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[BMD俱乐部] BMD 12K摄影机深入解析

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BlackmagicDesign官方新闻

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2015-1-8
发表于 2020-7-20 12:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
本文作者John Brawley是Blackmagic URSA Mini Pro 12K摄影机的Beta Tester,BMD官网上的12K样片就是由他拍摄。他在这款革命性摄影机发布当天,在自己的网站发布了题为《It goes to 12K!》的文章,对摄影机的12K传感器的设计做了深入解析。

译文略有改动,原文链接:
https://johnbrawley.wordpress.com/2020/07/16/it-goes-to-12k/

001.jpg

John Brawley拍样片所使用的URSA Mini Pro 12K工程样机。这台被“伪装”成 了URSA Mini Pro G2,内部也使用了G2的硬件。不过正式发售的12K摄影机采用了完全不同的电子器件。正式型号还有其他一些小改变,比如USB-C口的位置更合理。

本文中的样片截图经过压缩,观看样片可前往John Brawley的Vimeo页面(最高4K画质)。https://vimeo.com/436209544

12K Blackmagic RAW样片素材已上传百度网盘,目前该素材只能由DaVinci Resolve 16.3 beta处理(Mac版已发布,也已上传网盘。注:请不要用测试版本处理商业项目)


12K Braw素材和Resolve 16.3 beta下载链接:
https://pan.baidu.com/s/1xA4JiuBsDw_UcpmcYSXbvA  
密码:
vivz




第一次听说Blackmagic Design要做一款能录12K的摄影机时,我第一反应是Wow!

002.jpg
跟之前型号一样的简洁美观的菜单

接着我就在想:我为啥需要12K?12K我能处理得了吗?我到底为啥想要12K?

等我回过神来,我开始意识到这真的一点都不是什么奇思怪想。关键在于你怎么利用那些像素,以及BMD设计它的方式。

人们都爱谈分辨率,但本质是想得到更好的像素。

我希望这篇文章的读者别只关心12K这个数字,而是跟我一起了解一些更深层的东西。我已经弄清楚了,这个像素数只是一个更大故事的一部分,除了这个看似不可思议的数字外,还有更多的内容值得我们去挖掘。

好的,首先我们来看数字。

003.jpg
Blackmagic RAW 12K文件

• 是的,这个传感器是12288 x 6480像素。
• 它是一个7960万像素的电影机。
• 它可以做8K 或4K Blackmagic RAW 110fps (很快会到120),没有裁切。比如,你的18mm镜头不管是在拍12K、8K或4K,不管是60p、110p(马上120)和120,• 画面还是18mm镜头拍的画面。
• 用裁切模式Super 16拍6K RAW帧率可以到120p,裁切模式Super 16拍4K RAW可以到220p。
• 原生ISO是800。
• S35传感器,高度跟G2一样,但是为了能提供17:9 DCI尺寸会更宽一些。物理尺寸是27.034mm x 14.256mm。
• 可更换卡口。
• 内部ND滤镜:2挡、4挡、6挡、无。
• 仅记录Blackmagic RAW。
• 自带双CFAST卡录机、双SD卡录机,可通过USB-C连接硬盘。有些高码流模式需要双卡记录(比如高于60p的8K)。

这台12K摄影机是一块定制传感器3年研发工作的结果。这么说吧,BMD在3年前花了几百万美元开发他们自己的12K传感器,从零开始啊,那会儿你想买一台8K电视都很艰难。

不知道他们是怎么做的保密工作,反正他们成功地把这个秘密从那时守到了现在。

BMD之前都是在高度定制和改造其他传感器,而这个是BMD完全从零设计的第一块传感器,有自己的知识产权和设计。BMD也一直在低调地研发其他一些技术,这个传感器的设计是整合自有技术战略的巅峰之作,而且我觉得这个战略展示了他们作为一家影像公司持续走向成熟的过程。

如果没有Blackmagic RAW,这块传感器以及它的功能是不可能实现的。它们是相辅相成的。当这个传感器在3年前开始研发的时候,Blackmagic RAW的研发也开始了。它们彼此是高度集成的。

那我们先来谈谈这个12K传感器。

先跟你说最基本的一点,你自己先体会一会儿。它不是一个拜耳传感器

004.jpg
50mm Supreme


传感器基础知识

拜耳滤色片是根据设计它的柯达公司科学家布莱斯·拜耳(Bryce Bayer)而命名的(https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

