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Prueba de laboratorio de la Nikon Z 9 – Rolling shutter, rango dinámico y prueba de latitud

Diciembre 15, 2021 Jump to Comment Section
Prueba de laboratorio de la Nikon Z 9 – Rolling shutter, rango dinámico y prueba de latitud

La nueva cámara full-frame Nikon Z 9 llegó a la sede de CineD en Viena. ¿Tienes curiosidad por saber cómo le ha ido en nuestra prueba de laboratorio? Entonces continúa leyendo… (Nota al margen: la prueba de laboratorio se realizó en una cámara de preventa con el firmware final)

La Nikon Z 9 tiene especificaciones bastante impresionantes, al menos en la teoría: no solo graba en 8K hasta 30 cuadros por segundo en modo N-Log de 10 bits y 4K hasta 120 cuadros, sino que también cuenta con grabación interna 4K en full-frame ProRes HQ 422 (puedes leer más sobre las especificaciones aquí y sobre nuestra elección como la cámara del año aquí). Además, en una futura versión de firmware prevista para 2022, la cámara podrá grabar internamente en 8K60p en ProRes RAW de 12 bits junto al N-RAW de 12 bits (una variante del códec TicoRAW internamente). Es realmente muy impresionante.

Pero, como de costumbre, la calidad de imagen de una cámara no depende únicamente de la cantidad de píxeles y las especificaciones, por lo que estaba entusiasmado por tomar esta cámara y realizar nuestra prueba de laboratorio que fue bastante reveladora, por decir lo menos.

Nikon Z 9 – Rolling shutter

Comenzando con el modo 8k H265 a 25fps, obtenemos un rolling shutter realmente bueno de 14.5ms (menos es mejor):

Rolling shutter in 8k mode of the Nikon Z 9
Rolling shutter de la Nikon Z 9 en modo 8k. Crédito de imagen: CineD

Esto es aproximadamente 1ms mejor que la Canon R5 y aproximadamente 2ms mejor que la Sony A1. La reina de las cámaras mirrorless full-frame en este rango de precios sigue siendo la Sony a7S III con un rolling shutter de 8.7ms en modo full-frame.

En el modo 4k ProRes HQ full-frame, el rolling shutter se mantiene en 14.5ms y cae significativamente a 4.9ms en el modo full-frame 4k a 120 cuadros por segundo:

Rolling shutter in 4k 120p mode of the Nikon Z 9
Rolling shutter de la Nikon Z 9 en modo 4k 120p. Crédito de imagen: CineD

¡Son resultados muy buenos!

Nikon Z 9 – Rango dinámico a ISO800 utilizando N-Log

Si no estás familiarizado con cómo probamos el rango dinámico, puedes leer más sobre ello aquí.

Comenzando con el modo 8k H265 registrado internamente a 25fps, el gráfico de forma de onda de Xyla21 en una línea de tiempo de 8K muestra aproximadamente 12 paradas por encima del piso de ruido:

Waveform plot of the Xyla21 chart in 8k H265
Gráfico Xyla21 de forma de onda en 8k H265. Crédito de imagen: CineD

Al mirar el gráfico de la forma de onda, noté algo extraño y creí que dentro del piso de ruido tal vez había una parada más. Ejecuté otra prueba usando la reducción de ruido fuerte en DaVinci Resolve para ver si podía “excavar” paradas adicionales del piso de ruido, pero no había nada.

Al ejecutar el análisis con IMATEST, obtuvimos 11.6 paradas en una relación señal/ruido (SNR) de 2 y 12.7 paradas en SNR = 1:

MATEST dynamic range calculation for 8k H265 N-Log
Cálculo de rango dinámico IMATEST en 8K H265 N-Log con ISO 800. Crédito de imagen: CineD

Bueno, IMATEST confirmó lo que se observa en el gráfico de forma de onda anterior: hay aproximadamente 12.7 paradas de rango dinámico, pero nada más. Además, en el gráfico central sobre la línea azul “12.7” (que indica SNR = 1), no hay nada.

