Telefon vs. zrcadlovka: senzor, šum a dynamický rozsah

Jaké jsou rozdíly při focení mezi telefonem a zrcadlovkou? Jak se odlišuje kvalita fotek? A proč? Nejen na tyto otázky odpovíme v praktickém srovnávacím seriálu telefon vs. zrcadlovka.

Přinášíme vám novou sérii, v níž budeme porovnávat fotografické kvality mobilních telefonů s pokročilými a profesionálními fotografickými přístroji. Cílem je názorně ukázat, v čem a jak moc se liší fotomobil od zrcadlovek, případně bezzrcadlovek či kompaktů. V několika článcích se zaměříme na různé aspekty fotografie, vždy nejprve teoreticky uvedeme problém a následně představíme konkrétní ukázky s analytickým komentářem.

Tato série nemá za cíl definitivní hodnocení, který typ fotografického přístroje je nejlepší. Už jen výběr srovnávaných přístrojů je problematický, proto jsme se rozhodli vybrat průměrná zařízení, u nichž je vysoká pravděpodobnost, že takový nebo velmi podobný přístroj má mnoho lidí doma. Každý přístroj je tedy průměrem ve své kategorii. Zrcadlovky zastupuje Nikon D750 jako oblíbená full frame zrcadlovka například u svatebních fotografů, kompakty zastupuje 1“ Canon PS G7X Mk. II jako běžný domácí foťák, telefony potom zastupuje Motorola Moto G200 jako střední třída.

Velikost senzoru

Při výběru fotografického přístroje je vždy klíčovým parametrem velikost senzoru. Platí, že čím je senzor větší, tím lepší výsledky, tedy nižší šum, vyšší dynamický rozsah, bude mít. S velikostí senzoru se pojí i velikost celého přístroje včetně objektivu. Proto v mobilních telefonech jsou k nalezení malé senzory, v kompaktech mohou být větší a ty největší jsou v zrcadlovkách a bezzrcadlovkách.

Hlavně výrobci telefonů se snaží prosadit tezi, že důležitá je velikost samotných pixelů, což není úplná pravda. Pokud si vyhledáte exaktní měření senzorů například na dxomark.com, zjistíte, že fotoaparáty jsou v zásadě seřazeny podle velikosti senzorů, a nikoli podle rozlišení. Kvalitativně tedy například Sony A7 III a Sony A7R III i přes výrazně jiná rozlišení sedí v hodnoticí tabulce vedle sebe. Nedívejte se tedy na velikost pixelů, ale na velikost senzorů.

Výrobní technologie

Nedá se však říct, že všechny full frame fotoaparáty jsou naprostá špička, pochopitelně jsou mezi nimi rozdíly tvořené technologií čipu, kvalitou A/D převodníku a případně procesorem starajícím se například o (bez)ztrátovou kompresi. Jednoduchou poučkou by bylo podívat se na datum představení fotoaparátu, respektive použitého senzoru. Čím je senzor novější, tím bude kvalitnější.

Konkrétně se jedná například o technologii BSI, která přesunula obvody pod snímač a umožnila propustit více světla na světlocitlivé části čipu, nyní se mluví o pokročilém vrstvení a jejich oddělení od tranzistorů, což by zvětšilo plochu, která snímá světlo. Každý pokrok umožní přenést více světla na světlocitlivé části čipu, čímž se zvyšuje výsledná kvalita fotek.

V posledních několika letech je tématem využití čipu pro pokročilé fázové (nikoli kontrastní) ostření. Ať už jde o technologii Dual Pixel od Canonu nebo přidávání fázových ostřicích bodů přímo na senzor (jak to dělá u bezzrcadlovek třeba Nikon), ostření se stalo součástí senzoru a umožňuje například tzv. Eye AF, tedy rozpoznání oka a zaostření na něj. Více si o tomto tématu řekneme v článku o ostření.

Dvojitý A/D převodník

Jednou z technologií přímo navazující na kvalitu výstupu je dvojitý A/D převodník. Ten se běžně stará o převod analogových dat zaznamenaných senzorem na data digitální, která se mohou dále zpracovávat a ukládat na digitální média. Součástí A/D převodníku je také zesilovač signálu, konkrétně je zesilován analogový signál a až následně je signál digitalizován. Toto zesílení se určuje hodnotou ISO.

