О битности у камер Sony

После рассказа о битности A900 в режиме cRAW стали задавать вопросы про другие камеры.

Кроме того, в этом рассказе я не уточнял, что за счет нелинейной тоновой кривой общее количество возможных уровней (значений пикселов) не следует впрямую сравнивать с обычными камерами без тоновой кривой:

• у обычных камер половина всех уровней это самый верхний стоп (где столько не нужно), четверть второй сверху стоп (тоже не нужно)
• в случае с cRAW, уровни распределены по всему диапазону значений гораздо более правильно (с фотографической точки зрения), на самые света выдают поменьше (чем в обычном линейном случае), на полутона и тени побольше.

Поскольку мне нужно было проверить правильность установки уровня черного для всех камер Sony, поддерживающих RAW, я заодно изучил битность в тенях практически для всех камер этой компании (за исключением трех мыльниц и A5000, примеров с которой пока нет).

Введение в проблему и методика

Как мы помним, у камер Sony есть 4 формата данных:

• "Старый ARW" (камеры вроде A100)
• Нежатый новый ARW (A700/850/900 в 12-битном режиме)
• cRAW: сжатый новый 11/7-битный ARW, про который я неоднократно писал
• SRF (который был у F828), по причине древности уже неинтересен.

Первые два формата обычные 12-битные и линейные , с ними все просто (тем не менее, см. ниже).

У cRAW имеется тоновая кривая (насколько я видел, одинаковая для всех камер), которая линейна на участке 0 2000 (после вычитания черного на участке 0..1488) а дальше загибается (вверх при распаковке, вниз при паковке в камере).

Во всех трех случаях, количество уровней в светах достаточное. Их, как минимум, несколько сотен на 1EV (в случае 12-битного линейного формата - 2048 уровней на самый верхний стоп). С точки зрения фотографа, интерес представляет количество уровней в полутонах и тени , например, от уровня ~3EV ниже насыщения и до абсолютно черного.

В случае линейного формата все просто, он линейный и 12-битный , если в полутонах и тени камера показывает сплошную гистограмму, значит у нас 12-битные тени . Если в гистограмме есть регулярные дырки, значит уровней меньше, т.е. битность тоже меньше .

Случай с cRAW требует более подробного пояснения.

1. После наложения тоновой кривой в процессе распаковки RAW, мы получаем линейный сигнал, размах которого соответствует 14-битной камере.
2. В этом сигнале есть дырки - значения, которые никогда не наблюдаются.
3. Дырки в светах нас не интересуют количество уровней там достаточное.
4. В области от полутонов (~3.3 стопа ниже насыщения) и ниже в сторону черного, в силу особенностей формата данных, мы в лучшем случае видим каждое четное значение.
5. Дальше мы считаем дырки в гистограмме и битность (т.е. сколько бит АЦП нужно обычной камере с линейным АЦП, чтобы получить такую же детальность уровней в тенях, точная формула приведена ниже)

Использованные данные

При подсчетах использовались снимки, снятые на ISO100 (или ближайшем более высоком, если у камеры нет ISO100), ISO400 и ISO3200. Этот набор чувствительностей выбран из следующих соображений:

• На ISO100 мы, скорее всего, будем иметь наибольшее количество уровней.
• Однако если ISO100 самое нижнее в линейке чувствительностей, то там возможны всякие чудеса (оно может быть вообще фейковым, как ISO50 у Canon), поэтому возьмем еще ISO400, где чудес обычно меньше.
• А на ISO3200 уже могут быть другие чудеса, например цифровое повышение ISO .

Таким образом, процедура исследования заключалась в выборе небольшого кусочка изображения (небольшого чтобы не нарваться на выравнивание двух половинок сенсора, как на Sony A900), так чтобы значения там были ниже ~1500, рассматривания гистограммы этого кусочка в RawDigger и подсчете числа уровней.

Основной массив данных скачан с сайта Imaging-Resource.com. Для тех камер, которые там не представлены данные взяты из других (достаточно разнообразных) источников, но таких камер немного: A300, A450, A900 (нежатые RAW), NEX-5R.

Шумопонижение

Во многих камерах Sony есть шумопонижение которое влияет на RAW-данные (как минимум, в некоторых камерах; целенаправленно это не исследовалось)

При подборе примеров выбирались варианты с отключенным шумопонижением, а при их отсутствии с минимальным шумопонижением из доступных вариантов.

Странные гистограммы

Среди камер Sony встречаются такие, где гистограмма ровного поля выглядит как-то так: Здесь между, к примеру, 650 и 700 мы видим 4 высоких палочки, причем гистограмма по высоким палочкам выглядит ожидаемым колоколом.