拜耳滤色片在过去15-20年间推动了数字相机和电影机传感器的开发。现在绝大部分的传感器都用了这种滤色片。

一个没有装拜耳滤色片(也叫彩色滤光阵列,即CFA)的CMOS得到的图像是黑白的。徕卡有一个不走寻常路的M系列旁轴相机就没有CFA。这样做的优点是能得到高得多的分辨率、降低混叠(造成摩尔纹的原因),提高感光度。缺点就是图像是黑白的。

所以,一个CMOS传感器就是像点或者像素的点阵,这些像点只对光敏感,但是不能获取色彩信息,除非你在这些像点上加一些彩色滤光片。

在采用拜耳阵列的传感器中,每个像素上都有一个彩色滤光片,2x2为一组,4个像素点上有2个绿色滤光片,1个红色滤光片,1个蓝色滤光片。那现在每个像素都能得到一个色彩通道的值,要么是绿,要么是红,要么是蓝,而且得到绿色值的像素点数量是红、蓝像素点数量的2倍。

你可以通过改变滤光片的色彩强度,或者修改滤光片的质量来得到不同的色彩结果,这就是色彩科学方面的知识了。比如滤光片用更深的染色会降低灵敏度,所以传感器设计要在像素自身大小与滤光片光谱设计质量之间取得平衡。

005.jpg
21mm Supreme


绿色也是人类视觉系统对光谱最为敏感的部分,这就是为什么绿色通道被认为更重要一些,而且会有更多的像素。

利用解拜耳算法,每个像素可以根据自己已有的色彩通道值和周边像素色彩值,算出一个自己最终的色彩值(即算出另外两个通道的值,得到R、G、B每个通道值,就得到这个像素的色彩值了)。

通过这种算法的运算,我们基本上能“猜出”每个像素的色彩值。既然是猜,当然不是100%准确的,所以会带来一些问题。

一个问题就是色彩方面的。拜耳阵列里的绿色像素是红、蓝像素数量的2倍,所以得讨论一下这种方式在色彩方面是不是准确的,毕竟绿色通道在这里面占的权重太大了。

拜耳传感器还有就是图像边缘的锯齿问题,如果你放大一个斜线就能看到斜线就像阶梯的形状。有时候你拍的图像中有接近像素大小的物体时,物体边缘和过渡就会出现色彩错误,就是伪色摩尔纹,即这些细小物体周围会出现橙色/青色的光晕。如果有的物体是一个像素大小,那它可能会是红、绿、蓝中的某一种颜色。有时那些边缘特别小,相互之间隔得远的话,有的像素就不知道怎么算色彩值了,于是你就得到伪色了。

传统的解决办法就是用超采样,或者说让传感器的分辨率比你想输出的分辨率更高。更多的像素意味着细微物体是一个像素大小的可能性更小。你也可以用一个光学低通滤波器(OLPF),它可以把这些超过传感器能处理的频率给去掉。有点像去掉非常细微细节(比如人脸上的斑点)用的柔光滤镜。

006.jpg
50mm Supreme


要得到一个真正好看,有“正确”像素和色彩数量的1920图像,你一般会希望增加分辨率,或者说超采样来补充算法造成的像素信息的缺失。BMD第一款摄影机Blackmagic Cinema Camera就是用一个将近2400个水平像素的传感器提供了一个漂亮的超采1920 HD图像。要在拜耳传感器上得到好看的4K DCI图像,你得用接近5K拜耳像素来补充。

如果不用拜耳阵列呢?


BMD的12K传感器没用拜耳阵列。它用的是一个全新的定制滤光阵列,得到的红、绿、蓝像素数量一样多,还加入了白色像素。

如果你在一个传感器上加入多得多的像素,比如12288 x 6480这么多,然后开始更改滤光片颜色比例,或者甚至根本不用滤光片,那你就可以用不同的方法来运用算法。

007.jpg
65mm Supreme


那现在我们有了一块像素数量激增的传感器,上面有很多根本没有滤光片的像素(BMD称之为W像素,即白像素)。

在RGB像素基础上再增加白像素不是一个新想法。创新的地方在于它们的读取和数学处理方法,BRAW正表现出它非常擅长处理这些工作,这跟这种编解码器描述传感器特征的方式有关。

一个重要的不同点在于,除了12K传感器在每个色彩通道都有相同数量的像素,还加入了对光敏感度高得多的白色像素。

这有点像把两个亮度值相结合来创建HDR图像一样,现在我们把白色像素的亮度和更高的敏感度与彩色像素结合起来实现更大的动态范围,这有助于解决像素较小带来的问题。

跟拜耳传感器2x2的点阵(GRBG)不同,我们在同样面积中得到的是6x6的点阵,里面有6G、6R、6B和18个白色像素。

每个色彩的像素数量是一样的,还加入了白色像素,这是一种很新、很不拜耳的设计。

008.jpg
35mm Supreme


是的,这意味着像素间距只有2.2微米。之前G2的像素间距是5.5微米;Alexa传感器上一直都是间隔8微米的大像素,这也是为什么他们一直没有用那个传感器设计做一个4K S35摄影机。

