Ako som sľúbil v minulom článku o nových foto-možnostiach, fotenie s pomocou elektronickej uzávierky môže mať aj jednu podstatnú výhodu, o ktorej bude tento článok. Ako je už z nadpisu jasné, tou výhodou je “nižší šum”. K takémuto poznaniu som dospel po prečítaní článku: First GH5s vs Sony A7sII comparison by IR: “GH5S looks slightly better than the A7S II”
V ňom – už podľa nadpisu – dosahoval Panasonic GH5s v priamom porovnaní lepšie výsledky, dokonca aj ako Sony A7sII. A to aj napriek tomu, že má skoro 4x menší snímač (čo by teoreticky malo znamenať, že by mal skoro 2 EV zaostávať).
Ja vôbec možné aby menší snímač prekonal iný – výrazne väčší – aj v miere šumu?
Podaril sa vari Panasonicu nejaký zázrak?
Spravili recenzenti z imaging-resources pri teste nejakú chybu?
Alebo bol ten článok klamlivý?
Menší snímač skutočne môže v šume dorovnať svoju veľkostnú nevýhodu. V tomto prípade do ISO 25600 dokonca ten väčší prekonával. Ovšem nebolo to spôsobené ani kvalitnejším odšumovaním (predsa len: vylepšenia algoritmov nebývajú také výrazné), ani zázračným novým snímačom (hoci snímač v GH5s bol skutočne nový).
Porovnávané zábery z GH5s ale neboli spravené v štandardnom móde.
Natískajú sa teda otázky:
Q: môžu tento neštandardný mód využiť aj iné foťáky?
A: Áno, bezzrkadlovky ho využiť môžu, hlavne tie novšie
Q: Ako to GH5s vlastne dokázal?
A: jeho zábery boli lepšie (ako by mali byť), lebo sa na porovnávanie použili zábery z videa
Q: Môžu mať vylepšené zábery pomocou videa aj zrkadlovky?
A: Nie, lebo video sa cez hľadáčik DSLR nahrávať nedá (v OVF by vtedy nič nebolo vidno)
Q: prečo majú zábery z videa menej šumu?
Na to už treba viac ako jednu vetu. Tak poďme na to:
Kým sa dostanem k samotnému vysvetleniu, musím napísať celú históriu tohto porovnávania, lebo k pôvodnému porovnaniu sa už nedá dostať:
Prvotné porovnanie a čo sa udialo odvtedy
V spomínanom článku zo 43rumors sa nachádza text:
“At both 12,800 and 25,600, the GH5S looks slightly better than the A7S II at the same ISOs, which is both unexpected and subjectively highly impressive for a camera featuring a sensor that is a fraction the size of the other. A sensor significantly smaller than the full-frame A7S II is beating that camera in low-light performance. I never thought I would see the day. With these test results, it’s hard to argue that the GH5S is not the new king of low light.”
V tejto citácii Panasonic GH5s prekonával aj dovtedajšieho “low light šampióna vo videu” Sony A7sII. V odkazovanej recenzii na GH5s (ani v pôvodnej newske na imaging-resources
The new king of low-light? Video-centric Panasonic GH5S arrives, gets its first real-world field test ) už ale tento text nenájdete. Recenzenti ho prepísali. Už je tam len text:
Editor’s note: This section has been updated to reflect new footage captured with the A7S II. Originally we claimed the GH5S performed better at high ISOs than did the A7S II, but that was based on incorrectly comparing resampled still images from the A7S II with 4K video frame grabs from the GH5S. Comparing apples to apples with video grabs from both cameras, the GH5S still does surprisingly well up to about ISO 6400, but beyond that the Sony’s larger sensor and dynamic noise reduction catapults their camera’s capabilities far beyond what we expected, and changed our opinion in the comparison. Likewise, the A7S II’s full-frame sensor leads it to do much better shooting high-ISO still images as well, although the GH5S does deliver surprisingly good images for a Micro Four Thirds camera.
O týždeň neskôr vyšiel ďalší článok Review Redo: Sony A7S II vs Panasonic GH5S High ISO Comparison. V ňom sa recenzenti ospravedlňujú, že hoci ich záberom bolo chceli porovnávať video, u A7sII použili na porovnanie obyčajné zábery. Pôvodne sa totižto moc na video nezameriavali, preto video zábery z A7SII nemali. Neuvedomili si, že medzi videom a “single-shot” zábermi môže byť až taký veľký rozdiel.
Pri opakovanom porovnávaní (už priamo na videu) bol výsledok porovnania iný: GH5S sa držala “len” po ISO 6400 a u vyšších už bola A7SII lepšia. Aj tak to bol pre menší snímač veľmi pekný výsledok. V článku je ale aj vysvetlenie, prečo boli zábery z videa menej zašumené.
