Prueba de Laboratorio del iPhone 15 Pro – Rolling Shutter, Rango Dinámico y Latitud de Exposición

by Gunther MachuNoviembre 29, 2023

Tras el lanzamiento de los nuevos iPhone 15 Pro y iPhone 15 Pro Max, hubo un gran revuelo en torno a las capacidades cinematográficas de este nuevo teléfono. Al observar las especificaciones y los códecs, nos sentimos bastante intrigados por tenerlo en nuestras manos y realizar nuestra prueba de laboratorio para ver el desempeño del rango dinámico, el rolling shutter y la latitud de exposición. ¿Cuáles son las diferencias con la reciente generación de cámaras de cine híbridas dedicadas para el consumidor o incluso los profesionales? Vamos a averiguarlo…

En la vida siempre hay novedades y eso también se aplica a las pruebas de laboratorio de cámaras, por lo que esta es la primera vez que probamos un teléfono en el laboratorio. Hasta ahora no habría tenido mucho sentido, ya que normalmente gran parte de la manipulación de imágenes ocurre en los teléfonos de forma automatizada, como el mapeo automático de tonos que atenúa las partes brillantes de la imagen y aumenta el brillo en las sombras. Con la introducción de un modo log, Apple LOG para los últimos iPhone 15 Pro y Max, esta situación ha cambiado. Con LOG, ahora existe la coherencia necesaria para llevar a cabo una prueba rigurosa.

Entonces, entremos directamente en ello, ¿o no? Bueno, no es tan fácil ser honesto, porque siempre tratamos de ceñirnos a algunos principios muy rígidos en nuestras pruebas.

Primero, de nuevo un gran “gracias” por la excelente colaboración con mi colega Florian Milz. Especialmente al probar la cámara frontal, las cosas se complicaron un poco, pero él siempre encontrará la manera de hacerlo.

Desafío aceptado: ajustar el estándar de la Prueba de Laboratorio CineD al iPhone 15 Pro

Volviendo a nuestros rígidos estándares, intentamos utilizar el mismo lente macro Zeiss CP2 T/2.1 de 50mm para cámaras APS-C, o el Zeiss 85mm T1.5 para cámaras full-frame. El uso de estas distancias focales garantiza una cierta distancia del gráfico Xyla 21 (o del sujeto en la prueba de latitud) para evitar reflejos internos del gráfico que podrían afectar las paradas más bajas en la evaluación del rango dinámico.

Puedes echarle un vistazo a nuestro artículo aquí que explica cómo medimos el rango dinámico.

En segundo lugar, siempre hacemos una investigación adecuada para descubrir los ISO nativos de los sensores y luego ajustamos manualmente el balance de blancos, el obturador, el ISO y el plano de enfoque para garantizar que haya coherencia.

Volviendo al punto uno, en el iPhone 15 Pro hay distancias focales equivalentes de 13mm, 24mm y 77mm disponibles en las tres cámaras traseras. En el iPhone 15 Pro Max hay una distancia focal de 120mm en lugar de 77mm. Curiosamente, para la cámara frontal no se menciona ninguna distancia focal. Por lo tanto, obtendrás todos los resultados a continuación, con la excepción de la cámara de 13mm. Hemos encontrado demasiado reflejo en el gráfico XYLA 21 usando esta cámara.

Blackmagic Camera App al rescate

En cuanto al segundo punto, la aplicación de cámara nativa de Apple no ofrece ninguna posibilidad de configurar parámetros manuales, por lo que tuvimos que recurrir a la aplicación Blackmagic Camera que permite hacer exactamente eso. Las configuraciones en la aplicación para todas las pruebas de laboratorio fueron Apple Log y 4K ProRes HQ.

La aplicación Blackmagic aprovecha el canal de imágenes del hardware, por lo que recibe la misma información que tiene la aplicación de cámara nativa de Apple. Además, tuvimos que averiguar cuál es el ISO nativo en cada uno de los cuatro sensores de la cámara (incluyendo el frontal).

Antes de nuestra prueba de laboratorio, pudimos determinar que el ISO más bajo (que es diferente en cada una de las 4 cámaras) es siempre el ISO más limpio (nativo). Un ISO más alto simplemente aumentaría los valores del código, lo que daría como resultado imágenes más brillantes pero sombras ruidosas. Sin embargo, los ISO más altos aumentan la diferencia entre las paradas más bajas en Apple Log, por lo que existe un beneficio potencial de grabar con un ISO más altos si se necesita separación en las paradas más oscuras.