2.2微米有多小?能挡住新冠病毒的N95口罩可以阻止0.3微米的颗粒。可见这些像素有多小。

通常减小间距或像素大小会牺牲对光的灵敏度,但是这可以由未经滤光的白色像素补偿。将这些白色像素的亮度值跟彩色像素的值结合,仍然可以极大地提高动态范围。

跟去拜尔后的GRBG像素点阵不一样,BMD 12K传感器上用的是6x6像素点阵。这极大地提高了像素密度,获得同样数量的RGB像素后,之前我们说的混叠和摩尔纹这种问题会比拜耳传感器少得多,每个色彩通道的色度分辨率也得到更均匀地平衡。

009.jpg
100mm Supreme

图像

要评判BMD所做的工作如何,最好的办法是下载一些素材,自己试试。12K这个数字是要解决的问题,也带来了一些期望。我之前对12K的人脸图像一点都不向往。

下面是我看到的。

顺滑。尽管数字很吓人,但是这台摄影机让画面很漂亮。这跟我开始用这个摄影机前想的相反。装一个配得上这个传感器的镜头,你会觉得有人把我眼镜擦干净了,连镜片上我之前根本看不到,或者以为没有的所有微小划痕和污点都被显现出来了。这有一种难以解释的清晰,一种让人很舒服且通透的清晰感。人脸肤色的呈现极为细腻,很多细微的肤色能轻易看出来,不是一种让人分心的方式,也不是说画面有问题。我发现我真的是在审查画面中人脸的色彩,注意到了一些复杂的细微差别和细节,特别是嘴唇和眼睛周围的。

我用了一些人们常用的柔光滤镜做了一次仔细的测试,预想我们会需要一些柔化把边缘去掉,但是我感觉当我用大部分常用柔光滤镜时,我看到的结果就是用一个柔光滤镜的效果(小编:就是说对画面没有任何加成)!

我觉得不需要这些滤镜。我很快会发出这个测试让你们去评判。

镜头

很难描述这些12K图像。现在距离我最早用这个传感器拍摄已经有一阵子了。当我知道要测试这个全新超高分辨率传感器时,我认为我应该用一些好镜头。

一开始我觉得Master Promise会不错,但是伦敦当地的经销商给了我一些Zeiss Supremes,我觉得它们能胜任。我以前没用过这些镜头,但是我觉得他们像是给比较大画幅用的Master Primes。但这个想法是错的。

它们非常特别,一点都不像Master Primes。我还不太确定是不是因为这些镜头特别配这个传感器,但是这些镜头确实带来了一种通透感,看起来很舒服。甚至在摄影机机身上那块小屏幕上,我都能看出它们确实不一样。

它们非常正,没有偏向,但是它们也有一种很好的脸部呈现方式。当我在英国拍摄The Great时,我发现它们看起来非常漂亮,在英国拍《The Great》的时候,腾出时间拍了些镜头。

用这个摄影机的下一个版本拍摄时,我用了Supremes。BMD内部给这个摄影机取了个外号——镜头检查器。

这个说法还挺恰当。我试过不同的镜头,试下来的感受是:这个摄影机能更清楚地显示价格更高的镜头与价格更低的镜头之间的区别。在其他摄影机上,这些差别不是太明显。

我跟我经验丰富的跟焦员有过一次有意思的对话,他自己有一套我拍摄用的Supremes,所以他非常了解这些镜头。他当时在用他过去几年一直在用的普通13寸高清监视器,他觉得他可以多少能看到一点或者更多不同,而有些信息是他的监视器看不到的。我想我们很快得换更多4K便携监视器了。

所以焦点变成了一个更重要的问题了。我想会有很多人把12K用来做各种裁切构图,而以前他们没法这样去裁切,但是如果你准备这么做,你最好配好的镜头,而且焦点得1000%地准确。

我拍一些演示素材时,就用了比平时更小的光圈。比较广的镜头通常是用T.28或者T4,搭配内部滤镜,只有在非常近的特写时,我才会开非常大的光圈。

讲真,我觉得这个摄影机看起来真的是超特别!

