Photons to Photos同款能量谱（Energy Spectrum）

前言

ptp网站有一项很权威的功能，就是它可以抓出raw里的强制降噪，并且在pdr图表里用下三角标标出来。

例如：

上图苹果14pm所有iso档位都有降噪（别的手机应该也是如此），尼康zf从iso16000开始有降噪，a7m5则是只有高iso扩展档位有降噪。

PTP判定标准

虽然看起来很权威，但是他的判断方法很有意思。根据a7m5发布时我给他发的邮件询问获得的回答：

就是说没有客观方法来进行判断，他用的是judgement call（基于个人经验和直觉做出的决定，通常没有明确的对错标准），通过观察FFT图进行对比和判断。a7m5数据发布以后，不知受了什么影响，又连夜把降噪标记移除。

那事情就有趣了。我也能做裁判。人人都能做裁判。

Energy Spectrum Analyzer

隆重介绍本人最新开发的Energy Spectrum Analyzer[手动狗头]:

这是个很有趣的小脚本，它在实现了能量谱算法并输出与ptp外观基本一致的图表的基础上，增加了一些UX优化：

图形界面
打开一个文件之后，可以用左右键切换同文件夹下的其余文件，便于快速查看各档ISO以及切换对比
使用上下键改变y轴图线放大比例
可选多种中央切片尺寸

从上图可以看到，在放大到可用的最大级别±0.0625以后，a7m5的图线呈现出一个非常明显的V字凹陷，这就是有强制降噪的证据。

同样的设置下，尼康zf的蓝线就是完全平直的，橙色线极其轻微的凹陷可能是pdaf的低通效应导致。这是没有强制降噪的表现，很符合像我这种原教旨主义键盘摄影爱好者的喜好。

ptp网站的图表，用的是256*256的切片，±0.25的纵轴，a7m5的凹陷还是可以辨别出来，zf这边就看不太清。

说明得益于可以选择大面积切片，我的脚本的极限分辨率明显更高。

网站的图表也可以自由放大，但是很难将多图缩放到同样尺度进行对比。

算法和验证

我的脚本是使用ai辅助开发的，用的就是最基本的算法，FFT计算功率谱，移除DC点计算平均功率，再log2(P/P_avg)。

ptp的normalization是bclaff自己设计的，可能是为了防止别人复刻，说得也十分遮掩：

The y-axis is Normalized Energy expressed as log2. This normalization may differ from similar charts you may have seen elsewhere.
The y-axis values of -1, 0, and 1 represent minimum possible, average, and maximum possible energy respectfully.

在与ptp网站案例进行匹配的过程中，很神奇的事情发生了。我将得到的数据除以8：

    norm_h[0:] = np.log2((data_h[0:]) / (avg_h)) / 8
    norm_v[0:] = np.log2((data_v[0:]) / (avg_v)) / 8

使用ptp网站上的如下测试图片：

就能与网站的图线完全一致。

另一张测试图：

与ptp的图线叠图发现，幅度相同，但是橙色线位置不同。不知道他是怎么算的，我已经尽力了。但是这不重要。幅度一样就可以了。（如果有大佬读者知道ptp的算法，可以评论区或私信教我一下，非常感谢）

然后如果用于静态raw黑场分析，选择256切片大小，得出来的图线几乎是和ptp网站完全一样的。

例如这是z7的对比，256切片，纵轴±0.25，v线中央尖峰接近0.1：

这也是标题叫做“Photons to Photos同款能量谱”的原因。其实我的还是个增强版。

强制降噪的客观判定

由于2048切片和±0.0625纵轴极值的组合（max模式，还可使用3072，4096），可以获得极高的分辨能力，以zf为例，可以明确区分出水平方向的完全平直和垂直方向的轻微凹陷，我们现在有了可以进行客观判定的条件：

在max模式下，

两条线平直：无降噪。
一条平直另一条轻微凹陷：无降噪，图线形状受pdaf点影响。
两条线明显凹陷：有降噪。

“明显凹陷”的判断标准，理论上待明确，但是实际上加了降噪的raw，凹陷非常明显，索尼这个已经算是力度很轻微的了。

还可以用别的方法判断，但是目前没有公开的系统性方案。

至少下面的方法对a7m5的判断很有效。

这是a7m5的40个靶图拍摄raw文件的超精细snr扫描结果：

注意看黑线，它是用ptp PTC页面图表顶部，实测的三参数（σ_read, k_adc, P_n）拟合得到的ptc-snr理论线。正常情况下，所有实测点都不应该超过黑线很多，这里可以看到很明显的分离。如何量化“明显”呢：看纵轴snr的dB数。每个大格，也就是每6dB，的提升，需要降低2档ISO才能达成。注意看20dB处的蓝线，比黑线高了整整半格，也就是1档ISO。这绝对是非常明显的作弊行为。

下面是更多的我手里有的机身的实拍测量情况，只挑选几个典型iso。

d700，iso 200，800，6400, 51200。ptp没有三角标，能量谱线基本平直。d700的raw有BL预校正，仅用于参考。其实我还拍了d80，但是形态比较奇特。