iPhone 15 Pro实验室测试：滚动快门、动态范围和曝光宽容度分析

iPhone 15 Pro实验室测试：滚动快门，动态范围和曝光范围 新款iPhone 15 Pro和iPhone 15 Pro Max发布后，这款新手机的电影制作功能引起了很大的关注。通过查看规格和编解码器，我们对获得这款新iPhone并将其运行通过实验室折磨测试以及测试iPhone 15 Pro的动态范围，滚动快门和曝光容限感到非常感兴趣。相对于最近的一批专门的混合型消费者甚至专业电影摄像机来说，它能够获得多少殊荣？那么，就让我们来看看吧… 在生活中总会有第一次，相机实验室测试也是一样-因此，这是我们首次测试手机。迄今为止，这可能没有多大意义，因为手机通常会以自动化方式进行很多图像处理，例如自动色调映射，它减弱图像的亮部并增加阴影的亮度。然而，日志模式的引入，即最新的iPhone 15 Pro和Max的Apple LOG，改变了这种情况。通过LOG，现在有了进行严格测试所需的一致性。 那么，让我们马上进入-还是不？坦率地说，这并不容易，因为我们总是尝试坚持一些非常严格的原则来进行测试。所以，首先，在这一点上再次非常感谢与我的同事Florian Milz的友好合作。特别是在测试前置摄像头时，事情变得有些复杂，但他总是能找到一种办法… 在CineD的CineD纬度测试中测试前置摄像头。图片来源：CineD 尽管如此，我们回归到我们的严格标准，首先，我们总是尝试使用适用于APS-C相机的同一支Zeiss 50mm CP2 T/2.1宏镜头，或者适用于全画幅相机的Zeiss 85mm T1.5镜头。使用这些焦距可确保从Xyla 21阶数图（或纬度测试中的物体）到达一定距离，以避免图表中可能影响动态范围评估中的较低曝光之间的内部反射。 请在这里查看我们的文章，以了解如何测量动态范围。 其次，我们始终要进行适当的研究，以找出传感器的原生ISO，然后显然要手动设置白平衡、快门、ISO和对焦平面以确保一致性。 现在来看第一个项目，在iPhone 15 Pro上，有13mm、24mm和77mm相当焦距的三个不同的背面摄像头。在iPhone 15 Pro Max上，77mm焦距变为120mm。奇怪的是，前置摄像头没有提到焦距。因此，除了13mm相机之外，您将从我们这里得到所有结果。我们发现使用该相机时来自XYLA 21图表的反射太多。 Blackmagic Camera App拯救 其次，原生苹果相机应用程序不提供任何设置手动参数的可能性。因此，我们不得不转而使用Blackmagic Camera应用程序，该应用程序允许做到这一点。在所有实验室测试中，该应用程序的设置均为Apple Log和4K ProRes HQ。 Blackmagic App利用硬件图像流水线，因此它接收到的信息与原生的苹果相机应用程序相同。此外，我们还需要查明每个相机的四个相机传感器（包括前置摄像头）上的原生ISO是多少。 在我们的实验室测试之前，我们能够确定最低的ISO（每个4个相机上的值都不同）始终是最干净的（原生）ISO。较高的ISO会推高编码值，从而使图像更亮，但阴影区也会出现噪点。然而，较高的ISO也会增加低光区的分离度，因此在需要在较暗的区域进行分离时，在较高的ISO下拍摄可能有益。完美。是时候开始了，对吗？ iPhone 15 Pro / Max相机的滚动快门 让我们从iPhone 15 Pro 24mm相机开始。使用我们的300Hz氙灯，我们得到了5.3ms（值越小越好）的滚动快门： iPhone 15 Pro的24mm相机滚动快门。图片来源：CineD 13mm相机读取4.7ms，77mm相机读取5ms，120mm相机（Max）再次为5ms。意外地，前置摄像头读取了9.3ms： iPhone 15 Pro的前置摄像头滚动快门。图片来源：CineD 将这些全传感器读数与最近的消费级或甚至专业电影摄像机相比较，~5ms是一个出色的结果。市场上只有一个相机超越它：Sony VENICE 2，低于3ms。此外，还有一些具有0ms的全局快门相机选择，比如RED KOMODO（并且很可能是新宣布的索尼a9 III全画幅相机，配备全局快门-但我们还没有机会亲手尝试这台相机以验证这一点）。 