Но к каждой высокой палочке в комплект входит одна низкая.

Это какой-то числовой артефакт (при обработке данных в камере, возможно, добавляется псевдослучайный шум).

Палочки гистограммы, которые систематически (т.е. повторяющимся паттерном) ниже соседей в подсчете уровней не участвовали.

Дробные значения

Подсчет количества уровней производился в окне шириной 32 уровня. Уменьшение битности относительно максимального значения (12 бит для 12-бит линейных файлов, 14 бит для cRAW) считалось по формуле 5-log₂(число уровней в окне шириной 32), результат которой округлялся до одной десятой.

Режим съемки

Как минимум, у SLT-A99 разрядность зависит от режима съемки (у A99, согласно руководству, 12 бит при включении одной из опций: Long Exposure NR, BULB-выдержка, Continuous Shooting /включая режимы со склейкой кадров/, 14-бит в остальных случаях).

Возможно, аналогичное изменение битности есть у других камер Sony.

Данный эффект никак не изучался ввиду невозможности получить достаточное количество примеров. В частности, для SLT-A99 все найденные в интернете примеры сняты в режиме покадровой съемки и 14-битные (согласно EXIF-тегу).

Для каждой конкретной камеры это явление может быть изучено при наличии камеры на руках, благо методика проста.

Результаты

Прочерки в таблице - у меня нет примеров RAW.

Model	ISO
	100	400	3200
A3000	12	12	11
A7	12.9	12.9	12.7
A7R	13	13	12.9
DSC-RX1	12.9	12.9	12.9
DSC-RX1R	12.9	12.9	12.9
DSC-RX10	12	12	11.6
DSC-RX100	12	12	11.6
DSC-RX100II	12	12	12
DSLR-A100	12	--	--
DSLR-A200	11.5	11.4	12
DSLR-A230	11.5	11.5	9
DSLR-A290	11.6	11.6	9
DSLR-A300	12	11 (ISO 800)	10 (ISO1600)
DSLR-A330	11.5	11.5	9
DSLR-A350	11.9	11.9	12
DSLR-A380	11.7	11.7	12
DSLR-A390	11.6	11.6	12
DSLR-A450	11.6	11.6	11.3
DSLR-A500	11.8	11.8	11.3
DSLR-A550	11.8	11.8	11.3
DSLR-A580	11.8	11.8	11
DSLR-A700 cRAW	11.8	--	--
DSLR-A700 uncompressed	11.6	11.6	11.2
DSLR-A850 cRAW	--	--	--
DSLR-A850 uncompressed	11.5	11.5	11.2
DSLR-A900 cRAW	11.6	11.6	11.3
DSLR-A900 uncompressed	11.6	11.6	11.2
NEX-3	11.8	11.8	11.6
NEX-3N	12	12	11.3
NEX-5	11.8	11.8	11.6
NEX-5N	11.8	11.8	11
NEX-5R	12	12	10.6
NEX-5T	12	12	10.6
NEX-6	12	12	10.6
NEX-7	11.8	11.8	11
NEX-C3	11.3	11.3	11
NEX-F3	12	12	11.3
SLT-A33	12	12	11
SLT-A35	11.8	11.8	11
SLT-A37	12	12	10.6
SLT-A55V	11.3	11.3	10.6
SLT-A57	12	12	10.6
SLT-A58	12	12	10.6
SLT-A65V	11.8	11.8	10.6
SLT-A77V	11.8	11.8	10.6
SLT-A99V	13	13	12.9

Выводы

1. Использование тоновой кривой сильно улучшает жизнь. Скажем, у A900, несмотря на то, что всего уровней в файле в режиме cRAW становится немного, тени от сжатия вовсе не ухудшаются (другой вопрос, что в ETTR в этом режиме снимать не надо, но это мы отдельно разберем при случае).
2. Нет ни одной "14-битной" (в тенях-полутонах) камеры. Есть "13-битные", но и их немного: A7(R), RX1(R), A99. Все остальные - в лучшем случае 12-битные.
3. Цифровое ISO (т.е. сильное уменьшение реальной разрядности при увеличении чувствительности) - Sony очень любит. Если вы снимаете на высокие ISO, сверяйтесь с табличкой при выборе камеры.
4. Кроме этого, Sony любит цифровые манипуляции с RAW. Так как они делаются в целых числах после АЦП, это приводит к потере уровней. В частности по этой причине, у A7 битность капельку меньше, чем у A7R: дырок в гистограмме чуть больше.