Si miramos la curva gamma (primer gráfico en el resultado IMATEST anterior), que es el perfil N-Log utilizado, resulta obvio lo que está sucediendo. El N-Log, tal como está diseñado, no puede contener más de 13 paradas. Si observas la distribución de paradas en el lado de la sombra (a la izquierda de la imagen), hay una línea más o menos horizontal, lo que significa que ya no hay diferenciación de valores de código entre las paradas de sombra.

Por lo tanto, no será posible levantar las sombras en nuestra prueba de latitud sin obtener posterización/bandas.

El futuro modo N-RAW podría evitar este inconveniente, ya que debería permitir elegir la curva gamma deseada en la postproducción; Sin embargo, esto aún está por verse.

Ahora, echémosle un vistazo al modo 4K ProRes HQ 422 full-frame. En teoría, si el 4K se deriva de una reducción de resolución adecuada del sensor, este modo debería proporcionar valores de rango dinámico significativamente mejores en SNR = 2 (el valor de la señal permanece igual al reducir la resolución pero el ruido se promedia, por lo tanto, la señal en la relación de ruido produce un resultado mejor). Comencemos con el diagrama de forma de onda en una línea de tiempo de 4K:

Waveform plot of the Xyla21 chart in 4k ProRes HQ
Gráfico Xyla21 de forma de onda en 4K ProRes HQ. Crédito de imagen: CineD

El gráfico de forma de onda en 4K ProRes HQ muestra 11 o tal vez 12 paradas por encima del piso de ruido. Además, se ve una decimotercera parada muy tenue, pero eso es todo. El IMATEST confirmó esto, tal como podrán ver a continuación:

IMATEST dynamic range calculation for 4k ProRes HQ
Cálculo de rango dinámico IMATEST para 4K ProRes HQ N-Log en ISO 800. Crédito de imagen: CineD

Hemos obtenido 11.5 paradas en SNR = 2 y 12.4 paradas en SNR = 1. Desafortunadamente, parece que el sensor full-frame NO está muestreado correctamente para el modo 4K ProRes HQ. Definitivamente Nikon ha desaprovechado su oportunidad.

Otras cámaras como la Sony A1 o la Sony A7 IV están haciendo este muestreo 4K correctamente (puedes ver nuestras pruebas de laboratorio aquí y aquí) y, por lo tanto, obtienen resultados de rango dinámico de aproximadamente 12.8 paradas en SNR = 2 y 14 paradas en SNR = 1.

Entonces, a partir de estos resultados, es posible establecer que la Nikon Z 9 tiene entre 1 y 1.5 paradas menos de rango dinámico que las cámaras Sony más recientes. Al observar las pruebas de las cámaras full-frame de Panasonic (las S5, S1 y S1H), llegamos a una conclusión bastante similar. Veamos si la prueba de latitud en la siguiente sección confirma este resultado.

Nikon Z 9 – Prueba de latitud

Nuevamente, probamos tanto el modo 8K H.265 full-frame y 4K ProRes HQ con N-Log en una base de ISO800.

Tal como hemos mencionado en otros artículos, la latitud es la capacidad de una cámara para retener detalles y colores cuando está sobreexpuesta o subexpuesta a partir de una exposición base. Esta prueba es muy reveladora, ya que lleva cada cámara a su límite máximo.

La exposición de base en nuestro estudio se eligió (arbitrariamente) en un valor de luma (sin gradar) del 60% en la frente de nuestro sujeto, en este caso, mi querido colega Nino. Las imágenes a continuación se gradaron utilizando el nuevo Z 9 LUT (Z_9_N-Log-Full_to_REC709-Full_33_V01-00). Este LUT de la Z 9 aún no está disponible en la página de inicio de Nikon, pero para mí es idéntico al LUT Z_7II_N-Log- Full_to_REC709-Full_33_V01-00 que ya está disponible.

CineD studio base exposure scene
Escena de exposición base de estudio en CineD. Crédito de imagen: CineD

Este LUT me parece demasiado saturado y rosado pero, por ahora, es lo que es.

