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.

Jak widać na wykresie, wszystkie wartości zmierzone jako średnia ze wszystkich grup sensel są około 2 EV poniżej wartości nominalnej. Wyjątkiem jest tylko czułość ISO 100, która, przypomnijmy, została uzyskana na drodze programowej. Zachowanie takie nie jest zaskakujące i umożliwia manipulację danymi w jasnych częściach obrazu. Rozbieżność między poszczególnymi kolorami podstawowymi jest typowa dla matryc krzemowych, gdzie sprawność kwantowa nie rozkłada się równomiernie w całym spektrum światła widzialnego.

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 realnym czułościom matrycy, a wyniki odwzorowują średnią wartość z wszystkich grup senseli.

Wyrażenie wyniku w elektronach pozwala śledzić jakość przetwarzania toru analogowo-cyfrowego. Wartości dochodzące do 10 elektronów (w przypadku programowego ISO 100) to przeciętny wynik. Wykresowi daleko do poziomej charakterystyki – co oznacza, że współczynnik konwersji jest wzmacniany nieproporcjonalnie do zmieniania czułości.

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.

Z wykresu jasno wynika, że punkt wzmocnienia jednostkowego dla matrycy Olympusa OM-D E-M10 Mark III wynosi 813 (praktycznie dla nastawy ISO 3200), zatem przekroczenie tego progu powoduje, że za jakość zdjęcia odpowiadają już tylko algorytmy cyfrowej obróbki sygnału, nie analogowy tor matrycy. Wobec tego nie ma żadnego pożytku ze stosowania wyższych czułości, bowiem dokładnie takie same efekty uzyskamy rozjaśniając zdjęcie w procesie postprodukcji na komputerze. Trzeba przyznać, że wynik najnowszego bezlusterkowca ze stajni Olympusa jest niezły, jeśli weźmiemy pod uwagę półkę cenową aparatu i porównamy go z bezpośrednimi konkurentami.

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.

Na powyższym wykresie widać, że dla najniższej natywnej czułości liczba tonów przekracza 360, więc otrzymujemy 8.6-bitowy zapis danych. Jest to wynik lepszy niż 8 bitów Panasonika GX80 i nieco lepszy niż 8.5 bita Fujifilm X-T20. Jednocześnie Sony A6500 osiąga aż 8.8-bitowy zapis danych. Rezultat E-M10 Mark III gwarantuje wizualnie gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Wraz ze zwiększaniem czułości zakres tonalny oczywiście maleje.

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
100
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.

Dla najlepszej jakości obrazu przy ISO 200, które jest najniższą natywną czułością, testowany aparat osiągnął ponad 8 EV. Panasonic GX80, który również stosuje 12-bitowy przetwornik, osiągnął 7.4 EV, a Fujifilm X-T20 aż 9.1 EV, ale ten zapisuje 14-bitowe RAW-y, więc nie można tych wyników porównywać bezpośrednio. Co ciekawe, poprzednik testowanego sprzętu, Olympus E-M10 Mark II, również osiągnął nieco lepszy wynik wynoszący 8.2 EV.

Biorąc pod uwagę kryterium niskiej jakości obrazu, dla bazowej czułości mamy do dyspozycji dynamikę na poziomie 11.9 EV, więc wykorzystywany jest praktycznie cały zakres pracy przetwornika ADC.

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. Gdy np. uznamy za kryterium minimalnej użytecznej jakości 12 dB, widzimy, że dla ISO 1600 dynamika przekracza 8 EV.

Przy omawianiu zakresu tonalnego pokazujemy tradycyjnie, jak zachowują się zdjęcia przy obróbce komputerowej, kiedy rozjaśniamy je lub przyciemniamy. Zdjęcia wykonaliśmy przy czułości ISO 200 i przysłonie f/22 oraz ISO 1600 i przysłonie f/16. Czasy ekspozycji wynosiły odpowiednio 30 i 2 s. Następnie wywołaliśmy je 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.

	0 EV	+4 EV
200 ISO
E-M10 Mark III
E-M5 Mark II
1600 ISO
E-M10 Mark III
E-M5 Mark II

	0 EV	−4 EV
200 ISO
E-M10 Mark III
E-M5 Mark II
1600 ISO
E-M10 Mark III
E-M5 Mark II