iPhone 15 Pro / Max的动态范围 让我再次简要重复一下，我们有3种方式来判断相机的动态范围： 在时间轴上，原生传感器分辨率下的Xyla 21图表的波形图：这提供了一个直观的指示，可以看到噪声底部上方有多少个曝光级别可以明确识别（使用范围限于使用的曝光级别）。此外，它显示了曝光级别的代码值分布。通常，较低的曝光级别在代码值（Y轴）方面非常接近，因此如果曝光不足并在后期调整阴影（即扩大阴影曝光级别），在曝光级别之间将没有足够的代码值，结果将是丑陋的条纹状效果（丢失曝光级别之间的细微色彩过渡)。 IMATEST: IMATEST将为每个曝光级别计算信噪比。这是一个纯数学计算，可以方便地判断每个级别有多“清晰”。使用很多内部降噪的相机当然比使用较少降噪的相机好。在有意义的方式中，没有办法解决这个问题，因为每个相机/传感器的噪声规律不同。因此，也没有可以应用于后期进行比较的“标准”噪点减少。这就是为什么我们在CineD中总是关闭噪点减少-正如IMATEST所建议的那样。 纬度：曝光纬度是相机在过曝光或欠曝光时保留颜色和细节的能力。我们的CineD工作室场景是真实世界的测试（在受控环境中），以了解相机可以进行多远的推动。这个测试的亮点是，当推动图像进行均衡化时，我们的精心组合的标准场景中可以看到多少个停止是可以使用的，并且如果相机正在使用过多的内部降噪，则会暴露出来。无论使用多少内部/后期噪点减少，可以显示12个信噪比为2的稳定曝光级别的相机通常在我们的场景中具有8个纬度。像ARRI ALEXA这样在SNR=2处展示2级更多的相机也具有两级更多的纬度。使用强烈的内部降噪来实现接近SNR=2处的12级的相机只显示6-7级的纬度。 因此，这个测试三位一体非常有意义，有助于确定传感器读取、信号处理和编解码器的组合是否允许在较大范围内推动曝光。 ISO55下的iPhone 15 Pro 24mm相机-动态范围 波形图显示了噪声底部上方大约11个曝光级别。顺便说一句，几乎没有什么东西叫做噪声底线-一切都超级干净，暗示着大量的内部降噪正在进行（没有办法将其关闭）： ISO55的24mm曲线图。图片来源：CineD 哇，11个曝光级别非常好。现在让我们通过IMATEST运行这个结果： IMATEST 24mm相机ISO55的结果。图片来源：CineD 在iPhone 15 Pro（Max）中，我们在信噪比（SNR）为1和信噪比为2时获得了12个动态范围。RGB波形图中的“基于斜率的DR”也是如此。这是“太多”降噪处理以至于IMATEST无法计算出一个有意义的结果的明确迹象。在最低的“噪点（%的最大像素）”显示图中也变得很明显。暗区的噪声数值非常低。 现在，让我们增加ISO以查看是否可以获得与IMATEST有所不同的结果。观察ISO1200时的波形图，我们得到了以下结果： ISO1200的24mm曲线图。图片来源：CineD 将ISO1200的波形图与ISO55的波形图进行比较，您可以清楚地看到代码值（Y轴）如何向上移动，以增加图像的亮度。现在，较暗的曝光级别也更加不同，您可以看到第12个曝光级别出现。有趣的是，看看纬度测试是否也会反映出这种差异。 IMATEST计算（更高的）13.4级的SNR=2和SNR=1。IMATEST 24mm相机ISO55的结果。图片来源：CineD 光看这些结果可能会让您认为iPhone 15 Pro达到了ARRI Alexa的动态范围（请参阅我们在这里的关于ARRI ALEXA经典型和Mini LF的测试以及我们在这里对ALEXA 35的测试）。好吧… 目前为止，我的结论是IMATEST主要测量了降噪处理，而不太测量“真实”的动态范围。一旦我们转向纬度部分，我们就会有明确的答案。剧透警报：归根结底这只是一部配置有微小传感器的手机… 在下面的表格中列出了iPhone 15 Pro / Max的其他相机的IMATEST结果： iPhone 15 Pro / Max的IMATEST动态范围结果。