Цифровые камеры Canon EOS 400D и 40D - так ли они отличаются?

Не так давно вышла новая цифровая камера от Canon - Canon EOS 40D. Было анонсировано, кроме прочего, наличие 14-битного АЦП. Думаю, что многие загорелись возможностью купить такую цифровую камеру и использовать её для измерительных целей: такая же техническая камера стоит раз в 30 дороже. Однако позже выяснилось горькая правда - внутри установлена та же самая матрица и, есть обоснованные подозрения, что и сходное АЦП. В переводе на русский это означает, что дополнительные биты вы получите ценой усиления шума, что сводит на нет всю прелесть 14-битного АЦП.

Полученные данные позволяют утверждать, что в цифровых камерах Canon EOS 400D и 40D установлены фотосенсоры одной и той же модели. Более того, возможно, что к АЦП на камере 40D двухступенчатый, на что указывает график зависимости стандартного отклонения темнового шума от значения ISO. Многие параметры фотосенсора, например, BLO (Black Level Offset), стандартное отклонение шума, величина сигнала при насыщении, особенности зависимости сигнала от шума при некоторых значениях освещённости говорят о том, что в 40D и 400D установлены идентичные фотосенсоры. На это же намекают в whitepaper на камеру 40D:

Although the EOS 40D’s single-piece CMOS sensor is based on the Canon EOS Digital Rebel XTi’s sensor design and manufacturing technology, new processes were incorporated in the CMOS semiconductor fabrication and microlens-forming process.

Курсивом отмечены золотые слова: КМОП-сенсор 40D основан на дизайне и производственной схеме 400D (он же Digital Rebel), а что они там нахимичили в микролинзах - это дело десятое.

А это значит, что преимущество 14-битного АЦП в таком случае нивелируется возросшим уровнем шумов и, как следствие, уменьшением величины отношения ``сигнал/шум'' при том же динамическом диапазоне.


Экспериментальные данные
Из рисунков Рис.9а) и б) можно видеть, что среднее значение темнового шума увеличивается с ISO очень медленно, однако величина постоянного темнового шума
отличается в 4 раза. Это можно объяснить увеличением разрядности АЦП
при том же фотосенсоре.

Более того, анализируя графики зависимости стандартного отклонения темнового шума от ISO (рис.1) можно сделать вывод, что скорее всего АЦП на Canon 40D двухступенчатый.
Это объясняет характерные провалы СКО шума на промежуточных значениях
ISO, однако если соединить точки 100, 200, 400, 800 и 1600, то
получится гладкая кривая, значения которой опять-таки примерно в 4 раза
отличаются от тех, которые имеют место быть на Canon 400D.


а)
б)

Рис.1: Изменение среднего значения темнового шума
от величины ISO: а) для Canon 400D, б) для Canon 40D.

Таким образом, величина BLO на двух фотокамерах совпадают с точностью до постоянного множителя. Так же любопытно сравнение значений стандартного отклонения от шума для двух цифровых камер, которое приводится на рис.2.

а)
б)

Рис.2: Изменение стандартного отклонения темнового шума
от ISO: а) для Canon 400D, б) для Canon 40D.

Видно, что в точках 100, 200, 400, 800 и 1600 соответственно стандартное отклонение темнового шума отличается так же почти в 4 раза - это свидетельствует о том, что АЦП установлены со сходными характеристиками.

Более того, на зависимости сигнала от шума имеется аномальное отклонение для данных, полученных с Canon EOS 400D - наблюдающийся провал на зависимости, приведённой на рис. 3 воспроизводится даже при некотором изменении параметров эксперимента.

а)

б)

Рис.3: Зависимость сигнала от шума для данных, обработанных

DCRAW в документальном режиме (данные приведены для красного канала):

а) для Canon 400D, б) для Canon 40D.

На рис.3 приведены данные по световым шумам фотосенсоров Canon 400D и 40D в
красном канале. Видно, что в обоих случаях имеется аномальное поведение зависимости сигнала от шума - и эта аномалия одна и та же для двух рассматриваемых камер. Это однозначно указывает на то, что фирма Canon установила ту же самую матрицу в модель 40D, которая устанавливалась и в 400D. А это в свою очередь означает, что 14-битный АЦП ничего не даёт в плане увеличения динамического диапазона камеры, если её рассматривать в качестве измерительной.

Так, для 12-битной камеры Canon EOS 400D были получены следующие характеристики:

• Предельное значение сигнала: 3726 DN.
• Оптический динамический диапазон (ODR): 59 dB.
  
• Линейный динамический диапазон (LDR): 58 dB.
• Максимальный "сигнал/шум": 117 (6.9 bit).
  
• Стандартное отклонение темнового шума: 1.6 DN.
  

В то же время, для 14-битной камеры Canon EOS 40D измерительные характеристики хуже:

• Предельное значение сигнала: 13825 DN.
• Оптический динамический диапазон (ODR): 56 dB.
  
• Линейный динамический диапазон (LDR): 52 dB.
• Максимальный "сигнал/шум": 75 (6.2 bit).
• Стандартное отклонение темнового шума: 6.0 DN.
  

Во всех случаях минимальный сигнал\шум принимался равным 2.

Выводы:
Если вы используете цифровые зеркальные фотокамеры в качестве измерительных приборов, то выбор в этом качестве Canon EOS 40D не оправдан из-за меньшего значения линейного динамического диапазона и более высокой стоимости.