ISO tedy udává, jak moc je analogový signál zesílen, kromě chtěných vizuálních informací je zesílen také šum. Dvojitý A/D převodník má odlišné okruhy pro nízké hodnoty ISO a vysoké hodnoty. Každý okruh je lépe optimalizován pro své účely, takže výsledkem je nižší šum a vyšší kvalita. Tuto technologii mají většinou drahé fotografické přístroje a typicky se pozná tak, že fotoaparát disponuje ISO 64.

Základním rozdílem mezi zesvětlováním fotky při focení a během postprodukce tedy je, že při focení se zesiluje analogový signál, zatímco při postprodukci již signál digitální. Ten při převodu ztratí část informací, a proto je vždy lepší fotit na vyšší ISO (vyjma rozšířeného ISO), než fotky zesvětlovat později.

Praktické srovnání

Následující snímky jsou foceny v plně kontrolovaném prostředí, jedna fotografická scéna obsahuje několik částí a každá slouží k zhodnocení jedné kategorie. Níže budou prezentovány výřezy v poměru zvětšení 1:1 (rozklikněte pro náhled), na konci článku budou všechny fotky dostupné v plné kvalitě.

Zvětšení 1:1 sice znamená nevýhodu pro telefon s nižším výstupním rozlišením, ale jen v jediné kategorii. Celkově však přispívá k reálnější představě o kvalitě fotek. Obdobně byla normalizována ohniska, i když kompakt neměl až tak širokoúhlé ohnisko, což mu dává drobnou výhodu.

Všechny zde prezentované fotky jsou RAWy, tedy bez jakýchkoli softwarových zásahů ze strany fotoaparátu, o tomto tématu se budeme bavit v příštím díle. Fotky jsou převedeny pomoci DNG konvertoru v ZPS X. Upraveno bylo vyvážení bílé, aby se shodovalo napříč všemi fotkami.

Pro představu – kvalitní APS-C foťák (jako Sony A6600, Nikon Z50) bude na podobné výkonové úrovni jako zrcadlovka Nikon D750.

Šum, detaily, kontrast

Hodnoty ISO 100, 200 a 400 spíše než problémy senzoru ukazují potíže objektivů, respektive nižšího rozlišení. Zrcadlovka bezpečně vede a telefon v tomto případě překonává navzdory nižšímu rozlišení kompakt.

Hodnoty ISO 800 a 1600 ukazují znatelné navýšení barevného šumu především u kompaktu, telefon se zatím drží velmi dobře. I když velmi mírný až neznatelný nárůst šumu přichází s ISO 1600.

Výrazný pokles kvality u telefonu přichází s ISO 3200, což je nejvyšší ISO, kterým telefon disponuje. Patrný je převážně jasový šum, který má vliv na detaily i kontrast písmen, nicméně čitelnost textu je stále lepší než u kompaktu.

Souhrnem je vidět jasný rozdíl mezi zrcadlovkou a telefonem, ale je menší, než by si mnozí mohli představovat. Co se šumu týče, Nikon D750 jako představitel zrcadlovek je na tom o cca 2 EV lépe a další výhody leží v rozlišení, případně dalších faktorech jako je objektiv. Propadákem je kompakt, který je horší než telefon. To je velké zklamání, když oba přístroje stojí velmi podobně.

Charakteristika šumu

U šumu nejde jen o jeho intenzitu, ale i charakteristiku. Ta se navíc v praxi liší podle toho, jak moc je scéna světlá nebo tmavá, proto šum ukazujeme na škále šedé barvy. Také se rozlišuje mezi jasovým a barevným šumem, velikostí zrna a různými tvary zrna.

Začněme u zrcadlovky, která má nejmenší zrno a šum má spíše jasovou než barevnou charakteristiku (ta nastupuje až při vyšších hodnotách ISO). Kompakt má velké zrno s výraznou barevnou složkou patrnou jak na tmavém, tak i světlém podkladu. Telefon je na pomezí obou případů, zrno je středně velké s jasovou i barevnou složkou. Problematický je však tvar, který tvoří drobné čárky a dohromady vytvářejí strukturu.

