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索尼新一代数字摄影机技术 索尼中国专业系统集团 王亚明 屏幕尺寸、观看距离与分辨率密切相关。例如，iPhone 4手机屏幕为3.5英寸，分辨率640×960像素，在400毫米的距离上看不到像素结构，这就是所谓“视网膜”（Retina）分辨率，意即在正常观看距离上其显示屏的分辨率超过了人眼视网膜的分辨能力。高清电视的分辨率是1920×1080像素，其水平像素数量接近2K，以52英寸电视机为例，当观看距离是屏幕高度的3倍也就是大约2米时 2011年NAB展会上索尼发布了必威体育精装版一代数字摄影机F65，索尼独创的8K CMOS成像器件使F65在分辨率、宽容度、灵敏度和色域等关键性能上达到了65mm胶片的拍摄效果，实现了4K制作流程中最后也是最困难的拍摄数字化，是世界上第一台在图像质量上全面超越35mm胶片拍摄质量的数字摄影机，这也是索尼新一代数字摄影机取名F65的原因。 图1. 实现了65mm胶片拍摄效果的数字摄影机F65 F65的核心是索尼必威体育精装版研发的8K CMOS成像器件，总像素数量2,000万，其像素密度是传统4K拜尔滤色片成像器件的2倍，在保持更大宽容度的同时大大提高了分辨率，有利于后期特效处理。8K CMOS成像器件的尺寸相当于35mm胶片的3齿孔画幅，可以使用电影行业所有35mm PL接口镜头和35mm胶片摄影机的辅助摄影器材。F65输出16比特原始数据（RAW Data），能够提供高清、2K和真正的4K原始分辨率，构建了完整的端到端4K制作流程。 8K CMOS成像器件的最高拍摄速度可以达到每秒120帧，成像器件的性能配合16比特RAW Data输出使F65成为第一个支持Academy IIF-ACES（Academy图像交换框架–学院彩色编码规范）的数字摄影系统。 F65还被设计成具备多种制作用途，包括3D支架和斯坦尼康（稳定器）拍摄，以及轻便的可分离T型头配置。此外，机械旋转快门选件完全消除了CMOS成像器件固有的果冻（运动图像变形）效应。 F65采用安装在摄影机上的便携式SR存储卡记录单元 SR-R4，以最高5Gbps的速度把16比特RAW Data记录在具有数据保护、可靠的256 GB、512 GB或1TB SR存储卡内。 图2. F65使用的S35全画幅8K CMOS成像器件 数字图像的质量 数字摄影机（包括高清摄像机）的图像质量取决于分辨率、宽容度、噪波以及色域，其中最重要的是分辨率和宽容度。数字图像是由有限像素阵列构成的，分辨率体现了摄影机再现图像细节的能力，而宽容度则体现了每个像素能够表达的最亮和最暗部之比的能力。对数字图像的质量来说分辨率很重要，但宽容度同样重要，因为图像是由不同基色的不同灰度变化构成的，能够再现的图像细节越多、宽容度越大表现的拍摄对象就越真实，图像质量越好。表2列出了不同摄影设备分辨率和宽容度的性能，可以看到，35mm和65mm彩色负片的分辨率和宽容度都高于高清电视摄像机，这就是胶片图像质量优于高清摄像机的原因。此外，噪波越小、再现的色域范围越大数字图像的质量就越好。 表2. 数字图像的质量 既然分辨率和宽容度对数字图像的质量同等重要，下面就来分析一下这两个指标之间的关系。 35mm全画幅数字摄影机与高清摄像机的差别主要是镜头和成像器件。镜头对图像质量的重要性无需赘述，数字摄影机比高清摄像机图像质量更好的原因之一就是电影镜头的质量普遍优于高清电视镜头。广播级高清摄像机采用3片2/3英寸成像器件，棱镜分色，每个成像器件只产生一种基色的图像，使用2/3英寸B4接口镜头。35mm全画幅数字摄影机采用单片成像器件，在一个成像器件上产生三种基色的图像，使用35mm PL接口镜头，图3示出了B4与PL接口镜头后距的差别。 图3. B4与PL镜头的后距 棱镜分色在棱镜分色系统中分辨率与成像器件的像素数量相同，使用的成像器件有效像素数量是1920×1080，因此RGB三基色的分辨率都是1920×1080像素，由RGB三基色合成的黑白分辨率也是1920×1080像素水平方向1920×3=5760像素，垂直方向1080×2=2160像素由于采用了双像素读出技术，垂直方向上的2个相同基色像素被作为1个像素读出，RGB三基色的分辨率都是1920×1080像素 图4. 不同滤色片像素结构比较 分辨率与宽容度 像素数量越多分辨率就越高，而成像器件尺寸不变时像素数量越多每个像素的面积就越小，灵敏度和宽容度越低，因此分辨率与灵敏度、宽容度是矛盾的。以4K拜尔滤色片为例，4K拜尔像素的分辨率是2K，实现4K分辨率需要8K拜尔像素，有效像素数量3540万，成像器件尺寸不变时每个像素的面积只有4K拜尔像素时的1/4，在像素光电转换性能不变的情况下灵敏度和宽容度将降低2档光圈。这说明在现有的技术条件下增加像素、提高分辨率是很容易的