ISO 200 oraz 1600 i przysłonach odpowiednio f/16 oraz f/11. Dodatkowo, scenkę sfotografowaliśmy w tym samym czasie Olympusem OM-D E-M10 ustawiając oczywiście takie same parametry ekspozycji. W obu aparatach czasy otwarcia migawki wynosiły odpowiednio 30 s dla niskiej i 2 s dla wysokiej czułości. Podobnie jednak jak przy teście modelu E-M10 MkII widać było dość wyraźną różnicę w jasności pomiędzy zdjęciami porównywanych aparatów. Ostatecznie zatem, w przypadku PEN-a F do analizy wzięliśmy zdjęcia z ekspozycją większą o 1/3 EV (otwierając odpowiednio przysłonę). Następnie zdjęcia wywołaliśmy jako 48-bitowe TIFF-y dcrawem i w Lightroomie rozjaśniliśmy o +4 EV oraz przyciemniliśmy o −4 EV, po czym zapisaliśmy jako zdjęcia 24-bitowe.

200 ISO
	0 EV	+4 EV
PEN-F
E-M10
1600 ISO
PEN-F
E-M10

Dla czułości ISO 200 nowy PEN zdaje się radzić sobie nieco lepiej w przypadku rozjaśniania obrazu niż model E-M10. Co prawda w obu aparatach szum stał się dość dobrze widoczny, jednak w starszym modelu składowa niebieska uwidoczniła się w większym stopniu. Przy ISO 1600 natomiast sytuacja wygląda słabo w przypadku obu aparatów. Co ciekawe jednak tym razem wydaje się, że to w PEN-ie F niebieska składowa szumu uwidoczniła się w większym stopniu.

Przyciemnianie jasnych partii obrazu daje bardzo podobne rezultaty w obu Olympusach. Widoczne różnice są raczej skutkiem niejednakowego poziomu naświetlenia wyjściowych obrazów.

200 ISO
	0 EV	−4 EV
PEN-F
E-M10
1600 ISO
PEN-F
E-M10