Perfecto. Es hora de ponerse en marcha, ¿no?

Rolling Shutter de las cámaras del iPhone 15 Pro/Max

Comencemos con la cámara de 24mm. Usando nuestra luz estroboscópica de 300Hz obtuvimos 5.3ms (menos es mejor):

La cámara de 13mm lee 4.7ms, la de 77mm 5ms y la de 120mm (Max) nuevamente 5ms. Para nuestra sorpresa, la cámara frontal alcanza los 9.3ms:

Comparando estos valores de lectura del sensor completo con cámaras de cine de consumidor recientes o incluso profesionales, ~5ms es un resultado excelente. Sólo hay una cámara en el mercado que lo supera: la Sony VENICE 2 con menos de 3ms. Alternativamente, existen opciones de cámara con obturador global que tienen 0ms como la RED KOMODO (y muy probablemente, la recientemente anunciada cámara full-frame Sony a9 III que viene con un obturador global, pero aún tenemos que probarla para poder verificarlo).

Rango Dinámico del iPhone 15 Pro/Max

Permítanme repetir por qué tenemos tres formas de juzgar el rango dinámico de una cámara:

• El gráfico de forma de onda del Xyla 21 con resolución nativa del sensor en una línea de tiempo con esa resolución: esto da una indicación visual de cuántas paradas se pueden identificar por encima del piso de ruido (= las paradas utilizables). Además, muestra la distribución del valor del código de las paradas. Generalmente, las paradas inferiores están muy juntas en términos de valor de código (el eje Y), por lo tanto, si subexpones y elevas las sombras más adelante en la postproducción (es decir, expandes las paradas de sombra), no tendrás suficientes valores de código entre las paradas y el resultado son bandas que no lucen bien (pérdida de transiciones de color finas entre las paradas).
• IMATEST: IMATEST calculará la relación señal-ruido para cada parada. Este es un cálculo puramente matemático y viene bien para identificar qué tan “limpia” está cada una de las paradas. Las cámaras que utilizan mucha reducción de ruido interno obtienen mejores resultados que otras con menos reducción de ruido. No hay forma de explicar esto de manera significativa, ya que la huella de ruido de cada cámara/sensor es diferente. Por lo tanto, tampoco existe una reducción de ruido “estándar” que puedas aplicar en la postproducción para comparar cámaras; Es por eso que en CineD siempre desactivamos la reducción de ruido, tal y como recomienda IMATEST.
• Latitud: la latitud de exposición es la capacidad de una cámara para retener colores y detalles cuando está sobreexpuesta o subexpuesta. Nuestra escena de estudio CineD es la prueba del mundo real (en un entorno controlado) de hasta dónde se puede empujar una cámara. Lo bueno de esta prueba es que revela claramente cuántas paradas se pueden utilizar en nuestra escena estándar cuidadosamente compuesta, a medida que el campo de juego se ecualiza y revela si una cámara está “haciendo trampa” al usar una reducción excesiva de ruido interno. No importa cuánta reducción de ruido interna o posterior se utilice, las cámaras que muestran 12 paradas sólidas con una relación señal-ruido de 2 generalmente tienen 8 paradas de latitud en nuestra escena. Cámaras como la ARRI ALEXA que muestran 2 paradas más en SNR = 2 también tienen dos paradas más de latitud. Las cámaras que intentan lograr algo cercano a 12 paradas con SNR = 2 mediante el uso de una fuerte reducción de ruido interno solo muestran entre 6 y 7 paradas de latitud.

Por lo tanto, esta trinidad de pruebas es muy reveladora y ayuda a identificar si la combinación de lectura del sensor, procesamiento de señales y códec permite ampliar la exposición en un rango amplio.

Cámara de 24mm en ISO55 – rango dinámico

La forma de onda muestra alrededor de 11 paradas por encima del nivel de ruido. Hablando de eso, casi no existe el ruido de fondo: todo está súper limpio, lo que sugiere una reducción masiva del ruido interna (no hay forma de “desactivarlo”):

Vaya, 11 paradas es un resultado realmente bueno. Ahora ejecutemos esto a través de IMATEST:

Obtuvimos 12 paradas de rango dinámico en el iPhone 15 Pro (Max) para una relación señal-ruido (SNR) de 1, y las mismas 12 paradas para una relación señal-ruido de 2. También para el “DR basado en pendiente”. Esta es una señal clara de que hay demasiado procesamiento de ruido para que IMATEST calcule un resultado significativo, y esto resulta obvio en el diagrama inferior donde se muestra “Ruido (% del píxel máximo)”. Los valores de ruido para las paradas de sombra son muy bajos.

