Исследование зависимости разрешения видеокамер от освещенности

Часть 1

Sony HDR-HC7E, Panasonic HDC-SD1 GC-S, Canon HV20

Cameras

До сих пор в наших тестах разрешение видеокамер измерялось при фиксированном и достаточно большом значении освещенности, обычно 600-700 люкс. При этом мы можем быть уверены, что видеокамера демонстрирует нам все, на что она способна. Но весьма интересной является задача измерения разрешения для различных уровней освещенности, когда мы двигаемся в сторону более низких значений последней. Очевидно, что в этом случае разрешение видеокамеры должно уменьшаться по причине её конечной чувствительности. Вопрос в том, как быстро это происходит и каков характер зависимости "разрешение-освещенность" для различных моделей видеокамер.

В качестве "подопытных" были выбраны видеокамеры Sony HDR-HC7E, Panasonic HDC-SD1 GC-S и Canon HV20. Очевидно, что по результатам Sony HC7 мы можем судить и о всей линейке видеокамер Sony с такими же параметрами оптики и матрицы: SR7-8, UX7, CX6-7. На основании проведенных ранее тестов мы можем утверждать, что характер картинки у этих видеокамер мало отличается между моделями, а значит и характер исследуемой зависимости вряд-ли будет сильно различаться. Соответственно, по SD1 можно судить и о DX1, а по Canon HV20 - о Canon HR10-HG10. "За кадром" данного тестирования оказались Panasonic HDC-SD5 GC-K и JVC GZ-HD7E - в ближайшем будущем мы постараемся исправить это упущение и дополнить статью данными, полученными с этих видеокамер.

Как мы тестировали

С помощью программы Imatest измерялось горизонтальное и вертикальное разрешение исследуемых видеокамер при освещенности, меняющейся в диапазоне от 2 до 700 люкс. Я намеренно использовал автоматическую регулировку экспозиции на всех тестируемых видеокамерах, давая им самим "вытягивать" разрешение при уменьшении освещенности. Соответствующие стоп-кадры захватывались на компьютер с помощью платы захвата BlackMagic Intensity и программы Adobe Photoshop CS3. Преимуществом этого метода является тот факт, что вся обработка видео происходит внутри самой видеокамеры, с помощью её собственного аппаратного кодека, в то время как захват стоп-кадров в программе-видеоредакторе (скажем, в Sony Vegas) привлекает к обработке видео программные кодеки, используемые данным видеоредактором, что влияет на "чистоту эксперимента". При получении стоп-кадров использовалось видео, записанное на носитель (кассету или карту памяти), то есть уже прошедшее стадию компрессии-декомпрессии и связанной с этим обработки.

По результатам измерений строились графики зависимости "разрешение - освещенность" (первая величина измеряется в стандартных для Imatest LW/PH, вторая - в люксах) для исследуемых видеокамер. Результаты для каждой из рассматриваемых видеокамер представлены ниже.

Sony HDR-HC7E

На приведенных ниже графиках красные точки с ошибками (как были оценены эти ошибки я раскажу позже) представляют собой результаты измерений, а сплошная синяя линия - результат попытки описания данных с помощью экспоненциальной функции:

Горизонтальное разрешение по уровню контраста 50%

Вертикальное разрешение по уровню контраста 50%

 

Горизонтальное разрешение по уровню контраста 30%

Вертикальное разрешение по уровню контраста 30%

 

Первое, что бросается в глаза при взгляде на эти графики - падение разрешения с уменьшением освещенности происходит не плавно, в определенном диапазоне освещенностей электроника видеокамеры удерживает разрешение на одном уровне и только по достижении определенного "порогового" значения освещенности, разрешение начинает падать, причем весьма резко. Для видеокамеры Sony таким "порогом" является величина приблизительно в 100 люкс.

Наличие характерного "плато" в области 100 - 700 люкс, на котором разрешение практически не изменяется, дает возможность точнее измерить значение "рабочего разрешения" видеокамеры и оценить значения ошибок измерения - просто фитируя данные, полученные в этом диапазоне освещенностей, с помощью линейной функции (в нашем случае - прямой, параллельной оси освещенностей). Соответствующий результат для видеокамеры Sony HC7:

Горизонтальное разрешение (по уровню контраста 50%): 619 +- 15 LW/PH

Вертикальное разрешение (по уровню контраста 50%): 597 +- 8 LW/PH

Горизонтальное разрешение (по уровню контраста 30%): 766 +- 17 LW/PH

Вертикальное разрешение (по уровню контраста 30%): 728 +- 11 LW/PH

Кстати, ошибки, приведенные на графиках, как раз и представляют собой оценки ошибок, приведенные выше. И, скажу прямо, это очень грубая оценка измерительных ошибок, полученная в рамках определенных предположений и в условиях недостаточной статистики. Но, как говорится, "на безрыбье и рак - рыба" :)

