Przetwarzanie danych osobowych

Nasza witryna korzysta z plików cookies

Wykorzystujemy pliki cookie do spersonalizowania treści i reklam, aby oferować funkcje społecznościowe i analizować ruch w naszej witrynie, a także do prawidłowego działania i wygodniejszej obsługi. Informacje o tym, jak korzystasz z naszej witryny, udostępniamy partnerom społecznościowym, reklamowym i analitycznym. Partnerzy mogą połączyć te informacje z innymi danymi otrzymanymi od Ciebie lub uzyskanymi podczas korzystania z ich usług i innych witryn.

Masz możliwość zmiany preferencji dotyczących ciasteczek w swojej przeglądarce internetowej. Jeśli więc nie wyrażasz zgody na zapisywanie przez nas plików cookies w twoim urządzeniu zmień ustawienia swojej przeglądarki, lub opuść naszą witrynę.

Jeżeli nie zmienisz tych ustawień i będziesz nadal korzystał z naszej witryny, będziemy przetwarzać Twoje dane zgodnie z naszą Polityką Prywatności. W dokumencie tym znajdziesz też więcej informacji na temat ustawień przeglądarki i sposobu przetwarzania twoich danych przez naszych partnerów społecznościowych, reklamowych i analitycznych.

Zgodę na wykorzystywanie przez nas plików cookies możesz cofnąć w dowolnym momencie.

Optyczne.pl

Test aparatu

Nikon Z6 - test aparatu

8 marca 2019
Maciej Latałło Komentarze: 128

8. Zakres i dynamika tonalna

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.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - R E K L A M A - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
Z powyższego wykresu możemy odczytać, że poza ISO 50 (nastawa Lo1), czułości jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli są poniżej nominalnych. Przesunięcie zawiera się w zakresie 0.5–1 EV. Takie zachowanie jest typowe i umożliwia manipulację danymi w jasnych partiach obrazu. Widać też, że nastawy 100 i 50 (Lo1) są w zasadzie tożsame.

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.

Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna

Wyrażenie wyniku w elektronach pozwala śledzić jakość przetwarzania toru analogowo-cyfrowego. Dla nastaw 50–400 mamy do czynienia z wyższym szumem przetwarzania niż w zakresie 800–204800, co sugeruje użycie architektury dual-gain. W efekcie, szum przetwarzania jest dla wyższych wartości ISO obniżony, co nie ogranicza ich wyników dynamiki tonalnej.

Dla niższych czułości szum przetwarzania wynosi od 10 do 14 elektronów. Z kolei powyżej nastawy ISO 400 szum przetwarzania osiąga poziom od 2 do 3 elektronów. Można więc uznać, 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. W przypadku Z6, ze względu na użycie dwóch poziomów wzmocnień, otrzymujemy dwie charakterystyki z grubsza zbliżone do prostej.

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.

Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna

Dla najniższej natywnej czułości na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypada 14 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 198 ke. Taki wynik można uznać za bardzo wysoki. Jak łatwo odczytać z wykresu, punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 828 (czyli praktycznie dla nastawy aparatu ISO 1600). 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. W testowanym aparacie punkt wzmocnienia jednostkowego jest ustawiony niezbyt wysoko.

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 wykonaliśmy na surowych plikach przekonwertowanych uprzednio do 48-bitowych TIFF-ów bez demozaikowania.

Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna

W Nikonie Z6, dla ISO 100 liczba tonów sięga 558, a to daje 9.1-bitowy zapis danych. Tym samym Z6 wypada nieco lepiej od EOS-a R (8.9 EV), lecz słabiej niż A7 III (9.3 EV).

Zwiększanie czułości w Z6 powoduje oczywiście degradację zakresu tonalnego i przy ISO 3200 mamy już 7 bitów, co odpowiada 124 przejściom tonalnym. Dla maksymalnego natywnego ISO przejść tonalnych jest już zaledwie 13, co daje 3.8 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
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
100
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
200
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
400
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
800
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
1600
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
3200
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
6400
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
12800
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
25600
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
51200
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
102400
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
204800
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna

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.

Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna

Dla najlepszej jakości obrazu przy ISO 100 testowany aparat osiąga aż 9.9 EV. To bardzo dobry wynik. Bezlusterkowce Canona i Sony uzyskały odpowiednio 9.6 i 10.2 EV. Na wykresie bardzo dobrze widać załamanie pomiędzy nastawami ISO 400 i 800, co najprawdopodobniej wynika z zastosowania dwóch poziomów wzmocnień.

Dla kryterium SNR=1 dynamika osiąga 13.7 EV dla bazowego ISO, co oznacza, że niewiele brakuje by wykorzystywany był 14-bitowy zapis danych. Przy tej jakości dobrze widać zysk wynikający z architektury dual-gain, przekładający się na poprawę osiągów dynamiki.

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

Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna

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 osiąga ok. 9.5 EV.

Przy omawianiu zakresu tonalnego pokazujemy tradycyjnie, jak zachowują się zdjęcia przy obróbce komputerowej, kiedy rozjaśniamy je lub przyciemniamy. Zdjęcia wykonujemy przy czułości ISO 100 i 1600, przysłonie f/16 i czasach odpowiednio 30 i 2 s. W przypadku wybranych aparatów – Nikona Z6 i Sony A7R II występowała spora różnica w naświetleniu zdjęć, toteż zdecydowaliśmy się otworzyć przysłonę aż o 1 EV mocniej w A7R II. Zdjęcia 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.

Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna

100 ISO
0 EV
+4 EV
Z6
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
A7R II
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
1600 ISO
Z6
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
A7R II
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna

Dla ISO 100 rezultat rozjaśniania jest porównywalny dla obu aparatów, choć z lekkim wskazaniem na A7R II. Przy ISO 1600 natomiast poziom szumu wizualnie utrzymuje się na podobnym poziomie w obu urządzeniach.

Przyciemnianie jasnych partii obrazu daje podobny efekt w obu aparatach, Widać, że zbyt wielu szczegółów nie udało się odzyskać, a ewentualne różnice mogą wynikać z niewielkich różnic jasności pomiędzy zdjęciami oraz realnymi czułościami.

100 ISO
0 EV
−4 EV
Z6
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
A7R II
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
1600 ISO
Z6
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna
A7R II
Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna Nikon Z6 - Zakres i dynamika tonalna