Prečo je šum vo videu iný ako v obyčajných záberoch?
Recenzenti sa to snažili vysvetliť v kapitole “Background: Why is video noise reduction so different than that for still images?”:
The big difference between stills and video imagery is that the camera has a lot more information available to it with video, to help separate the subject from the noise. This is because images are flying by at 24, 30, 60 or more frames per second, while the subject content isn’t changing nearly that fast. What’s more, parts of the subject that are moving quickly are going to be pretty blurred, so the camera can really crank up the noise reduction in those areas of each frame, because it doesn’t need to worry about preserving subject detail. Still cameras try to guess and do the same, but there’s always a question of whether what it’s seeing is noise or just subtle subject detail.There are a couple of different types of noise in camera sensors, but for the purposes of our discussion here, they boil down to just two types: random/uncorrelated noise and pattern noise. Pattern noise is noise that varies across the surface of the sensor; manufacturing variations mean that some pixels may generate more noise than others, be stuck or leaky (tend to accumulate charge not caused by incoming light), etc. This is pretty easy to deal with, though, since once it’s identified, it’ll always be happening in the same areas, so can be compensated for regardless of what’s going on with the subject.Random noise is more difficult, since we don’t know where it’s going to come from, but that also means it’s going to vary randomly from one frame to the next. In the extreme case of a camera on a tripod shooting a still life, it gets easier and easier to figure out what’s subject and what’s noise, just by watching for long enough. Over long periods of time, all the random noise will average out to zero, and we’ll be left with a very clean view of the subject.But stationary subjects aren’t very interesting, and with video, the scene in front of the camera is always going to be changing. But not all of it, though, and even when things are moving, it’s often a case of the same stuff just moving around on the sensor surface. If we’re clever enough, we can figure out what’s moving where, and still look across multiple frames to remove the noise.The catch, of course is that “if we’re clever enough” part. Motion estimation does in fact require a lot of cleverness and a boatload of processing, but a lot of smart engineers have been working on the problem for decades, and camera image processors are getting pretty crazy-powerful these days. So cameras like the A7S II and GH5S can do a lot to reduce image noise by looking at the multiple frames streaming through them. The bottom line is that still images from modern cameras are pretty much always going to show more visible noise than video frame-grabs at the same ISO, and both the A7S II and GH5S do a great job of taking advantage of frame to frame processing to ferret out noise.
V skratke by sa dalo povedať, že video – vďaka až 60 záberom za sekundu, ktoré sa až tak moc nemenia – získava omnoho viac informácií ako jeden obyčajný záber. Kvôli komprimačným algoritmom na video musí foťák zistiť (a predvídať) pohyb na scéne (takzvaný “motion estiamtion”). Vďaka tomu vie, čo ktorá časť scény sa mení a ktorá je statická. Náhodný šum v statických častiach záberu (alebo v tých so zdetekovaným pohybom) sa tak dá veľmi ľahko identifikovať a tým pádom aj odstrániť.
Vo výsledku je záber z videa v podstate vždy menej zašumený ako “single-shot”.
Využitie v praxi u kamier: Z-camera E1 malo ISO 102400
V roku 2015, keď ešte neexistoval GH5s, mFT foťáky mali len 16 megapixelové snímače, maximálne ISO ktoré zvládali bolo ISO 25600. Aj súčasné 20 megepixelové snímače toľko zvládajú (až GH5S si vďaka väčším pixelom dovolil viac).
V tej dobe sa ale na kickstarter-i objavil foto/video modul so 16 megapixelovým mFT snímačom a možnosťou ISO 102400. Teda hodnoty pre mFT dovtedy neslýchané. Je u toho text:
We are creating a camera that will deliver amazing quality without having to spend thousands of dollars. E1 from Z is the smallest 4K ultra-high definition camera with an interchangeable lens system. The E1 is Wi-Fi 802.11N, Bluetooth Low Energy (BLE), and Ambarella A9 image processor equipped. Easily capture cinema-quality 4K 4096×2160 video at 24 frames per second or ultra-high definition video 3840×2160 at 30 frames per second with H.264 compression. Advanced 3D noise filters using motion compensated temporal filtering (MCTF) technology reduces noise and jitter. This allows for incredible low-light performance with the camera’s ability to shoot at up to 102,400 ISO while maintaining high image quality, up to 6400 ISO
Ako si to mohli dovoliť?
Práve vďaka MCTF technológii, teda vďaka “video odšumovaniu” si začínajúca firma mohla dovoliť vyššie ISO ako špecializovaní výrobcovia foťákov, ktorí sa tomu venujú “na plný uväzok”.