Abychom si ukázali, proč je to problém, přeskočíme na jinou část scény, kde je přítomno odšumování. Sktruktura je výrazně patrná a s tím jsou spojené dva problémy, je špatně potlačitelná, a hlavně ji telefon často ještě zvýrazňuje ve svém vlastním postprocessingu. Přesně na tento problém budu navazovat v dalším dílu série.

Aby zde bylo zcela jasno, tento problém se netýká jen tohoto jediného telefonu, ale přímo senzoru, který je v desítkách různých telefonech. Jedná se tedy o systémový problém, přičemž různé mobilní senzory mají různé podobné problémy.

Barvy

Další oblastí, kde mají telefony obecně problém, je barevná přesnost, respektive konkrétně barevná desaturace surových dat. Barvy se tedy v RAWu zdají vybledlejší, než jsou ve skutečnosti. Zrcadlovka ani kompakt na tyto obtíže netrpí.

Barvy jsou tím méně přesnější, čím je vyšší ISO. V případě telefonu jsou ještě více vybledlejší, díky jasové charakteristice šumu. Problematický je hlavně červený kanál, jenž výrazně ovlivňuje i žlutou. Obecně to u telefonů může být kterýkoli kanál či různá kombinace, je to ale opět systémový problém u telefonů.

A proč je to problém? Fotograf se typicky snaží o věrné podání barev, to je důvod, proč má sRGB kalibrovaný monitor, proč řeší kalibraci tiskáren apod. Zde mu však chybí reference, takže při úpravách fotek nedokáže určit, jak scéna barevně vypadala a následně fotku podle toho upravit. Co se JPEGu týče, problém není tak velký, protože telefon je nastaven na konkrétní senzor a dokáže poměrně přesně barvy saturovat.

Dynamický rozsah

Měření dynamického rozsahu snímače je možné vícero způsoby, my jsme se nezaměřili na celkový dynamický rozsah, ale spíše na jeden praktický aspekt, který je zároveň jednoduchý a názorný. Fotku zesvětlíme o 2 EV a na tmavém místě scény si ukážeme, kolik to vytáhne kresby a kolik šumu. Toto ukazuje, kolik je schopen fotograf „vytáhnout z fotky informací“ při postprodukci.

Už na ISO 100 se u telefonu ukazuje problémová struktura šumu, která je takto vytažena a působí rušivě. Mimo to si povšimněte znatelně desaturovaných barev, takže se zesvětlením expozice se zvýrazňuje i problém s barvami.

Na ISO 200 má telefon větší problém než kompakt, patrný je výraznější jasový i barevný šum, také začíná být patrná ztráta kresby. Naproti tomu zrcadlovka neznamenala žádnou ztrátu kvality a má ještě daleko ke svým hranicím, protože i na toto ISO zvládá + 4 EV téměř bez problémů. To pro srovnání s telefonem, který nemá bezproblémové ani přidání 1 EV.

ISO 400 už vytahuje jemnou šumovou strukturu u zrcadlovky, u telefonu se zvyšuje jasový šum a u kompaktu se objevuje barevný šum a ztrácí se detaily. To je ještě znásobeno u ISO 800, kdy se navíc i u telefonu objevuje výraznější barevný šum.

ISO 1600 je na hranici použitelnosti u telefonu i kompaktu, patrný šum se objevuje i na zrcadlovce. Zato ISO 3200 už je za hranicí použitelnosti u telefonu i kompaktu, ale u zrcadlovky dochází spíše k mírné, i když znatelné ztrátě kvality. Jako problematická a rušivá se u telefonu ukazuje struktura šumu.

Dynamický rozsah je tedy oblastí, kde telefony výrazně ztrácí na full frame, případně APS-C přístroje. Jednak mají nižší dynamický rozsah samy o sobě a jednak je toho možné méně zachránit při postprodukci.

Závěr

První díl srovnání telefonu a výhradně fotografických přístrojů se zaměřil vyloženě na kvality senzorů, srovnávali jsme data z RAWů a porovnávali jsme full frame zrcadlovku Nikon D750, kompakt Canon PS G7X Mk. II a telefon Motorola Moto G200. Propadákem byl kompakt, což naznačuje, že v některých případech je lepší vytáhnout telefon než rodinný kompakt. Pochopitelně záleží na konkrétní situaci, nicméně kořením naší situace je podobná cena telefonu a kompaktu, přičemž mobil poslouží i pro jiné účely.

