Olympus E-10 и E-20: Зеркальные близнецы (дополнено)

Введение

На рынке любительских цифровых камер зеркальные камеры (DSLR) высокого класса ценой менее $2000 в настоящий момент представлены только фирмой Olympus. Фирма издавна заняла нишу любительских «зеркалок» с несменной оптикой на рынке пленочных камер и удерживает лидирующее положение в этом сегменте и на цифровом рынке.
22 августа 2000 года была анонсирована первая камера этого класса – 4Мпиксельный Olympus E-10 (эта камера подробно рассматривалась в обзоре «На смену пленочной зеркалке?».
Почти ровно год спустя, 13 сентября 2001 года Olympus анонсировал новую, 5Мпиксельную камеру E-20. С тех пор было объявлено о выпуске всего трех камер на базе 5Мп матрицы Sony: Minolta Dimage7 (подробно рассмотрена в вышеназванном обзоре), Nikon Coolpix 5000 и Sony F707. Вероятно, сдержанность остальных производителей связана с тем, что они понимают, что рост количества пикселов без кардинального увеличения их размера не в состоянии обеспечить требуемого любителями цифровой фотографии качества изображения.
Так как в упомянутом сравнении 4Мп Olympus E-10 одержал почти чистую победу над 5Мп соперником, и достойного претендента на сравнение с новым творением Olympus – 5Мп камерой Е-20 не нашлось, в этом обзоре камера Е-20 будет сравниваться с прошлым победителем среди тяжеловесов и собственным прародителем – камерой Е-10.

Внешний вид и органы управления

Внешний вид обеих камер практически одинаков. Первое, что бросается в глаза при сравнении – это надписи золотистого цвета на корпусе Е-20. Вид спереди: объективы камер одинаковые, органы управления, инфракрасный порт для дистанционного управления (у обеих камер пульт поставляется в комплекте), окно пассивного датчика автофокусировки, кнопка баланса белого по белому листу – можно уверенно говорить, что корпус Е-20 не претерпел никаких изменений по сравнению с предшественницей.


Вид сбоку. Название камеры у Е-20 теперь также выполнено «золотом». В остальном отличий никаких: кнопки экспокоррекции, макросъемки, поднятия встроенной вспышки, серийной съемки, режима замера экспозиции, переключатель ручной/автоматической фокусировки, дверца, за которой спрятана панель с разъемами.


Вид сверху. Отличить камеры, не видя опознавательных знаков, невозможно.


Вид сверху-сзади также показывает, что никаких изменений не произошло. Площадка для внешней вспышки, дисплей, кнопки режима вспышки и качества сохраняемого изображения, спусковая кнопка, кнопка выбора режима баланса белого, переднее и заднее управляющие колеса, главный переключатель режимов, кнопка экспопамяти, регулируемый по зрению окуляр, LCD дисплей, кнопки включения дисплея, меню, мини-джойстик, кнопка «ОК», замок отсека флэш-карты.

Разрешающая способность, влияние фокусного расстояния и диафрагмирования объективов

Зависимость абсолютной разрешающей способности от фокусного расстояния объектива при диафрагме f/4.0
Абсолютная разрешающая способность характеризует предельное разрешение камер (контраст между черными и белыми штрихами стремится к нулю). Эта величина позволяет в первую очередь охарактеризовать качество используемой оптики. Как видно из графиков, разрешающая способность камеры Е-10 практически не зависит от фокусного расстояния объектива, что, как правило, означает отличное согласование разрешающей способности объектива и количества элементов матрицы (разрешение объектива превышает пространственную плотность ячеек матрицы).
Использование этого объектива с 5Мп матрицей камеры Е-20, имеющей более высокую плотность расположения ячеек, менее оправдано, так как с увеличением фокусного расстояния объектива становится заметным падение его разрешающей способности. Можно сказать, что в данной конструкции объектив уже используется на пределе своих возможностей.

Зависимость реальной (различимой) разрешающей способности от фокусного расстояния объектива при диафрагме f/4.0
Реальная разрешающая способность характеризует предельно различимое разрешение камер (контраст между черными и белыми штрихами составляет не менее 15%). Это значение более важно на практике, так как характеризует различимую детализацию полученного изображения. Оно зависит не только от характеристик самого объектива и плотности ячеек матрицы, но и от используемых в камере алгоритмов цветовой интерполяции и повышения контурной резкости.
Как видно из графика, реальная разрешающая способность уменьшается при увеличении фокусного расстояния объектива (зуммировании), причем это заметно даже для камеры Е-10.

