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, z wyjątkiem ISO 50, dla wszystkich nastaw czułości jako średnie wartości ze wszystkich grup senseli są poniżej nominalnych. W przedziale nastaw 100-400 odstępstwa wynoszą ok. 1 i 1/3 EV, a od 800 do 51200 zmniejszają się do ok. 1 EV. Takie zachowanie umożliwia manipulację danymi w jasnych partiach obrazu. Widać też, że nastawa ISO 50 i 100 to de facto ta sama wartość czułości.

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 nastaw ISO 50–200 szum stoi na wyższym poziomie i wynosi od 6–13 elektronów, po czym od 800 spada do 2-3 elektronów. Widać zatem, że mamy dwa poziomy wzmocnień. Niemniej wygląda na to, że jakość zaprojektowanej elektroniki stoi na dobrym poziomie. W idealnie pracującej matrycy wykres powinien być linią prostą, ze wszystkimi wartościami dla różnych czułości ISO na tym samym poziomie.

Współczynnik konwersji i wzmocnienie jednostkowe

Współczynnik konwersji wyznaczyliśmy na podstawie serii 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 13 elektronów. Przy 14-bitowym przetworniku daje to pojemność studni potencjałów (ang. full well capacity) na wysokim poziomie 202 ke^–. Punkt wzmocnienia jednostkowego wypada dla czułości 505 (realnej), czyli mniej więcej dla nastawy aparatu ISO 1000. 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 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. Pomiarów dokonaliśmy na surowych plikach przekonwertowanych uprzednio do 48-bitowych TIFF-ów bez demozaikowania.

Na powyższym wykresie możemy zauważyć, że dla najniższej natywnej czułości liczba tonów sięga około 388, czyli otrzymujemy 8.6-bitowy zapis danych. To tylko 0.3 bita mniej od poprzednika. Konkurenci wypadli trochę lepiej, a EOS-owi najbliżej do Lumiksa (8.9 bita). Nikon Z6 III i Sony A7 IV uzyskały natomiast po 9.1 bita.

Zwiększanie czułości powoduje oczywiście degradację zakresu tonalnego i przy ISO 1600 w EOS-ie otrzymujemy wartości 7.2 bita, co daje około 147 przejść tonalnych. Przy maksymalnym dostępnym ISO przejść tonalnych mamy już tylko 19, co daje 4.2 bita.

Zakres tonalny na plikach zapisanych w formacie JPEG możemy ocenić wizualnie na wycinkach zdjęć tablicy Stouffer T4110. Kliknięcie zdjęcia 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 na podstawie serii 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 świetnym poziomie 10.1 EV. Tę samą wartość dla analogicznych kryteriów zanotowaliśmy w Sony A7 IV. Bezlusterkowce Z6 III i S1 II uzyskały odrobinę niższe wyniki, tj. odpowiednio 9.7 i 9.9 EV.

Przy SNR=1, R6 Mark III dla ISO 100 osiąga 13.9 EV, zatem do wykorzystania 14-bitowego zapisu brakuje bardzo niewiele. Niestety, nie obserwujemy tu podobnego wypłaszczenia wykresu, jak w przypadku Lumiksa S1 II, gdzie do ISO 400 włącznie, dynamika maleje w minimalnym stopniu. Panasonic uzyskał ten efekt poprzez łączenie sygnałów z obu obwodów analogowych (niskiego i wysokiego wzmocnienia). Nawet u poprzednika obserwowaliśmy lepsze osiągi dla niskich ISO niż w testowanym EOS-ie.

Dla jakości SNR=1, 2 i 4 widzimy załamanie pomiędzy wartościami ISO 400 i 800. Pokazuje nam ono, że mamy tu do czynienia z architekturą dual-gain, czyli dwoma poziomami wzmocnień.

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 osiąga ok. 9 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. Ze względu na pewną różnicę w naświetleniu zdjęć zdecydowaliśmy się przymknąć przysłonę o 1/3 EV mocniej w Z7. 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 obrazy 24-bitowe.

100 ISO
	0 EV	+4 EV
EOS R6 Mark III
Z7
1600 ISO
EOS R6 Mark III
Z7

Zarówno dla ISO 100, jak i 1600, efekt rozjaśnienia w obu aparatach wygląda w gruncie rzeczy całkiem podobnie. I w Canonie i w Nikonie przy niskiej nastawie widoczność szczegółów pozostaje całkiem niezła, natomiast po zwiększeniu czułości ISO ilość szumu jest wysoka.

Przyciemnianie jasnych partii obrazu nie pozwoliło w tym wypadku zniwelować przepaleń. Drobne różnice pomiędzy wycinkami mogą wynikać z różnej jasności oryginalnych zdjęć.

100 ISO
	0 EV	−4 EV
EOS R6 Mark III
Z7
1600 ISO
EOS R6 Mark III
Z7