динамический диапазон

Новый старый подход к динамическому диапазону на примере камеры Canon EOS 5D IV

Преамбула

На сегодняшний день, «динамический диапазон» (ДД) стал в умах (многих) фотографов одной из главных характеристик цифровых камер.

К сожалению, общедоступные массивы данных по ДД ограничиваются графиком «ДД – чувствительность ISO» (это может быть «инженерный ДД», как у DXOMark, т.е. отношение сигнал/шум равное единице, это может быть «фотографический ДД», как у Клаффа, который проводит границу по более высокому отношению S/N). При этом, характер шума (например, нерегулярный или banding) никак не учитывается. В ряде случаев в базах данных по ДД ...

Про инженерный (и /псевдо-/фотографический) ДД

Как-то так внезапно получилось, что основным критерием качества (сенсора) цифровых камер стал считаться "динамический диапазон". Я этого не понимаю, потому что "на низких ISO он и так достаточен, а на высоких - у всех /сравнимых камер/ примерно одинаков т.к. определяется в первую очередь фотонным шумом". Тем не менее, такая распространенная точка зрения имеется.

При этом, основным источником данных о ДД являются измерения DXO (там измеряют "инженерный ДД" т.е. нижняя отсечка идет по S/N=1, ну и как-то правят на стандартный размер),...

EOS 6D: высокие ISO

От низких ISO перейдем к высоким.

Методика исследования немножко другая:

  • Возьмем ту же мишеньку, осветим ее (я просто прикрыл жалюзи в комнате)
  • Будем снимать при одной и той же экспопаре с вилкой по ISO: для самой высокой чувствительности в ряду у нас будет экспозиция "по экспонометру", а более низкие ISO будут, соответственно, недодержаны.
  • Никакой вилки по экспозии не было, изучаем воспроизведение среднего тона (какие уж там тени на высоких ISO).
  • Процессинг:
    • RPP в режиме Raw Color и тоновой кривой "гамма" (чтобы исключить влияние color management и ошибок в профиле в тенях).
    • Экспокоррекция (движком Exposure) на столько же стопов, на сколько недодержан снимок при данном ISO
    Понятно, что RPP - отдельный случай и в других (целочисленных) RAW-процессорах все будет иначе, но мне оно безразлично.
Такая постановка задачи позволяет выяснить, нужно ли нам поднимать ISO (до необходимого при данном уровне освещенности), или же более низкая чувствительность (с недодержкой) даст картинку лучше.

Выдержка во всех тестовых сериях, кроме H2 (ISO102400) была 1/60s, диафрагма менялась от f/4 до f/22 (на дифракцию в данном тесте наплевать, какие уж там мелкие детали на ISO12800 и выше).

Перейдем теперь к результатам.

5D Mark II: рабочее ISO

canon-eos-5d-mark-II-top.jpg Как-то нет сил и времени писать на эту тему полноценных текст, поэтому пока в телеграфном режиме.

В моих экспериментах получается, что наибольший динамический диапазон (далее ДД) и наименьший шум у Canon 5D Mark II получается при ISO200. Выигрыш относительно ISO100 и 400 - порядка 0.3-0.5 стопа.

При этом шум оценивался по стандартному отклонению на серой плашке (как оптимально экспонированной, так и недодержаной на 1-4 стопа). При ISO100 шум визуально чуть менее крупный, но чуть более цветной. При ISO400 шум чуть побольше чем на 100 (и, естественно, 200), но все еще очень маленький

То же самое, кстати, касается и 450D: тот же характер изменения шума (с визуальным минимумом "крупности" на ISO100 и инструментальным минимумом на ISO200) и та же рекомендация: оптимальной чувствительностью является ISO200. Я про это уже писал и грешил на шумодав, но следов шумодава я не вижу (а следовательно, малошумящий усилитель есть добро).