图片来源：CineD iPhone 15 Pro Max的曝光范围结果 如前所述，纬度是相机在过曝或欠曝和推回到基准参考级别时保留色彩和细节的能力。 对于我们的CineD工作室测试，基准曝光级别指的是我亲爱的同事约翰尼面部的亮度波形值约为60％。我们总是先确立截止级别，通过过曝使得主体的额头处的红色通道接近截止处。这意味着一些颜色在左侧的颜色校正器上的颜色已经裁剪掉了。然后我们按1档进行曝光下调。使用Blackmagic应用程序使用快门值（1/30秒，1/60秒等…）进行调整。正如前面提到的，所有内容都是在iPhone Pro Max手机上使用Apple Log和4K ProRes HQ拍摄的（在曝光测试时我们只有这一个可用）。 对于iPhone 15的测试，我们使用了24mm和前置摄像头，并在RGB波形图中检查了曝光级别。美妙的是可以将外部监视器连接为视觉参考： 使用外部监视器检查RGB波形图级别。图片来源：CineD 现在，我们使用DaVinci Resolve 18.6进行图像开发，通过色彩空间转换（从REC2020和Apple Log到REC709的CST）进行，曝光或噪点减少的调整始终在第一个节点上进行，第二个节点执行CST： REC 2020 Apple Log到Rec709的色彩空间转换。图片来源：CineD ISO55下的24mm-我们的基准曝光如下所示： 24mm的基准曝光级别，标准的CineD工作室场景。图片来源：CineD 现在，在ISO55下，我们可以继续增加3个曝光级别，然后在后期将图像重新调整到基准曝光（使用DaVinci Resolve 18.6中的提升/伽马/增益主节点）而不会出现任何问题： 3个曝光级别增加并进行推回，24mm ISO55。图片来源：CineD 现在，进入两个曝光级别的曝光下调，并在后期将图像重新调整，我们得到一个相当有噪声的图像： 2个曝光级别下调并进行推回，24mm ISO55。图片来源：CineD 这已经接近可使用的临界点。我们再推一个级别： 3个曝光级别下调并进行推回，24mm ISO55。图片来源：CineD 嗯…看起来不好。我们已经达到了纬度上限。可以看到出现了大量条纹状，而且非常斑驳的色度噪点分布。图像的清晰度也丢失了。此外，同心圆也提示了一种内部-相机的暗角补偿。 如果我们从IMATEST结果的怀疑是正确的，我们将无法在噪消中做太多调整，因为默认情况下图像已经经过非常严格的噪音处理。 因此，让我们对2个曝光级别下调和3个曝光级别下调的图像进行噪声消除： 2个曝光级别下调并使用噪声消除进行推回，24mm ISO55。图片来源：CineD 3个曝光级别下调并使用噪声消除进行推回，24mm ISO55。图片来源：CineD 请在文章底部查看DaVinci Resolve 18.6中应用的各种ISO和相机的噪声消除设置的表格。 总结一下，我们可以得出结论，iPhone 15 Pro / Max能够具有5个曝光级别（在更高的ISO上朝6个方向扩展）的曝光纬度。 总结 通过我们的实验室测试将手机进行测试是一种非常有趣的经历！iPhone 15 Pro / Max的滚动快门非常出色，所有相机的时间都在5毫秒左右，前置摄像头的快门时间为9.3毫秒，这仍然非常好。这很适合手持视频拍摄。 从波形图和iPhone 15 Pro在IMATEST中的动态范围来看，乍一看，您可能会被显示的非常高数值所欺骗。最后，结果显示，这些高的IMATEST值是通过非常高的内部降噪处理实现的，纬度测试结果的5个曝光级别（这在我们的基准测试中属于非常低的区间）。最近的微四三相机如GH6具有7个曝光级别，消费级APS-C相机如FUJIFILM X-H2S或Sony A6700具有8个曝光级别，而引领榜单的ARRI Alexa 35具有12个曝光级别，这是我们测试的基准。 尽管如此，我们必须保持客观-我们谈论的是一个配备微小图像传感器的手机…因此，对于苹果为最新手机带来的Apple Log和4K ProRes HQ编码表示由衷的敬意，这为创作者们带来了很多可能性。这将只会变得更好。令人兴奋。 您在iPhone 15 Pro / Max上拍摄过视频吗？您有什么体验？请在下方评论区告诉我们。