Panasonic HDC-SD1 GC-S

Горизонтальное разрешение по уровню контраста 50%

Вертикальное разрешение по уровню контраста 50%

Горизонтальное разрешение по уровню контраста 30%

Вертикальное разрешение по уровню контраста 30%

 

Интересная картина получается у Panasonic SD1. С горизонтальным разрешением вопросов нет, график повторяет то, что мы уже наблюдали у видеокамеры Sony: разрешение остается почти неизменным при снижении освещенности до уровня примерно 70 люкс, а затем начинается резкое падение разрешения. А вот график зависимости вертикального разрешения от освещенности совершенно другой - похоже, что разрешение почти не меняется в диапазоне 20 - 700 люкс и только при самых малых освешенностях (2-5 люкс) наблюдается падение разрешения. Рискну предположить, что такое поведение становится возможным благодаря высокой чувствительности видеокамеры Panasonic, благодаря матрицам типоразмера 1/4" и большим пикселам видеокамере удается "удержать" вертикальное разрешение в широком диапазоне освещенностей. Впрочем, стоит отметить тот факт, что вертикальное разрешение у SD1 оказывается заметно ниже горизонтального: если величина последнего совсем немного ниже, нежели у видеокамеры Sony, то величина первого ниже уже очень заметно. А более низкое разрешение может быть легче "удержать" при уменьшении освещенности.

Напоследок, как и в случае видеокамеры Sony, значения "рабочих разрешений" на линейных участках:

Горизонтальное разрешение (по уровню контраста 50%): 590 +- 18 LW/PH

Вертикальное разрешение (по уровню контраста 50%): 488 +- 19 LW/PH

Горизонтальное разрешение (по уровню контраста 30%): 741 +- 16 LW/PH

Вертикальное разрешение (по уровню контраста 30%): 607 +- 18 LW/PH

 

Canon HV20

А вот с этой видеокамерой вышел "затык". Дело в том, что для корректного определения разрешения, программе Imatest требуется, чтобы большинство (99.5%) пикселов на черном и белом поле измерительной миры имели значения яркости больше нуля и меньше 255 соответственно, то есть изображение не должно быть слишком контрастным. А HV20 все время норовила или "зачернить" черное поле, или "забелить" белое. В результате, мне удалось измерить разрешение только на "рабочем отрезке" 100 - 700 люкс, при дальнейшем уменьшении освещенности ни ручная регулировка экспозиции, ни снижение контрастности картинки (а это можно сделать через меню камеры) положения не спасали. Так что графики ниже приведены для диапазона освещенностей 100 - 700 люкс.

Чересстрочный режим 50i

Горизонтальное разрешение по уровню контраста 50%

Вертикальное разрешение по уровню контраста 50%

Горизонтальное разрешение по уровню контраста 30%

Вертикальное разрешение по уровню контраста 30%

 

Горизонтальное разрешение (по уровню контраста 50%): 785 +- 12 LW/PH

Вертикальное разрешение (по уровню контраста 50%): 655 +- 5 LW/PH

Горизонтальное разрешение (по уровню контраста 30%): 923 +- 11 LW/PH

Вертикальное разрешение (по уровню контраста 30%): 837 +- 37 LW/PH

 

Прогрессивный режим 25p

Горизонтальное разрешение по уровню контраста 50%

Вертикальное разрешение по уровню контраста 50%

Горизонтальное разрешение по уровню контраста 30%

Вертикальное разрешение по уровню контраста 30%

 

Горизонтальное разрешение (по уровню контраста 50%): 777 +- 13 LW/PH

Вертикальное разрешение (по уровню контраста 50%): 638 +- 7 LW/PH

Горизонтальное разрешение (по уровню контраста 30%): 920 +- 12 LW/PH

Вертикальное разрешение (по уровню контраста 30%): 821 +- 10 LW/PH

 

Первое, что бросается в глаза - это удивительно высокие результаты Canon HV20 в сравнении с тем, что было получено в прошлом тесте этой видеокамеры (при том, что для видеокамеры Sony HC7 результаты не претерпели существенных изменений). Причина, скорее всего, в том, что в упомянутом выше тесте стоп-кадры захватывались с помощью программы Sony Vegas, при этом использовался программный кодек HDV, идущий с этой программой (от MainConcept). А в этом тесте, для декодирования видео использовался аппаратный кодек самой видеокамеры. И, судя по всему, работает он существенно лучше кодека от MainConcept. А вот аппаратный кодек Sony HC7 работает примерно также, как программный кодек Vegas'а... еще одно подтверждение того факта, что HDV-кодеку Canon равных пока нет. Как нет равных видеокамере Canon HV20 в том, что касается четкости картинки.

