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 poza ISO 40 (programowym, w praktyce tożsamym z ISO 80), czułości jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli są poniżej nominalnych. Różnica ta zawiera się w przedziale od 1/2 EV do prawie 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. Dla zakresu ISO 40-200 (czyli pierwszego poziomu wzmocnień) szum waha się w granicach 14-18, natomiast od nastawy ISO 400 – między 1 a 4 elektrony. W idealnie pracującej matrycy wykres powinien być linią prostą, ze wszystkimi wartościami dla różnych czułości ISO na tym samym poziomie. To, co widzimy na wykresie to efekt zastosowania technologii Dual Native ISO, a zatem dwóch obwodów analogowych przetwarzania sygnału.  W obrębie każdego poziomu, wykresy są z grubsza zbliżone do linii prostej. Można powiedzieć, 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, na jedną jednostkę kwantyzacji przetwornika ADC przypada 10 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na poziomie 154 ke^–. Taki wynik można uznać za bardzo wysoki i wyższy niż u poprzednika. Punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 456, czyli praktycznie 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. Punkt wzmocnienia w testowanym aparacie ustawiony jest 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.

Na powyższym wykresie możemy zauważyć, że dla najniższej natywnej czułości (80) liczba tonów sięga około 431, czyli otrzymujemy 8.8-bitowy zapis danych. Dla tych samych kryteriów, S1R II wypadł tak samo jak Nikon Z8 (dla ISO 64). EOS R5 Mark II i Sony A7R V uzyskały po 8.6 bita (oba dla ISO 100). Przy ISO 1600, w Lumiksie otrzymujemy wartość 7.1 bita (co daje około 137 przejść tonalnych), a dla ISO 6400 – 6.1 bita (69 przejść). Przy maksymalnym dostępnym ISO przejść tonalnych mamy już tylko 15, co daje 3.9 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
40
80
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 80 testowany aparat osiąga wartość dynamiki tonalnej na poziomie 9.5 EV, co jest bardzo dobrym wynikiem, identycznym jak u poprzednika i podobnym, co w EOS-ie R5 Mark II i Sony A7R V (9.6 EV). Odrobinę więcej uzyskał natomiast Nikon Z8 – 9.7 EV.

Dla kryterium SNR=1 dynamika w Lumiksie osiąga 13.2 EV dla bazowego ISO, co oznacza, że trochę brakuje by wykorzystać całkowicie 14-bitowy zapis danych. Przy tej jakości wyraźnie widać zysk wynikający z architektury Dual Native ISO, przekładający się na lepsze osiągi dynamiki po przejściu z nastawy ISO 200 na 400. Korzystnie wypadła również nastawa programowa ISO 40 i to dla wszystkich kryteriów jakości.

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 nieco 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. W przypadku wybranych aparatów – Panasonika S1R II i Sony A7R IIIa występowała różnica w naświetleniu zdjęć, toteż zdecydowaliśmy się przymknąć przysłonę o 1/3 EV mocniej w S1R 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
S1R II
A7R IIIa
1600 ISO
S1R II
A7R IIIa

Po rozjaśnieniu obrazu dla ISO 100, zdjęcia z Lumiksa wyglądają całkiem nieźle. Niemniej, to aparat Sony wypadł lepiej. Jeszcze wyraźniejsza różnica na korzyść A7R IIIa widoczna jest przy ISO 1600 – tu poziom szumu w S1R II okazuje się istotnie wyższy.

Przyciemnianie jasnych partii obrazu daje podobny efekt w obu aparatach, a widoczne różnice są raczej spowodowane różną jasnością oryginalnych zdjęć. Miejsca przepalone takowymi pozostaną.

100 ISO
	0 EV	−4 EV
S1R II
A7R IIIa
1600 ISO
S1R II
A7R IIIa