О ДД и о цвете одной строкой

Рассматривал поканально тестовые шкалы (серое по серому с известным контрастом), усреднял, рисовал таблицы линейности, родил утверждение:

Ошибкой было бы думать, что на уровне экспозиции -7-7.5EV от точки насыщения зеленого можно получить какой-то разумный цвет.

Динамический диапазон - 3

Одной строкой

Обрабатываю данные по ДД камеры 5D Mark II в духе вчерашнего текста. Получается что угадал с критерием (четко читаемый шрифт размером 20-25 пикселов и контрастностью 1 стоп):

Для более жесткого критерия (15 пикселов, 0.5 стопа) широта на ISO 25600 получилась бы 0 стопов, ибо читается только на одном кадре, который последний перед пересветом. И что с такой цифрой делать? Впрочем, что 25600 не предназначена для увеличений больше открытки я и так знал.

Динамический диапазон: вторая попытка

DR-image-8bit-small.jpgЭксперименты с газеткой дали мне вполне приличный объем данных о динамическом диапазоне камеры, однако продолжать упражняться с газеткой дальше (а ведь надо прощелкать полный диапазон чувствительностей, как минимум) мне не захотелось: критерии краев динамического диапазона все-таки были недостаточно четкими. Родилась идея сделать собственную мишень, для начала черно-белую.

Требований к такой мишени немного:

  • Известный контраст.
  • Несколько размеров деталей.
  • Отсутствие бликов.

Этим требованиям удовлетворяет мишень, напечатанная на струйном принтере "серым по серому" на матовой бумаге.

Динамический диапазон: первый подход к снаряду

Я уже столько раз ругался на измерения пресловутого ДД, что даже сбился со счета. Существующие в сети измерения меня не устраивают по куче причин:

  • Обычно методика описана очень приблизительно (при этом опубликованные результаты - странные).
  • Из (приблизительного) описания методики удается понять, что снималась контрастная мишень одним кадром, а такая съемка сама по себе проблемная по многим причинам:
  • Как правило, изучается различимость больших плашек, что не имеет большого смысла с точки зрения фотографической задачи: получения детализации в тенях и светах.

Альтернативная методика выстроилась в голове довольно давно, она тоже далека от идеала, данный текст предназначен, в числе прочего, для начала публичной дискуссии о методике.

Еще раз о "динамическом диапазоне оптики"

5d-flare.jpg Эта тема уже обсуждалась, но на качественном уровне. Однако наделанный в последнее время инструментарий позволяет померять эффекты засветки количественно.

Сначала сформулируем вопросы:

  • Есть ли в системе оптика-камера значимое светорассеяние?
  • Каково же оно?

В прошлый раз я помещал в кадр светодиодный фонарик, который был стопов на 12 ярче сцены и получал подъем теней аж на стоп (это вполне видимо глазом на снимке). В этот раз захотелось измерить более тонкие эффекты и количественно, поэтому методика изменилась:

  • Берем монитор, заливаем его темно-серым (я брал R-G-B=6). Если ничем не заливать, то видна неравномерность подсветки.
  • Снимаем, чтобы это темно-серое гарантированно было выше уровня шумов камеры, но в глубокой тени. Я снимал с экспопоправкой (от спотметра) -5 EV, зная что общий динамический диапазон камеры (для больших плашек) никак не меньше 10 стопов, а вверх от спотметра есть запас чуть менее 4EV.
  • Выводим в углу монитора белый прямоугольник (см. картинку). На моем мониторе он на 8 стопов ярче "темно-серого", снимаем с той же экспозицией, что и в прошлый раз. Да, при этом контрасте белый прямоугольник еще не насыщен, даже в зеленом канале остается где-то треть стопа в светах. Т.е. можно говорить о довольно контрастной (8 стопов) сцене.
  • Усредняем серединки кадров необработанных данных (для извлечения необработанных данных использовалась программа 4channels из LibRaw, анализировался только зеленый канал) и сравниваем средние значения.
Subscribe to динамический диапазон