Na początku tego rozdziału chcielibyśmy zaznaczyć, że wszystkie pomiary pochodzą z 40-megapikselowych plików, bo tylko takie dostępne są w formacie RAW. Nawet, gdy wybieramy rozdzielczość 10-megapikselową, to surowe pliki zapisują się w wielkości 40 Mpix.

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 użyliśmy światłomierza Sekonic.

Na powyższym wykresie widać, że wszystkie czułości przedstawione jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli są poniżej wartości nominalnych. Dla pierwszych czterech czułości jest to 1/3 EV. Co ciekawe, wszystkie sensele mają identyczną czułość. Od ISO 800 charakterystyka zmienia się na bardziej fizyczną, a czułości są około 0.7 EV poniżej wartości nominalnych.

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 13 elektronów. 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.

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 wykresów odczytać możemy, że punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla ISO 2727. Wygląda zatem na to, że tylko najwyższa czułość uzyskiwana jest na drodze programowej. Dla najniższej czułości na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypadają 43 elektrony (niewidoczne na wykresie). Daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na wysokim, jak na smartfon, poziomie 44 ke^–.

Szum całkowity

Powyżej widzimy tak naprawdę dwie charakterystyki – pierwsza, do ISO 400 włącznie, która nie jest poddawana odszumianiu oraz od ISO 800, gdy bardzo mocne odszumianie zostało zaaplikowane. Aby ukazać, jak wartości wyznaczonego szumu przekładają się na obraz, prócz wykresów prezentujemy tabelkę z fragmentami zdjęć (w skali 1:1) naszej scenki oraz pól nr 3 i 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.

Jeżeli chodzi o obecność szumu, to P20 PRO wydaje się być dawać podobne rezultaty do pozostałych smartfonów. Warto podkreślić, że mowa tu jedynie o zakresie ISO 50–400. Potem wyraźnie widać stratę na szczegółowości spowodowaną mocnym odszumianiem.

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 dla najniższej czułości liczba tonów wynosi ok. 230, czyli otrzymujemy 7.8-bitowy zapis danych. To stosunkowo przeciętny wynik dający jednak całkiem gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Dla kolejnej czułości zakres wyraźnie spada i wynosi mniej niż 150 tonów. Dla bazowej czułości P20 Pro wygrywa z Samsungiem P9 Plus, jednakże musi, minimalnie bo minimalnie, ustąpić pierwszeństwa LG V30.

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 stosunkowi sygnału do szumu na poziomie 10, 4, 2 i 1.

Przede wszystkim, warto zwrócić uwagę na 10-bitowe przetwarzanie danych. To bardzo mała wartość dająca niewielkie pole manewru przy obróbce zdjęć w komputerze. Dla bazowej czułości i najlepszej jakości obrazu zanotowaliśmy 6.2 EV. To niewysoka, choć typowa jak na smartfon wartość. Po raz kolejny, powyżej ISO 400, zauważymy modyfikację surowych danych.

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 800, widzimy, że dynamika przekracza nieco 7 EV.

Darki

Zdjęcia wywołujemy programem dcraw do postaci czarno-białej bez demozaikowania. 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 255. Maksymalna wartość na osi pionowej wynosi milion zliczeń.

RAW
ISO	Dark Frame	Crop	Histogram
50
100
200
400
800
1600
3200
6400

JPEG
ISO	Dark Frame	Crop
50
100
200
400
800
1600
3200
6400