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.

Czułości jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli dla nastaw natywnych są o ponad 1 EV (nie więcej niż 1 i 2/3 EV) poniżej nominalnych. To daje możliwość manipulacji danymi w jasnych partiach obrazu. Z wykresu widać także, że nastawy 12800, 25600 i 51200 to de facto ta sama realna czułość.

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.

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

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. Dla zakresu ISO 64-200 szum przyjmuje wartość ok. 3-4 elektronów, natomiast od ISO 400 spada do 2 elektronów. Widać zatem, że najprawdopodobniej mamy do czynienia z dwoma poziomami wzmocnień (architekturą dual-gain). Tak czy inaczej, jakość zaprojektowanej elektroniki stoi na wysokim poziomie.

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.

Dla najniższej natywnej czułości przypada nieco ponad 3 elektrony. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 54 ke^–. Wynik ten nie jest szczególnie wysoki, ale nie dziwi przy dość mocno upakowanej matrycy. Widać też, że punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 146 (czyli niecałe 1/3 EV poniżej nastawy ISO 400). 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. Punkt wzmocnienia w testowanym aparacie ustawiony jest bardzo 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.

Najwyższą jakość obrazu otrzymamy dla trzech najniższych czułości, dla których aparat zarejestruje ponad 200 przejść tonalnych. Dla ISO 125 (najniższej natywnej) liczba tonów wynosi 330, co daje 8.4-bitowy zapis danych, tak samo jak u poprzednika, a także w Lumiksie GH7 (dla ISO 100). Zbliżoną wartość zanotował Canon R7 (8.3 bita dla ISO 100), a nieco wyższą – Sony A6700 (8.7 bita dla ISO 100).

Zwiększanie czułości powoduje oczywiście degradację zakresu tonalnego i przy ISO 1600 w X-T50 otrzymujemy wartości 6.6 bita, co daje około 99 przejść tonalnych,a dla ISO 6400 – 5.7 bita (52 przejścia). Przy maksymalnym dostępnym ISO przejść tonalnych mamy już tylko 38, co daje 5.2 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
64
125
200
400
800
1600
3200
6400
12800
25600
51200

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 125 (najniższej natywnej czułości) testowany aparat osiągnął 8.9 EV, wartość trochę niższą od poprzednika (9.2 EV dla ISO 160) i bardzo podobną, jak w EOS-ie R7 (9 EV dla ISO 100). Najlepiej wypadł A6700 (9.6 EV), a następnie Lumix GH7 (9.3 EV).

Biorąc pod uwagę kryterium niskiej jakości obrazu, dla bazowej czułości w X-T50 mamy do dyspozycji dynamikę na poziomie 13.6 EV, co oznacza, że niewiele brakuje, by wykorzystywany był cały zakres pracy przetwornika ADC. Przy ISO 400–800 zauważymy niewielkie załamanie w przebiegach, które wskazuje, że matryca X-T50 charakteryzuje się budową dual-gain. Dzięki temu do dyspozycji mamy większa dynamikę dla wyższych czułości ISO.

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 zbliża się do 8 EV.

Przy omawianiu zakresu tonalnego pokazujemy tradycyjnie, jak zachowują się zdjęcia przy obróbce komputerowej, kiedy rozjaśniamy je lub przyciemniamy. Zdjęcia wykonaliśmy przy czasie 30 s dla ISO 125 i 200 oraz 2 s dla ISO 1600. 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.

	0 EV	+4 EV
125 ISO
X-T50
200 ISO
X-T2
1600 ISO
X-T50
X-T2

Dla obu nastaw czułości, wynik rozjaśnienia obrazu wydaje się być dość podobny w obu aparatach. Przy ISO 125 dla X-T50 i 200 dla X-T2, widoczność detali okazuje się całkiem niezła, natomiast silnie zaakcentowała się niebieska składowa szumu. Przy ISO 1600 w obu przypadkach szum raczej zdominował obraz.

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 rozbieżności w jasności pomiędzy zdjęciami oraz realnymi czułościami.

	0 EV	−4 EV
125 ISO
X-T50
200 ISO
X-T2
1600 ISO
X-T50
X-T2