Ahora aumentemos ISO a ver si conseguimos algún resultado diferenciado con IMATEST. Al medirlo en ISO1200, obtenemos la siguiente forma de onda para la cámara de 24mm:

Al comparar esta forma de onda en ISO1200 con la que se obtiene en ISO55, puedes ver claramente cómo los valores del código (eje Y) se desplazan hacia arriba para aumentar el brillo de la imagen. Además, las paradas más oscuras están más diferenciadas y se puede ver emerger una parada número 12. Será interesante ver si la prueba de latitud también reflejará esta diferencia.

IMATEST calcula (más) 13.4 paradas con SNR = 2 y 13.4 paradas con SNR = 1.

Solo mirar estos resultados podría llevarlo a concluir que el iPhone 15 Pro alcanza los niveles de rango dinámico de la ARRI Alexa (puedes echarle un vistazo a nuestra prueba ARRI ALEXA classic y Mini LF aquí y nuestra prueba ALEXA 35 aquí). Bien…

Mi conclusión hasta ahora es que IMATEST mide principalmente la reducción de ruido y no tanto el rango dinámico “real”. Tendremos claridad una vez que pasemos a la sección de latitud. Alerta de spoiler: al fin y al cabo es un teléfono con sensores diminutos…

Aquí hay una tabla de resultados de IMATEST para las otras cámaras del iPhone 15 Pro / Pro Max:

Resultados de la Latitud de Exposición del iPhone 15 Pro Max

Como se describió anteriormente, la latitud es la capacidad de una cámara para retener colores y detalles cuando se sobreexpone o subexpone y se retrocede a un nivel de referencia base.

Para nuestras pruebas de estudio CineD, el nivel de exposición base se refiere a un valor de forma de onda luma de alrededor del 60% en la frente de mi querido colega Johnnie. Siempre establecemos primero el nivel de recorte sobreexponiendo hasta que el canal rojo esté en la cúspide del recorte en la frente de nuestro sujeto. Esto significa que algunos colores ya están recortados en el colorchecker de la izquierda. A partir de ahí subexponemos en incrementos de 1 parada. Hicimos esto a través de la aplicación Blackmagic usando el valor del obturador (1/30, 1/60, etc). Como se mencionó anteriormente, todo se filmó en Apple Log y 4K ProRes HQ en el iPhone Pro Max (en el momento de la prueba de exposición solo teníamos disponible este modelo).

Para las pruebas del iPhone 15 utilizamos la cámara frontal y de 24mm, y verificamos los niveles de exposición en la forma de onda RGB. Lo bueno es que se puede conectar un monitor externo como referencia visual:

Ahora, para revelar las tomas utilizamos DaVinci Resolve 18.6, mediante una transformación del espacio de color (CST, de REC2020 y Apple Log a REC709). Los ajustes a la exposición o reducción de ruido siempre se realizaron en el primer nodo, el segundo nodo luego hizo el CST:

24mm a ISO55 – nuestra exposición base se ve así:

Ahora, en ISO55 puedes pasar a 3 paradas y regresar la imagen a la exposición base en la posproducción (usando lift/gamma/ganancia en DaVinci Resolve 18.6) sin ningún problema:

Ahora, pasando a dos paradas de subexposición y recuperando la imagen en la postproducción, obtenemos una imagen bastante ruidosa:

La imagen ya está a punto de ser utilizable. Empujémosla una parada más:

Ok… eso no se ve bien. Hemos alcanzado el límite de latitud. Se pueden ver bandas masivas, así como una distribución de ruido cromático muy manchada. También se pierde la nitidez de la imagen. Los círculos concéntricos insinúan una compensación del viñeteado en la cámara.

Si nuestra sospecha derivada de los resultados de IMATEST es cierta, no podremos hacer mucho con la reducción de ruido dado que la imagen ya tiene mucho ruido procesado de forma predeterminada.