A partir de esta exposición base, aumentamos la exposición en 3 paradas, abrimos el iris a F1.4 y luego lo regresamos a la exposición base. La frente de Nino está cerca de recortar el canal rojo, tal como muestra el gráfico de forma de onda a continuación (del clip sin gradar):

3 stops over from CineD's base exposure scene and pushed back
3 paradas desde la escena de exposición base de CineD, regresadas a cero. Crédito de imagen: CineD
Waveform plot of the ungraded 3 stops over clip
Gráfico de forma de onda de las 3 paradas sin gradar sobre el clip. Crédito de imagen: CineD

A 3 paradas regresadas a la exposición base, la imagen se vuelve aún más rosada.

Luego, comenzamos a subexponer la imagen cerrando el iris del lente y aumentando la velocidad del obturador. No se registraron muchos cambios entre +2 y -1 paradas de exposición (desde la base), pero a 2 paradas debajo de la base y regresadas a cero, comienza a aparecer algo de ruido, aunque la imagen aún se ve bien. La imagen comienza a inclinarse hacia el lado verdoso:

2 stops underexposed and pushed back
2 paradas subexpuestas y regresadas a cero. Crédito de imagen: CineD

Cuando alcanzamos las 3 paradas de subexposición regresadas a cero, comenzó a aparecer un ruido fuerte:

3 stops underexposed and pushed back
3 paradas subexpuestas y regresadas a cero. Crédito de imagen: CineD

La imagen estática de arriba no muestra la imagen completa, ya que el ruido en movimiento es bastante severo a 3 paradas por debajo regresadas a cero. Sin embargo, la reducción de ruido puede limpiarlo muy bien (a modo de referencia, a continuación podrás ver las configuraciones de reducción de ruido en Resolve):

3 stops underexposed and pushed back
3 paradas subexpuestas y regresadas a cero, utilizando la reducción de ruido. Crédito de imagen: CineD
Noise reduction settings in DaVinci Resolve
Configuración de la reducción de ruido en DaVinci Resolve para la imagen en 8K H.265 a 3 paradas por debajo, regresadas a cero.

Ahora, pasemos a las 4 paradas de subexposición, regresadas a cero en la postproducción:

4 stops underexposed and pushed back
4 paradas subexpuestas y regresadas a cero. Crédito de imagen: CineD

El ruido comienza a ser atroz y también aparecen líneas horizontales y verticales. Además, aparece la posterización/bandas, aunque el ruido suele ocultarlo. La imagen no se puede salvar. Fin del juego.

Curiosamente, la aplicación de la misma configuración de reducción de ruido que se muestra arriba (para 3 paradas debajo de la imagen) elimina todo el color de la camisa de Nino:

4 stops under, pushed back
4 paradas por debajo, regresadas a cero y con la reducción de ruido aplicada (igual que a 3 paradas por debajo). Crédito de imagen: CineD

En este punto, aparecen bandas gruesas y el cabello de Nino muestra algunas manchas grandes de color de ruido cromático.

Por lo tanto, tenemos que reducir la reducción de ruido para retener algunos de los colores:

4 stops under, pushed back
4 paradas por debajo, regresadas a cero y con una menor reducción de ruido (igual que a 3 paradas menos). Crédito de imagen: CineD

Si bien la imagen se ve un poco mejor, las bandas y las rayas horizontales y verticales todavía están allí y a este punto ya no son aceptables.

Desafortunadamente y tal como se esperaba, (puedes ver la sección de rango dinámico arriba), la curva gamma N-Log implementada no permite levantar sombras sin una fuerte posterización/bandas. El futuro N-RAW podría potencialmente eludir este inconveniente.

Estos resultados nos llevan a la conclusión de que la Nikon Z 9 puede alcanzar las 3 paradas por encima y 3 paradas por debajo en la prueba de latitud, es decir, 6 paradas en total.

De este modo, la prueba de latitud confirma nuestros hallazgos anteriores: el rango dinámico de la Nikon Z 9 es de 1 -1.5 paradas menos que la competencia de Sony y Panasonic. La Sony A1 mostró 8 paradas de latitud, al igual que las Panasonic LUMIX S5, S1 y S1H. Las Sony a7S III y a7 IV muestran 7 paradas de latitud.

Solo para mencionar nuestro punto de referencia actual en la prueba de laboratorio, la ARRI ALEXA LF tiene 5 paradas por encima y 5 paradas por debajo = 10 paradas de latitud en total. Son 4 paradas más. Puedes leer el artículo aquí.