Využitie v praxi u foťákov: 6K video with NR
Už aj u foťákov sa niečo podobné využíva. Konkrétne Panasonic dokáže využiť multi-frame NR
(kedy poskladá menej zašumený záber z viacerých “susedných” zo 6K photo)
Názornú ukážku (z recenzie GH5 na imaging resources) vidno na ilustračnom obrázku.
Prečo sa toto nevyužíva bežne?
Vďaka multi-záberovému odšumeniu už mnohé súčasné foťáky dokážu znížiť šum pri záberoch na vysoké citlivosti. Je na to ale nutné použiť špeciálny fotografický mód, v ňom nacvakať niekoľko záberov a foťák ich potom spojí. Vďaka elektronickej uzávierke by to už mohol robiť automaticky aj pri jednotlivých záberoch: spraviť ešte zopár ďalších záberov a znížiť tak výsledný šum. Toto sa už v súčasnej dobe aj deje: robia to tak mobily, aby znížili výsledný šum a zlepšili detaily (tuším som o tom čítal v súvislosti s Google pixel 3)
Prečo to už ale nie je bežne naimplementované vo foťákoch?
Predpokladám, že u foťákov sa s touto technológiou (v “seamless” forme) tak rýchlo nestretneme. Ako problém ale vidím zvýšenú spotrebu energie, ďalší problém môže robiť aj samotné spájanie záberov (pravdepodobne technológia ešte nie je úplne dotiahnutá do dokonalosti a môžu vznikať “duchovia”, ako sa to deje u zle spraveného HDR).
Alebo to proste ešte nie je nutné, lebo predaje bezzrkadloviek zatiaľ ešte neklesajú.
Predpokladám, že si to výrobcovia foťákov strážia ako tajný trumf, s ktorým by prišli na trh, ak by sa im prestalo dariť. Alebo ak by už nevedeli ako ďalej. Ovšem je to “pandorina skrinka”, vďaka ktorej by sa mohlo mnoho vecí zmeniť: súčasné mFT by mohli prekonávať staršie FF foťáky, ale zároveň by už v budúcej generácii nemali čo nové ponúknuť (ani vylepšenie snímača o 1EV v šume/DR by s touto zmenou nevyzeralo až tak atraktívne).
Predajcovia zrkadloviek s tým navyše ani prísť nemôžu (z princípu), hoci im predaje klesajú.
Predajcom bezzrkadloviek sa zatiaľ ešte celkom dobre darí, tak na to nemajú dôvod.
Asi sa do toho tak rýchlo nikto hrnúť nebude.
(a Panasonic so svojou implementáciou nebude “až tak moc presadzovať”)
Záver
Vďaka “videu” (a jeho princípom) je možné vytvárať menej zašumené zábery, ako u obyčajných “single-shot” záberov. Tieto princípy sa už v praxi aj využívajú: pri vytváraní záberov zo špecifického 4K alebo 6K photo módu, ktorý poskytuje Panasonic.
Na moje prekvapenie som o tomto ešte nečítal žiaden porovnávací článok na špecializovaných fotoweboch (žeby preto, lebo to zatiaľ poskytuje len Panasonic, to nebolo pre recenzentov – odchovaných na CaNikone – zaujímavé, keďže “ich firma” to neposkytuje? )
Jediná “lastovička” – ktorá naznačila že z videa vznikajú menej zašumené zábery – bolo práve porovnanie na imaging-resources.
No oni si to nedali do súvislosti s Panasonic implementáciou “multi-frame NR” (čo je vlastne tiež vytváranie záberov z videa), takže ani od nich som sa o prínosoch tohto módu pre fotografiu nedozvedel. Očividne sa tým ale dajú dosiahnuť lepšie výsledky ako z obyčajných záberov.
Vďaka tomuto môžu vo výsledných záberoch bezzrkadlovky poskytovať nižší šum ako zrkadlovky. Už teraz síce bezzrkadlovky poskytujú teoreticky lepšiu kvalitu vďaka roztraseniu ktoré spôsobuje zrkadlo alebo uzávierka (prípadne aj v kombinácii so stabilizáciou).
Toto zníženie ostrosti sa ale zvyčajne neprejavuje na každom zábere a až tak výrazne (ak ja áno, bývava neprávom prisudzované fotografovi) – tak o ňom niektorí ešte nevedia – takže väčšinu zrkadlovkárov to zatiaľ ešte nepresvedčilo ku systémovej obmene.
Ak by ale bezzrkadlovky dosahovali o 1-2 EV lepšie výsledky v šume ako zrkadlovky s rovnakým snímačom, tento rozdiel by už isto neodignorovali.