Por lo tanto, apliquemos la reducción de ruido a las imágenes de 2 y 3 paradas por debajo:

Consulta más abajo en el artículo para ver una tabla de las configuraciones de reducción de ruido aplicadas en DaVinci Resolve 18.6 para los distintos ISO y cámaras.

En conclusión, para la cámara de 24mm a ISO55, obtenemos 5 paradas de latitud de exposición (3 arriba y 2 abajo). En realidad, esto está 2 o 3 paradas por debajo de las actuales cámaras APS-C o full-frame de consumidor. Comparándolo con la ARRI Alexa Mini LF antes mencionada, tiene 5 paradas menos de latitud de exposición, y en comparación con la Alexa 35 la diferencia es de incluso siete paradas.

Ahora echémosle un vistazo a los ISO más altos para la cámara de 24mm en ISO1200

Como se mencionó en la sección de rango dinámico, notamos el fenómeno de que a valores de código ISO más altos se desplazarían hacia arriba y las paradas más bajas (más oscuras) mostrarían un poco más de diferenciación, lo que resultaría potencialmente en menos bandas.

Pasemos directamente a las 3 paradas por debajo de la imagen, para ISO1208 y cámara de 24mm:

Bueno, se ve un poco mejor que en ISO55. Aun así, no la consideraría utilizable.

Ahora veamos la cámara frontal comenzando con ISO55

No pudimos usar el ISO 20 más bajo porque no era posible recortar la frente de Johnnie con nuestra iluminación de estudio estándar.

Una vez más, es fácilmente posible una sobreexposición de 3 paradas desde la base, así que pasemos directamente a 2 paradas:

La cámara frontal tiene un procesamiento de imagen diferente y más orgánico, además el ruido es un poco más fino y no tan borroso (especialmente el ruido cromático) como con la cámara de 24mm.

Esta imagen vuelve a limpiarse muy bien:

Veamos si podemos llevar esto a 3 paradas:

En realidad, esto se ve mejor que el de 24mm a 3 paradas por debajo, incluso en ISO1200.

Ahora, hagamos una prueba más en 3 paradas por debajo, usando ISO1207 en la cámara frontal:

Resulta muy obvio que el ruido es mucho más fino, especialmente el ruido cromático. Sin embargo, hay mucho más ruido luminoso en la imagen. Entonces, apliquemos la reducción de ruido:

Ok, lamentablemente todavía no se puede utilizar. Hay menos ruido cromático con manchas y mucho más ruido luminoso, pero en general hay un tinte rosado y la imagen aún no se puede utilizar.

Como resumen, podemos concluir que el iPhone 15 Pro / Max es capaz de alcanzar 5 paradas de latitud de exposición, con cierto margen de maniobra hacia una 6ta en ISO más altos.

Resumen

¡Es una experiencia bastante divertida evaluar un teléfono en nuestras pruebas de laboratorio! El rolling shutter es excepcionalmente bueno en el iPhone 15 Pro / Max, con alrededor de 5ms para todas las cámaras, y la cámara frontal tiene 9.3ms, lo que sigue siendo muy bueno y perfecto para grabar vídeos con la cámara en mano.

Al observar las formas de onda y el rango dinámico del iPhone 15 Pro en IMATEST, a primera vista podría engañarte haciéndote creer los valores muy altos que se muestran. Al final, resulta que esos altos valores de IMATEST se logran con una reducción de ruido interno realmente alta, confirmada por los resultados de latitud de 5 paradas (que está en el extremo más bajo de nuestro punto de referencia). Las cámaras Micro Cuatro Tercios recientes como la GH6 tienen siete paradas de latitud de exposición, las cámaras de consumidor APS-C como la FUJIFILM X-H2S o la Sony A6700 tienen 8 paradas y la líder del grupo que es la ARRI Alexa 35 tiene 12 paradas y es el punto de referencia de nuestras pruebas.

Sin embargo, tenemos que mantener las cosas en perspectiva: estamos hablando de un teléfono con sensores de imagen diminutos… Así que mis respetos a Apple por incorporar Apple Log con codificación 4k ProRes HQ a sus últimos teléfonos, lo que abre muchas posibilidades para los creadores. A partir de aquí sólo mejorará, es realmente emocionante.

¿Has grabado vídeos con el iPhone 15 Pro / Max? ¿Cómo han sido tus experiencias? Cuéntanos en la sección de comentarios a continuación.