Telefon stále doplácí na malý senzor, to se nemusí projevit ve všech situacích a za dobrého světla se zrcadlovce může vyrovnat (když odmyslíme horší objektiv). Problematické jsou však barvy, které jsou příliš desaturované a je náročné docílit věrných barev při vyvolávání fotek z RAWů.

Další problémy přicházejí v horších světelných podmínkách. I když telefon netrpí na příliš velký šum na ISO 3200, zrcadlovky umí zajít až k čtyřnásobku, velký problém je také s malým prostorem pro postprocessing fotek v počítači. Z fotky ze zrcadlovky lze vytáhnout hodně detailů, a to i pře vyšších hodnotách ISO, zato mobil má problém i na nejnižší ISO.

Celkově dnešní telefony nefotí špatně a v dobrém světle umí kvalitní snímky, (polo)profesi­onálové avšak stále zůstanou u pokročilých (bez)zrcadlovek, protože jim z hlediska senzoru umožní nejen fotit ve větší tmě, ale otevřou i prostor pro chyby. Nemluvě o dalších vlastnostech, o nichž si povíme v dalších dílech našeho seriálu telefon vs. zrcadlovka.

     

Líbil se vám článek?

Komentáře

Zobrazit diskusi ke článku ve fóru
  • Karel Endler
    Karel Endler
    09.02.2022 08:17

    Jan Schafhauser: Máte sice pravdu, ale v praxi je ta pravda bohužel k ničemu. Jak se ukazuje, není vůbec důležité, co je lepší. Rozhoduje skutečnost, že mobil má člověk prostě s sebou a výsledná nekvalita 99% uživatelů prostě stačí - stejně ty obrázky prezentují zase jen na mobilu.

    Čas rozmachu digitální fotografie prostě skončil, byl nahrazen časem počítačové výroby obrázků. Bohužel.

  • rosicak
    rosicak
    23.02.2022 08:34

    Je to možná trochu kacířské - na dnešní dobu - ale na telefonování používám mobil, na focení špičkovou zrcadlovku. Lety prověřené.

  • KIV
    KIV
    23.02.2022 14:31

    No, kvalitní foťáky už by si zasloužily zabudovaný mobil, ne? Že to ještě Japonce nenapadlo.... :-)

  • MichalG
    MichalG
    04.03.2022 21:38

    Výstup ze současného mobilu je výsledkem významného počítačového zpracování se vším AI. Výsledkem je obvykle velmi dobře vypadající fotka. Na internet nebo do domácího alba většinou použitelná bez problémů. Rozdíl je znát, pokud je potřeba dalši zpracování nebo záludnější světelné podmínky (například protisvětlo - kvalita objektivu a zaznamenaný dynamický rozsah).

  • Jakub Súkeník
    Jakub Súkeník
    08.06.2022 08:02
    Reaguje na KIV 23.02.2022 14:31:

    "No, kvalitní foťáky už by si zasloužily zabudovaný mobil, ne? Že to ještě..." - zobrazit celý komentář

    Napadlo, (tedy vlastně Korejce, viz Samsung Galaxy NX...) jen se to nechytilo :-)

Pro vkládání komentářů musíte být přihlášen.

Obsah článku

Komentáře k článku (11)

Tisknout článek

Tip na článek

Fotografování polárních září
Fotografování polárních září

Fo­to­gra­fo­vání Au­rora bo­re­a­lis ne­boli po­lární záře na Is­landu. Is­land leží upro­střed au­ro­rár­ního ob­louku naší pla­nety, takže má velmi dobrou prav­dě­po­dob­nost vi­di­tel­nosti po­lární záře i při re­la­tivně sla­bých vý­ro­nech slu­neč­ního vě­tru. Sedm let starý člá­nek o fo­to­gra­fo­vání po­lár­ních září jsem ak­tu­a­li­zo­val o nové fo­to­gra­fie a nové po­znatky, jak fo­to­gra­fo­vat po­lární záře. 

Doporučujeme

Nejčtenější články

Nejčtenější fototesty

FotoAparát.cz - Instagram