О синем цвете и зеленых каналах: Panasonic G3

Я уже про это писал, но во-первых чисто умозрительно (на пальцах), а во-вторых не полностью верно, пришло время вернуться.

Чтобы не троллить больше владельцев Sony A77, возьмем для примера Panasonic G3. А именно, возьмем с imaging resource снимки мишени CoolorChecker и постараемся разобраться, что же камера с них выдает.

Вот прямо наложим на фото масочку-сеточку и посмотрим, что для каждого из патчей мы увидим в гистограмме.

Для краткости я буду называть патчи прямо по их именам (см. первую картинку в посте), а все приведенные ниже гистограммы - это гистограммы по RAW-данным, единственное сделанное преобразование - это вычтен уровень черного.

Для начала, сформулируем тезисы, которые ниже я пытаюсь проиллюстрировать.

Суть проблемы (профилирования)

Проблему я формулирую так:

• Все поля мишени с точки зрения программы профилирования - равнозначны. В лучшем случае профилировщик учтет дисперсию сигнала в данном поле, да и то, скорее интегральную, а не поканальную.
• С точки же зрения камеры, величина ошибки по полям и по каналам - очень разная. Тут и шум и разная чувствительность каналов и ступенчатость восприятия, особенно на высоких ISO.

Естественно, проблема касается не только профилирования, но и вообще захвата слабых каналов. Посмотрим с этой точки зрения на изучаемый панасоник.

ISO 200

Возьмем, к примеру, патч A3, темно-синенький: Гистограмма линейная по шкале EV (стопов), EV0 проведен на уровне 512 (на 3 стопа от насыщения), на гистограмме мы видим:

• Красный канал на 3 стопа слабее синего, на 2.5 зеленого (и на 3.5 - уровня серого)
• Ширина гистограммы (дисперсия) красного канала - примено один стоп, тогда как синий и зеленый имеют (в фотографических координатах) разброс в разы меньше.
• Всего разных значений в том стопе, куда попал красный канал - 32. То есть точность его определения в одном пикселе - процента 2-3, небогато.

Что случится дальше? А дальше балансом белого красный канал подвинут на 1.6 стопа (отношение коэффициентов баланса белого для дневного света для зеленого/красного каналов у этой камеры 3.04), но дисперсия то никуда не денется, как был разброс значений в один стоп, так и останется.

При этом, это не шум в том смысле, который обычно в это значение вкладывают. В случае "1 единица АЦП на один электрон сенсора" мы ожидаем фотонный шум с "дисперсией равной сигналу", а в данном случае дисперсия (σ²) даже чуть меньше среднего сигнала (42 против 46), т.е. либо сигнал как-то ослабляется перед АЦП (не после АЦП, были бы дырки), либо имеется какой-то шумодав.

Повторюсь на всякий случай: такой разброс сигнала - в большой степени есть его естественное свойство. По прикидке на пальцах, из 6.5 сигмы на ISO200 примерно 4 определяется фотонным шумом, а камера не особо и шумит.

Результатом (такого ослабления красного канала) будут, конечно же, не только плохие профили, но и плохое разделение оттенков синих цветов (которые разделяются именно за счет слабого канала), особенно в тенях, где сигнал наименьший, а "шум" и дискретность - наибольшая.

ISO 1600

Тот же патч, но на ISO 1600: Все стало, очевидным образом, хуже: разброс в синем и зеленом каналах вырос приблизительно до стопа, а в красном - стопов эдак до трех.

Напомню, что снимаем мы ровную плашку, которая исходно имеет один узкий пик в этом патче.

ISO 6400

ISO6400 просто прекрасно: Если в синем-зеленом канале остался сигнал (пусть пики имеют ширину два стопа), то в красном этот сигнал простирается с EV-10 по EV-1.5. Высоченный пик в нулевом значении в этих координатах не показан (варез надо дорабатывать), а в линейных координатах виден отлично:

Снимаете на высоких ISO? Не снимайте ничего синего!

Зеленые каналы?

Ну и на закуску, про зеленые каналы в этой камере. ISO200, cерое поле, линейная шкала: Мне одному кажется, что пики расположены немножко в разных местах? Или зеленые каналы все-таки немножко разные?

Построил отношение двух зеленых для всех 24 патчей ColorChecker: отличается. Не сильно, но разница плавает от 1.5% до 3%.

Посмотрел в LibRaw (dcraw), нет, камера считается 3-канальной т.е. зеленый одинаковый.

Тогда посмотрел, какую Color Matrix делает Adobe DNG Converter. Тоже 3x3, то есть камера считается трехцветной. А два зеленых - разные.

Владельцы, а вы не замечали с вашей камерой странного? Ну там maze artefacts на ровных полях (привет от AHD) и всякого прочего, которое бывает, когда два канала примут за один?

Заключение

В заключение хочу отметить, что описанные тут проблемы - универсальны и свойственны любой цифровой камере с линейным сенсором (Aptina и тому подобные - другая история).

Панасоник же я взял в качестве примера по той причине, что у этой камеры одновременно сочетаются:

• Очень низкая чувствительность красного канала относительно зеленого (баланс белого на 1.6 стопа)
• Низкая электронная емкость пиксела (Full Well) т.к. 16-мегапиксельная камера на micro-4/3, это как 64-mpix Full Frame.
• 12-битный АЦП

На камерах, лишенных части (или всех) этих недостатков ситуация будет много лучше. Вот как оно, к примеру, на 5D Mark II, ISO200, тот же патч А3 (линейная шкала): Дисперсия вдвое меньше сигнала (потому что 1e/ADU у этой камеры на ISO400), да и вообще она полстора, а не стоп; в стопе в который попали - не 32 значения, а 128; вообще жить можно. Потому что 14 бит, большая емкость пиксела, красный загнан не в такую задницу.