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

Partnerzy






Test aparatu

Sigma fp - test aparatu

28 maja 2020

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.


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

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

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

Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna

Na powyższym wykresie widać, że wszystkie nastawy przedstawione jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli, leżą poniżej nominalnych. Różnica wynosi ok. 1 i 2/3 EV. Takie zachowanie jest typowe i umożliwia manipulację danymi w jasnych partiach obrazu. Rozbieżność między poszczególnymi kolorami podstawowymi jest typowa dla matryc krzemowych, gdzie sprawność kwantowa nie rozkłada się równomiernie w całym spektrum światła widzialnego. Czułość ISO 100 nie jest natywna, a uzyskiwana programowo.

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.

Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna

Wyrażenie wyniku w elektronach pozwala śledzić jakość przetwarzania toru analogowo-cyfrowego. Widzimy, że przebieg pokrywa zakres wartości od 2 do ponad 10 elektronów, co oznacza, że jakość zaprojektowanej elektroniki stoi na całkiem dobrym poziomie. W idealnie pracującej matrycy wykres powinien być linią prostą, ze wszystkimi wartościami dla różnych czułości ISO na tym samym poziomie. Widać jednak, 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.

Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna

Dla czułości ISO 100 na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypada 11.5 elektrona. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie ponad 180 ke, co można uznać za bardzo dobry wynik. Pamiętajmy, że do czynienia mamy z nowej ganeracji, nieprzepakowaną pikselami matrycą o rozmiarze pełnej klatki. Jak łatwo odczytać z wykresu, punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 289 (czyli nieco poniżej nastawy aparatu ISO 1600). To dobry wynik. 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.

Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna

Dla najniższej czułości, zakres tonalny to trochę ponad 9 bitów. To wysoki wynik, dający zapas danych przy zapisie 8-bitowych plików JPEG bez widocznej posteryzacji. Do ISO 800 aparat rejestruje ponad 200 przejść tonalnych. Zwiększanie czułości powoduje degradację zakresu tonalnego, do wartości 6.4 bita dla ISO 6400. Daje to nam 82 przejścia tonalne.

Zakres tonalny na plikach zapisanych w formacie JPEG możemy ocenić wizualnie na wycinkach zdjęć tablicy Stouffer T4110. Odległość pomiędzy sąsiednimi polami szarości wynosi 0.3 EV.

ISO Granica czerni i bieli
100
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna
200
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna
400
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna
800
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna
1600
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna
3200
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna
6400
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna
12800
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna
25600
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna
51200
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna
102400
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna

Dynamika tonalna

Dynamikę tonalną wyznaczyliśmy w oparciu o serię zdjęć tablicy Kodak Q-13. 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.

Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna

Dla najlepszej jakości obrazu przy ISO 100 testowany aparat osiąga 10 EV. To bardzo dobry wynik, jak na 14-bitowy zapis danych. Biorąc pod uwagę kryterium niskiej jakości obrazu (SNR=1), dla bazowej natywnej czułości mamy do dyspozycji dynamikę na poziomie 13.9 EV, co oznacza, że wykorzystywany jest praktycznie cały zakres pracy przetwornika ADC. Warto także zauważyć, że podobne rezultaty notujemy dla ISO 200. Powyżej ISO 6400 widzimy już spore manipulowanie danymi.

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

Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna

0 na osi OX oznacza maksymalną wartość, którą aparat może zapisać w pliku RAW. Na prawej osi OY oznaczyliśmy miejsca dla kryteriów RMS = 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 1600, widzimy, że dynamika sięga wartości 8.5 EV.

Aby zobrazować praktyczny aspekt dynamiki tonalnej, jaki oferuje aparat, wykonaliśmy zdjęcia scenki testowej z czasem 30 s i 2 s przy czułości odpowiednio ISO 200 i ISO 1600. Fotografie zostały zrobione w formacie RAW i skorygowane o +4 EV i −4 EV w programie Adobe Lightroom 5.4 RC na domyślnych ustawieniach (wyłączone wszystkie panele modułu Develop za wyjątkiem „Camera Calibration”).

Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna

0 EV
+4 EV
ISO 100
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna
ISO 1600
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna

Po rozjaśnieniu zdjęć, na wycinkach z obu czułości nie widać szumu. Przy ISO 1600 degradacji jednak ulega detal.

0 EV
−4 EV
ISO 100
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna
ISO 1600
Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna Sigma fp - Zakres i dynamika tonalna

Przyciemnianie jasnych partii obrazu ukazuje problemy w ratowaniu przepalonych fragmentów. Faktem pozostaje jednak dobre kontrolowanie jasnych partii. Szczególnie przy ISO 1600 widoczna dobrze jest odzyskana w procesie przyciemniana faktura materiału.