Зависимость абсолютной разрешающей способности от диафрагмы объектива при максимальном фокусном расстоянии
Так же как невозможно разработать объектив с переменным фокусным расстоянием, у которого бы разрешающая способность не изменялась при зуммировании, так же невозможно спроектировать и изготовить объектив, разрешающая способность которого не зависела бы от диафрагмирования. Теоретически максимум разрешающей способности у идеального объектива достигается при минимальном значении диафрагмы (диафрагма полностью открыта), и за счет дифракции разрешающая способность уменьшается обратно пропорционально диафрагменному числу при ее закрытии. Однако на практике максимум при максимально открытой диафрагме никогда не достигается в первую очередь по причине остаточных аберраций объектива, которые при открытой диафрагме проявляются наиболее сильно. Таким образом, для пленочных камер, как правило, максимальная разрешающая способность объектива соответствует диафрагме, прикрытой на 1.5-2 ступени от максимума, в большинстве случаев этот максимум расположен близко к величине f/8.0. Объективы камер Е-20 и Е-10 подтверждают это правило.

Зависимость реальной (различимой) разрешающей способности от диафрагмы объектива при максимальном фокусном расстоянии
На графике реальной разрешающей способности также можно обнаружить два максимума у обеих камер: при диафрагмах f/4.0 и f/8.0. При этих диафрагмах аберрации объективов минимальны, а при увеличении диафрагмы выше f/8.0 в силу вступает ухудшение разрешающей способности вследствие дифракции. Данные графики могут вам помочь получить максимально резкие снимки при возникновении такой необходимости. Однако следует учесть, что графики зависимости разрешающей способности от диафрагмы построены для максимального фокусного расстояния объективов. Для других фокусных расстояний максимумы разрешающей способности могут быть немного смещены относительно полученных значений.

Как видно из приведенных графиков, разрешающая способность камеры Е-20 по сравнению с Е-10 значительно выросла. Более того, разрешающая способность в зеленом (яркостном) канале выросла до 18% при том, что разрешение по длинной стороне кадра увеличилось только на 14%. Учитывая, что объектив остался неизменным (что, как правило, приводит лишь к незначительному росту разрешающей способности системы камера-объектив, меньшему, чем увеличение плотности элементов матрицы), можно сделать вывод, что Olympus изменил алгоритмы обработки изображения. Это объясняет получение более «жесткого» изображения на снимках, выполненных камерой Е-20, с повышенным микроконтрастом и, вероятно, некоторое увеличение шумов. Вероятно, были применены адаптивные алгоритмы цветовой аппроксимации класса «pattern recognition», которые позволяют ощутимо улучшить микроконтраст и проработку мельчайших деталей изображения, но в то же время часто приводят к появлению структуры на объектах, которые ее лишены (по сути, камера дорисовывает штрихи там, где их не видит, но подозревает об их существовании).

Характеристическая кривая и шумы изображения

Толстыми линиями на графике показаны уровни сигнала, тонкими линиями – уровни шумов.
Фотоширота камеры Е-10 составляет 8.6Ev, что соответствует контрасту 388:1 или 51.8дБ.
Разбаланс чувствительности между зеленым и красным (синим) каналами составляет 0.7Ev при цветовой температуре источника 5000К. Соответственно, фотоширота одного цветового канала составляет 9.3Ev (контраст 630:1, 56дБ).

Толстыми линиями на графике показаны уровни сигнала, тонкими линиями – уровни шумов.
Фотоширота камеры Е-20 составляет 8.5Ev, что соответствует контрасту 362:1 или 51.2 дБ.
Разбаланс чувствительности между зеленым и красным (синим) каналами составляет 0.6Ev при цветовой температуре источника 5000К. Фотоширота одного цветового канала составляет 9.1Ev (контраст 548:1, 54.8дБ).
Как и следовало ожидать, уменьшение площади ячейки 5Мпиксельной матрицы Е20 на 30% по сравнению с 4Мпиксельной матрицей Е-10 не прошло бесследно. Фотоширота цветового канала уменьшилась на 1.2дБ (около 15%), на 1-2дБ увеличились шумы в среднесерой точке (точка, на которую настроен экспонометр камеры, соответствует серой вертикальной линии на графиках), на 0.3Ev уменьшилась реальная чувствительность (определяется среднесерой точкой).

Минимальная разница в зеленом и красном каналах (но у Е-20 линейный участок заканчивается чуть раньше), в синем (наименее чувствительном) канале заметное преимущество у Е-10.

При съемке в Jpeg камеру E-10 сильнее всего подводит синий канал, нелинейность начинается уже при уровне выходного сигнала -30дБ. Зато у Е-10 немного выше линейность в красном и зеленом каналах.

