Czułość matrycy

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

Charakterystyka w całym zakresie nastaw ISO, poza programowym ISO 50, jest podobna. Czułości jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli są ok. 1 i 1/3 EV poniżej nominalnych. Takie zachowanie jest typowe i umożliwia manipulację danymi w jasnych partiach obrazu.

Szum przetwarzania

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. Przebieg pokrywa zakres od 7.5 do 2 elektronów, co znaczy, że jakość zaprojektowanej elektroniki stoi na dobrym poziomie. W idealnie pracującej matrycy wykres powinien być linią prostą, ze wszystkimi wartościami dla różnych czułości ISO na tym samym poziomie. Tutaj można zauważyć, że dla czterech najniższych nastaw szum przetwarzania jest znacznie wyższy niż dla kolejnych. Jest to najprawdopodobniej związane z architekturą dual-gain, dzięki której można uzyskać lepsze wyniki dynamiki tonalnej dla wyższych nastaw ISO.

Współczynnik konwersji i wzmocnienie jednostkowe

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 natywnej czułości, na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypada prawie 10 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 150 ke^–. Taki wynik można uznać za bardzo wysoki. Punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 383, czyli nieco powyżej nastawy ISO 800. 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.

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 możemy zauważyć, że dla najniższej natywnej czułości liczba tonów sięga około 521, czyli otrzymujemy 9-bitowy zapis danych. Praktycznie taki sam rezultat zanotowaliśmy dla Nikona D850 (dla ISO 64). Nieco mniej uzyskał Pentax K-1 (8.9 bita) oraz Canon 5Ds R (8.5 bita). Taki wynik gwarantuje wizualnie gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Wraz ze zwiększaniem czułości zakres tonalny oczywiście maleje. Przy ISO 6400 otrzymujemy wartości 6.1 bita, co daje około 70 przejść tonalnych. Przy maksymalnym dostępnym ISO przejść tonalnych mamy już tylko 19, co daje 4.2 bita.

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
50
100
200
400
800
1600
3200
6400
12800
25600
51200
102400

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 100 testowany aparat osiąga wartość dynamiki tonalnej na poziomie 9.9 EV, co jest niewątpliwie świetnym wynikiem. Testowany model wypadł praktycznie tak samo jak Nikon D850 (10 EV). Pentax K-1 może się pochwalić wynikiem 9.7 EV, natomiast Canon 5DsR uzyskał wyraźnie mniej, bo tylko 8.5 EV.

Dzięki 14-bitowym RAW-om potencjał sensora został należycie wykorzystany, co widać po świetnych wynikach dla SNR=1 i niskich czułości. A7R III notuje maksymalnie 13.9 EV, co oznacza, że 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 wartość 8.5 EV.

Przy omawianiu zakresu tonalnego pokazujemy tradycyjnie, jak zachowują się zdjęcia przy obróbce komputerowej, kiedy to rozjaśniamy je lub przyciemniamy. Zdjęcia wykonujemy przy czułości ISO 100 i 1600, przysłonie f/16 i czasach odpowiednio 30 i 2 s. Następnie wywołujemy je jako 48-bitowe TIFF-y dcrawem i w Lightroomie rozjaśniamy o +4 EV oraz przyciemniamy o −4 EV, po czym zapisujemy jako zdjęcia 24-bitowe.

Przy zdjęciach wykonanych aparatem Sony A7R III i Canonem 5D Mark III w takich samych warunkach oświetleniowych i przy tych samych parametrach ekspozycji okazało się, że różnią się one zauważalnie jasnością. Różnica wyniosła mniej więcej 2/3 EV, przy czym jaśniejsze były zdjęcia z lustrzanki Canona. Aby zatem porównanie rezultatów rozjaśniania i przyciemniania było bardziej miarodajne, zdecydowaliśmy się użyć zdjęć z A7R III z ekspozycją o 2/3 EV większą.

100 ISO
	0 EV	+4 EV
A7R III
5D MkIII
1600 ISO
A7R III
5D MkIII

Dla ISO 100 efekt rozjaśniania obrazu wygląda zdecydowanie lepiej w przypadku A7R III. Poziom szumu dla tej czułości jest stosunkowo niski, a szczegółowość obrazu wysoka. Dla ISO 1600 sytuacja wygląda podobnie dla obu aparatów. Mimo tego, że zarysy elementów obrazu są zauważalne, szum wyraźnie zdominował uzyskany obraz.

Przyciemnianie jasnych partii obrazu daje podobny efekt w obu aparatach, a widoczne różnice są raczej spowodowane różną jasnością oryginalnych zdjęć. Porównanie utrudnia także spora dysproporcja rozdzielczości zdjęć.

100 ISO
	0 EV	−4 EV
A7R III
5D MkIII
1600 ISO
A7R III
5D MkIII