Ahora, podrías preguntarte si los resultados de la prueba de latitud serían diferentes usando el modo interno ProRes HQ 422. Bueno, aquí tienes lo que obtuvimos con la imagen a 3 paradas subexpuestas:

3 stops under and pushed back
3 paradas por debajo, regresadas a cero (4K ProRes HQ). Crédito de imagen: CineD

La imagen se ve muy similar. Pasemos a las 4 paradas regresadas a cero:

4 stops under and pushed back
4 paradas por debajo, regresadas a cero (4k ProRes HQ). Crédito de imagen: CineD

Nuevamente, la imagen es muy similar. Además, la reducción de ruido no puede salvar la imagen que obtuvimos a 4 paradas por debajo en 4K ProRes HQ:

4 stops under and pushed back
4 paradas por debajo, regresadas a cero con la reducción de ruido (4K ProRes HQ). Crédito de imagen: CineD
Noise reduction settings in DaVinci
Configuración de la reducción de ruido en DaVinci Resolve para 4K ProRes HQ a 4 paradas por debajo.

Como podrás ver, en ProRes HQ también tuve que controlar la reducción de ruido de croma ya que, de lo contrario, la imagen pierde todo su color. La posterización/aparición de bandas desagradables es muy pronunciada, lo que hace que la imagen sea inutilizable.

De esta manera, no se han hallado diferencias en 4K ProRes HQ, y esto se debe principalmente a la implementación del N-Log que ya hemos mencionado. ¡Esperemos que Nikon pueda crear algo como el N-Log2 para reflejar mejor el potencial de este sensor en una futura actualización de firmware!

Además, tengo curiosidad por ver cómo se comportará el futuro N-RAW a este respecto.

Resumen

Como se mencionó anteriormente, la Nikon Z 9 tiene especificaciones muy impresionantes en términos de resolución, códecs y velocidad de cuadros. Y sí, los resultados del rolling shutter también son impresionantes, ya que permitirán alcanzar 8K60p en los modos internos ProRes RAW y N-RAW (programados para 2022).

Sin embargo, los resultados del rango dinámico se mantienen por debajo de las expectativas: la Z 9 muestra aproximadamente 1.5 paradas menos de rango dinámico que sus competidoras de Sony y Panasonic.

Este resultado fue confirmado por la prueba de latitud, ya que 6 paradas es el máximo que puede alcanzar la Nikon Z 9. Esto equivale a 1 parada menos que la Sony a7S III y a7 IV y 2 paradas menos que la Sony A1 y las Panasonic S5, S1 y S1H.

Esperemos que Nikon pueda mejorar el procesamiento de imágenes a través de futuras actualizaciones de firmware, cabe preguntarnos: ¿la solución es cambiar la curva gamma del N-Log?

Respuesta de Nikon:

Como solemos hacer, compartimos los resultados de nuestras pruebas de laboratorio con Nikon Japón, y esta fue su respuesta:

En cuanto al rango dinámico de H.265 y ProRes HQ, el procesamiento de imagen en ProRes da prioridad a la resolución, por lo que el procesamiento de ruido es diferente a los demás.

En nuestra opinión, el ProRes es un proceso de edición de material y sería mejor si el usuario pudiera realizar el procesamiento de ruido.

Como sabrán, la reducción de ruido y la retención de resolución son condiciones incompatibles y debes elegir entre ellas. Es posible que la cámara realice una reducción de ruido, pero es difícil restaurar la resolución una vez que se pierde en la posproducción.

Dejamos al usuario con la posibilidad de elegir entre la reducción de ruido y el mantenimiento de la resolución.

Como resultado, los detalles en las áreas oscuras de ProRes llenan el piso de ruido, lo que resulta en un rango dinámico bajo en su evaluación. El rango dinámico es un elemento muy importante para los usuarios.

Nikon Japan

La Nikon Z 9 estará disponible muy pronto, y tengo curiosidad por saber si esta cámara está en tu radar. De ser así, cuéntanos por qué en la sección de comentarios a continuación.

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