Отличия в распределении уровней сигнала при съемке в RAW (использовались значения из необработанного файла) от уровней, получаемых в формате Jpeg. Легко заметить, что динамический диапазон выходного сигнала различен: 10-разрядный формат RAW имеет динамический диапазон более 60дБ, а 8-разрядный формат Jpeg компрессирует динамический диапазон до 40дБ. Также дугообразный наклон передаточной кривой формата Jpeg означает применение гамма-коррекции изображения. Как правило, применяется гамма-коррекция, обратная гамма-коррекции типового устройства вывода изображения, то есть сигнал^(1/2.2).
Также можно заметить, что в файле Jpeg выполнен (хотя и неидеально) автоматический баланс белого. Фотоширота при съемке в Jpeg практически равна фотошироте при съемке в RAW и составляет 8.6дБ (контраст 388:1 или 51.8дБ)

Для камеры Е-20 динамический диапазон сигнала в формате Jpeg также компрессируется до 40дБ. Баланс белого также неидеален, фотоширота ограничивается еще сильнее, чем в RAW из-за потери монотонности сигнала начиная с 17.5Ev, то есть фотоширота камеры при съемке в Jpeg ограничена 8.2Ev (контраст 294:1, или 49.3дБ).

Характеристические кривые в линейном масштабе. Уровни сигнала в 10-разрядном формате RAW имеют значения от 0 до 1023, однако можно заметить, что из-за особенностей гамма-коррекции, в тенях (15..18Ev) эти уровни практически равны уровням 8-разрядного формата Jpeg. Практическая ценность от графиков в линейном масштабе (при том, что экспозиция представлена в логарифмическом масштабе) невелика, однако до сих пор именно такое представление используется во многих изданиях.

Характеристические кривые для снимков, снятых в RAW и Jpeg в линейном масштабе для камеры Е-20.

График зависимости уровня шумов в среднесерой точке от установленного индекса чувствительности ISO при съемке в RAW (использовались необработанные значения из RAW файла).
В среднем уровень шумов камеры Е-10 на 1-1.5дБ ниже, чем уровень шумов у Е-20.

График зависимости уровня шумов в среднесерой точке от установленного индекса чувствительности ISO при съемке в Jpeg. При минимальной чувствительности разница в уровне шумов составляет от 0.2дБ для красного канала до 1.5дБ для синего канала в пользу камеры Е-10. При максимальной чувствительности разница в уровне шумов для синего канала достигает 2дБ (1.3 раза).
Стоит отметить, что уровни шумов после обработки (цветовая интерполяция, гамма-коррекция с переводом 10-разрядных значений в 8-разрядные, баланс белого, усиление контурной резкости, сжатие с потерями в формате Jpeg) примерно на 5дБ (в 1.8 раза) выше, чем у необработанного сигнала, получаемого с АЦП (RAW-файл) для зеленого канала. Для красного и зеленого каналов, которые приходится дополнительно усиливать при выполнении процедуры баланса белого, шумы после обработки возрастают на 6.5-7.5дБ (в 2.1-2.4 раза).

Как видно из графика ХК камеры Е-10, камера успешно с помощью внутренних алгоритмов подавляет фотонный шум. Уровень шума не превышает -38дБ в средних тонах, и уменьшаются до -43..-50дБ в светах и тенях. Однако камера плохо справляется с подавлением шумов в синем канале в тенях, и шумы синего канала там примерно на 6-7дБ выше, чем шумы красного и зеленого каналов (возможно, из-за пониженного контраста в тенях уровня сигнала синего канала и, как следствие – цветового разбаланса на этом участке). Фотоширота камеры Е-10 и при съемке в JPEG оказывается на высоте и составляет не менее 18.2-9.3 = 8.9Ev

Алгоритмы шумоподавления камеры Е-20 (особенно, учитывая, что камера имеет матрицу с более высоким уровнем шумов) улучшены по сравнению с камерой Е-10. В средних тонах шумы камер примерно равны, и не превышают – 38дБ, однако в глубоких тенях шумы камеры Е-20 при съемке в JPEG в синем канале снижаются до уровня -50дБ (шумы в красном и зеленом каналах у Е-20 также ниже, чем в синем, и в тенях составляют менее -52дБ).
Фотоширота камеры Е-20, как и в случае съемки в RAW, немного меньше, чем у Е-10, и составляет 17.5-9.2 = 8.3Ev. В отличие от шумов, увеличить фотошироту матрицы программным способом не представляется возможным.

Макросъемка