Еще один интересный результат, который мы можем тут видеть - вертикальное разрешение в прогрессивном (?) режиме 25p все-таки немного ниже, чем в интерлейсном режиме. Теперь это можно сказать определенно, а значит ответ на вопрос о том, "честный" или "нечестный" прогрессив у HV20 будет, как минимум, "не совсем честный." На эту же мысль наводит и увеличенная чувствительность видеокамеры в этом режиме - при честном прогрессивном сканировании матриц она не должна была-бы увеличиваться: увеличение выдержки до 1/25 сек. компенсируется в этом случае отсутствием "интерлейсного фильтра" и, соответственно, попарного сложения строк матрицы. Увеличение чувствительности камеры в режиме PF25 наводит на мысль о том, что выдержку камера увеличивает, а вот интерлейсный фильтр не отключает - отсюда и отсутствие роста (а на самом деле даже небольшое падение) вертикального разрешения. Впрочем, это все предположения, точный ответ знают только инженеры Canon.

Ну и последний вопрос, который "повис в воздухе", это вопрос о том, что же происходит с разрешением видеокамеры Canon при освещенностях ниже 100 люкс. Напрямую измерить разрешение в этих условиях не удалось, так что придется довольствоваться косвенными соображениями. А их у меня два: во-первых, сам факт неудачи с измерением разрешения наводит на мысль о том, что при освещенностях ниже 100 люкс видеокамера включает интенсивную электронную обработку сигнала, а "дыма без огня" не бывает - видимо она пытается предотвратить резкую деградацию качества картинки в этих условиях. А во-вторых, по данным прошлого теста, на освещенности 30 люкс четкость картинки видеокамеры Canon даже уступает таковой у видеокамеры Sony. Так что известные нам факты говорят о том, что после 100 люкс разрешение HV20 падает даже быстрее, чем у Sony HC7.

В заключении этого раздела - сводные графики для видеокамер Sony и Panasonic в области освещенностей ниже 100 люкс (для видеокамеры Canon, как уже говорилось выше, результатов в этой области получить не удалось).

Горизонтальное разрешение по уровню контраста 50%

Вертикальное разрешение по уровню контраста 50%

Горизонтальное разрешение по уровню контраста 30%

Вертикальное разрешение по уровню контраста 30%

Красные ромбики с ошибками - результат видеокамеры Sony, голубые треугольники - Panasonic. Кривые сответствующего цвета - попытка описать данные с помощью линейных, степенных и логарифмических функций. Не следует придавать им большой смысл - я привел их только для большей наглядности. В любом случае, хорошо видно, что, уступая камере Sony по разрешению в "рабочем диапазоне" освещенностей (более 100 люкс), при малой освещенности видеокамера Panasonic превосходит её, причем как по горизонтали, так и по вертикали. С падением уровня освещенности разрешение видеокамеры Panasonic уменьшается заметно медленнее, нежели у видеокамеры Sony. И объяснение у меня только одно - три матрицы CCD типоразмера 1/4", обеспечивающие видеокамере Panasonic лучшую в своем классе чувствительность.

 

Выводы

Итак, какой итог мы можем подвести? Оказывается, что все протестированные видеокамеры "удерживают" разрешение примерно на одном уровне при освещенностях больше 100 люкс и быстро "сбавляют обороты" при освещенностях ниже 70-100 люкс (это верно и в отношении видеокамеры Panasonic - хотя вертикальное разрешение остается неизменным, горизонтальное разрешение, а значит и общая четкость картинки, в этих условиях падает, хотя и медленнее, нежели у видеокамеры Sony и, возможно, Canon).

Так что если вы хотите снимать видео с максимально возможной четкостью, избегайте условий, в которых освещенность падает ниже вышеуказанного "порога" в 100 люкс. Для ориентации - это примерно равно средней освещенности от 300 Вт. лампы (или нескольких ламп в сумме, скажем 5 х 60 Вт.) на комнату в 20 кв. метров.

Еще одним, важным для меня, выводом, стала оценка ошибки, с которой измеряется разрешение в наших тестах. Судя по полученным данным, она составляет приблизительно 15 - 20 LW/PH, так что при рассмотрении результатов будущих тестов на разрешение стоит помнить об этом значении ошибки.

И, как я уже упоминал выше, данная статья еще не закончена, впереди нас ждет тестирование Panasonic HDC-SD5 GC-K и JVC GZ-HD7E. Так что оставайтесь с нами!

 

А. Попов (popoval@nm.ru)

 

Ссылки по теме:

  1. Методика тестирования видеокамер по программе Imatest
  2. Противостояние года: Sony HDR-HC7E против Canon HV20
  3. Сравнение Sony HDR-CX7EK и Panasonic HDC-SD1 GC-S

 

Благодарности:

Мы выражаем искреннюю благодарность магазину "Видеомакс" (http://www.videomax.ru) за предоставленные для этого теста видеокамеры.

 

Последние изменения: 25.02.2008