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.

Z powyższego wykresu możemy odczytać, że dla nastaw natywnych, czułości jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli są poniżej nominalnych, a różnice oscylują wokół 1 EV. 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. 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 trzech najniższych nastaw szum przetwarzania jest wyższy niż dla kolejnych. Jest to najprawdopodobniej związane z architekturą dual-gain, dzięki której można uzyskać lepsze wyniki dynamiki tonalnej dla wyższych nastaw ISO. W każdym razie, w pierwszym zakresie szum przyjmuje wartość 7-8 elektronów, a dla drugiego ok. 2. Wartości te nie są wysokie, a w obrębie danego poziomu fluktuacji praktycznie nie widać. Można zatem uznać, że jakość zaprojektowanej elektroniki stoi na bardzo dobrym poziomie.

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 (ISO 100), na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypada ok. 8 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 126 ke^–. Taki wynik można uznać za bardzo wysoki. Punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 381, w zasadzie równo dla nastawy ISO 800. Przekroczenie tego progu powoduje, że za jakość obrazu wynikającą ze wpływu szumu śrutowego 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 dość nisko.

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.

W Sony A1 II, dla najniższej natywnej czułości (ISO 100) liczba tonów sięga około 431, czyli otrzymujemy 8.8-bitowy zapis danych, minimalnie mniejszy niż u poprzednika (8.9 bita). Taki wynik gwarantuje oczywiście wizualnie gładkie przejścia tonalne, bez widocznej posteryzacji. Tyle samo zanotowaliśmy w teście Nikona Z8 (dla ISO 64), a nieco mniej w przypadku Canona R5 Mark II (8.6 bita dla ISO 100).

Wraz ze zwiększaniem czułości w A1 II zakres tonalny oczywiście maleje. Przy ISO 1600 otrzymujemy wartość 7 bitów (co daje około 130 przejść tonalnych), a dla ISO 6400 – 6 bitów (64 przejścia). Przy maksymalnym dostępnym ISO przejść tonalnych mamy już tylko 16, co daje 4 bity.

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 9.8 EV, co jest naszym zdaniem świetnym wynikiem. W Nikonie Z8 (dla ISO 64) i Sony A1 zanotowaliśmy po 9.7 EV, a w Canonie R5 Mark II – 9.6 EV. Widać zatem, że osiągi wybranych modeli dla wymienionych kryteriów są zbliżone.

Dla kryterium SNR=1 dynamika osiąga 13.9 EV dla bazowego ISO, co oznacza, że 14-bitowy zapis wykorzystywany jest prawie w całości. Przy tej jakości wyraźnie widać zysk wynikający z architektury dual-gain, przekładający się na poprawę osiągów dynamiki od czułości ISO 800.

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. Mimo, że oba aparaty zostały wyprodukowane przez Sony, zauważyliśmy różnicę w naświetleniu zdjęć. W związku z tym zdecydowaliśmy się przymknąć przysłonę o 1/3 EV mocniej w A1 II. Zdjęcia następnie wywołujemy 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.

100 ISO
	0 EV	+4 EV
A1 II
A7R IIIa
1600 ISO
A1 II
A7R IIIa

Po rozjaśnieniu obrazów, efekt końcowy jest w gruncie rzeczy dość podobny dla obu bezlusterkowców. Nieco więcej szumu widać w przypadku A1 II, aczkolwiek nie jest to duża różnica. Opisane zachowanie dotyczy zarówno czułości ISO 100, jak i 1600.

Po zmniejszeniu ekspozycji nie udało się odzyskać żadnych szczegółów w przepalonych obszarach. Oba aparaty wypadły tu zatem porównywalnie.

100 ISO
	0 EV	−4 EV
A1 II
A7R IIIa
1600 ISO
A1 II
A7R IIIa