010.jpg

后期

我用我2017年的15寸Macbook Pro和Resolve 16.2.2,还有定制的BRAW SDK(现在在Resolve中了)来给这些素材剪辑和调色。

011.jpg
我最简陋的剪辑配置
2017 MacBook Pro;Drobo 5盘阵
和一个EGPU(用来连我家里的三星电视)

我有一个用来存照片的Drobo磁盘阵列,这可能是最慢的RAID系统之一,但是它还是可以让我的系统剪12K素材。

这种编解码足够智能,在播放时能动态调整,所以你可以在一台性能不够好的电脑上(像我的这台一样),处理这种格式。我是有一台BMD eGPU Pro,不过我主要是用它的HDMI输出来连接电视机做调色监看。

我本能觉得这个编解码足够智能,如果你有一个能剪4K的系统,那你就能剪12K,不需要代理和缓存。

结果怎么样呢?

设计这个传感器的目标是得到更好的像素。解决拜耳传感器和缺少色度信息的问题最好的办法就是给每个通道同样多的信息,再把它们跟白色像素结合起来。

跟Blackmagic RAW这样的智能编解码结合起来后,你就可以用一种非常智能的方法把像素分组,然后这就让你可以实现一种特别智能的机内缩放,避免了常见的跳行采样和像素合并的副作用。

我总结的就是用这个传感器我可以得到非常漂亮的8K或4K文件,都是从一块12K传感器中超采样得到,有准确得多的色彩。记录成12K也是这样的。

尽管BRAW因为采用了部分机内去拜尔,招来一些批评,称它“不是RAW”,但是正是机内解拜耳解决了困扰其他RAW摄影机的一个主要问题,而且提供了惊人的压缩效率。

你可以拍8K、6K或4K超采样RAW图像,不会裁切或者更改构图。它可以拍12K 60p、8K 120 p,再说一遍这些高帧率不需要用裁切,构图不会发生变化。

所以现在我们有了一块可以拍8K、6K和4K,当然还有12K BRAW的12K传感器。

到目前为止,我还是觉得很厉害的。因为疫情,我不能在一个“真正的”的HDR环境中看看这些素材,但是我在家用REC 709/2020看,效果看起来很不错。

这里还有一些数据。我用这四个分辨率在几个场景中拍了一天,所有的数据存在6张AngelBird CFAST卡上。我大部分拍的是8K 60p,每个场景都有一些12K的镜次。一天的数据总共1.06 TB,随机拍的。

昨天还有一个项目,我拍自己的一个采访。用的12K Q5质量,在256GB的卡上拍了将近70分钟。

顺便说一下,我真的是强烈推荐Anglebird卡。他们是目前这台摄影机能用的最快的卡,256GB的型号比512GB的略胜一筹。我自己花钱买的卡,喜欢才这么说(小编:没有恰饭)。

我认为BMD用他们第一次从零开始设计的定制传感器所做的工作是非常卓越的。目前看来,它拍摄的图像是很震撼的,而且这个摄影机刚推出,还在做进一步的开发。我很喜欢摄影机拍的原始素材,为图像处理提供了足够的空间。

012.jpg
我在Keslow的朋友帮我弄了一套我用的简配设备。
机器架在如影2稳定器上,用来当遥控机头,
放在一个CamTram滑轨上,配的65mm Supreme镜头。

013.jpg
12K摄影机装在如影2上,配Zeiss supreme 12mm镜头,
架在一个叫Camtram的滑轨上。

简而言之,我们有了一款12K 60p的RAW摄影机,工作流程跟现在的4K类似,提供了机内缩放,支持多种分辨率(不需要裁切),采用了革命性的传感器设计(我认为做了极大地提升)。

我喜欢我看到的微妙之处和细节。我之前担心12K分辨率会怎么呈现一个人的脸,但是我后来爱上了它带来的通透性。它带来了极为悦目的人脸画面,而且完全没有增强那些斑点。它的画面和运动有一种丝绸般的顺滑感,仍然非常有胶片感和电影感,但是也有非常多复杂的质感。

最后,还是让画面来说话吧。

12K Blackmagic RAW素材和Resolve 16.3 beta网盘

下载链接:
https://pan.baidu.com/s/1xA4JiuBsDw_UcpmcYSXbvA  
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发表于 2020-7-20 19:57 | 显示全部楼层
多谢楼主的精彩分享!!!

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发表于 2020-7-22 00:43 | 显示全部楼层
Anglebird这个牌子的卡买不到啊,万能的淘宝都没有!

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2015-3-19
发表于 2020-7-24 11:52 | 显示全部楼层
分辨率我不感冒,厂商就不能研究一下高速慢动作的摄影机吗?500fps性能的摄影机太少太少,1000fps的消费级摄影机不管FS700还是黑卡(画质低劣),什么时候能有个500fps的1080P就心满意足了。

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2015-9-26
发表于 2020-8-5 11:35 | 显示全部楼层
就这画质,能说好吗?
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