SONY再创CMOS影像感应器的技术颠峰，全球首个“全局快门CMOS技术”的4K摄影机发布

zjxs

2012年 10月30日， SONY在美国纽约举行了一场盛大的发布会， 其中发布的技术产品具有颠覆传统的革命性意义。

总共发布了 ５件产品！ 全部与 4K有关。

分别是：

全球首款“全域电子快门CMOS技术”的4K数字电影摄影机：PMW-F55

PMW-F3 的后续产品（同样支持 4K拍摄）：PMW-F5

16Bit-4K 信号记录仪：AXS-R5

4K（4,096 x 2,160）的 PVM 级 30英寸 LCD监视器：PVM-X300

及SONY F55/F5专用的 PL卡口的一套 6枚，光圈为 T2.0的电影镜头。


其中最具有技术上革命性意义的，毫无疑问是全球第一款采用真正的“全域电子快门”（Global Shutter ）技术CMOS的，4K数字电影摄影机：PMW-F55。 这一次 SONY又在传感器技术上把对手远远抛在了身后！

大家知道，所有使用 CMOS感光器的摄像机和相机，它们的CMOS传感器都是“滚动快门”的。  在曝光上，每一行的CMOS像素是分别曝光，就像我们拉窗帘一样，窗帘的升起和落下，总有个从下到上（或从上到下）的时间间隔过程，是无法在同一时间点曝光的。

这最大影响就是在拍摄运动画面的时候， 只要是移动物体就会发生“歪斜的变形”，而在高速运动画面的时候，如果采用 1/50秒这样的 25p摄制格式的快门速度，甚至运动画面会有明显的模糊 和 非常明显的变形。

而这个一直是 CMOS无法像 CCD那样善于捕捉高速运动画面的最大障碍（注：CCD是不存在这个问题的，因为CCD的像素都是同时曝光），所以CMOS虽然现在大行其道，但在例如广播级摄像机等一些高端应用领域，依然是CCD的天下。

比如最近比较火的 DSLR拍视频，而CMOS的“滚动快门”引起的“果冻”现象，几乎是所有 DSLR视频的主要弊病之一。  其它使用CMOS的拍摄设备也一样，“果冻”一直都是永远的痛！


而这回 SONY彻底解决了这个问题，其为 F55开发了世界上第一个应用于数字摄影机的“全局电子快门CMOS”  ，这枚 CMOS是标准的电影胶片全幅尺寸的：Super-35mm， 总像素为：1,160万， 有效像素是：4,096 x 2,160（刚好是 4K拜尔模式的解像度）。

此枚 CMOS除了具备业内第一的“全局电子快门”之外， 同时拥有 16Bit 的 A/D量化精度， 在 16Bit，全像素采样（4K像素）模式下，能实现惊人的：180fps的高帧频输出。　同时2K下能进行 2K（2,048 x 1,080）/16Bit/240fps 超高速记录（相当于 10倍的高速变帧）。

更强大的是，此 CMOS的动态范围（宽容度）达到了惊人的：14档（和 35mm胶片基本不相上下）。

SONY总共发布了两部数字摄影机， PMW-F55  和 PMW-F5， 使用的是同一枚 CMOS，只不过 PMW-F5 的 CMOS，SONY将“全局快门”屏蔽了，只能使用普通的“滚动快门”。 帧速度也由 PMW-F55  的 240fps 下降到：120fps（5倍慢动作，但对于广告等的慢动作拍摄需要，已经绰绰有余）。


两部产品外接 4K记录仪：AXS-R5 后，都能记录： 4,096 x 2,160/16Bit/24fps （也可以直接输出 4K-16Bit-60p 信号） 的原始CMOS的RAW数据， 同时在 2K工作模式下，更是可以记录：16Bit/240fps（F55） 和 16Bit/120fps（F5）的RAW信号。









两部产品都是“模块化设计”，每个组建都能单独拆卸和更换。






另外还发布了 30英寸的 4K 级 PVM监视器：PVM-X300





专门为 PMW-F55/F5 设计的一套 6枚 PL卡口的电影镜头。全部是光圈恒定 T2.0

melfes

留名

klyjds2005

强大，中国哪天才有这样的企业！:Q:Q

zjxs

cnmrg3 发表于 2012-11-1 10:02
ＲＥＤ ＯＮＥ来了

RED就是模块化设计曾经一度吸引眼球，说到底它这种东西主要还是外形 和 一个超低的定价当时让人眼前一震而已（尤其是低得让人难以想象的定价）！ 当时 RED-One 4K的，机身定价：$17,500美圆； SONY的 F35输出1080p的，机身定价：$200,000美圆！（RED的价格差 10多倍）； ARRI D21机身（也是1080p的）当时定价：$120,000美圆（RED差：6倍多）。   RED基本就是低价、低可靠、低稳定性的代名词（当时论稳定、可靠性， RED还比不上民用产品哈{:soso_e120:}）。

这样的货，论真正的核心技术竞争力在 SONY这种研发摄像机超过 50年的企业面前，舔鞋底去吧！　　说到底，除了外形模块化之外，真正内部核心没有多少惊异的地方。

这不，你模块化的理念不是不错嘛， 那好，那些个大厂：SONY、Panasonic、包括Canon 等，都开始采用模块化设计了。这样你外形上那一点点看似特别之处，也荡然无存咯！


一个靠外形设计 和 比别人低得多的市场定价竞争的产品，它终归没有太过硬的真正核心竞争力（光稳定性、可靠性就要比 SONY这样的大厂差十万八千里， 之前的 RED-One，一天使用下来，起码死10次机，而且还最好不要在天气炎热的环境下连续开机，否则死得更频繁，M的，这摄影机使用起来还要看环境，不能太热，这说出去不是让人笑话嘛［和漏洞百出的电脑差不多］，RED-Epic莫名其妙的丢帧现象，更是司空见惯{:soso_e120:} ）　。

外形谁都能模仿（这种东西没有什么技术含量）， 定价低这种勾当（中国的山寨厂最擅长{:soso_e120:}）。


但SONY不同， 它的差异化一定是从最根本的技术核心：CCD/CMOS感光器上来做，真正做到我的核心（真正的心脏）要比你强出一大截！  这样拉开差距，即便别人想学也没有那个能耐！{:soso_e120:}


2011年发布的旗舰：F65RS，全球唯一的 8K/16Bit/120fps 的顶级 CMOS技术！


现在的 F55，更是破天荒的全球唯一的“全局电子快门CMOS”  技术的数字电影摄影机（RED？？？ 多长两条腿也追不上了！{:soso_e120:}  它唯一可做的就是把自己的：RED-Epic摄影机降价［RED的创始人，Jim Jannard刚刚在博客上发布 RED-Epic全线降价的消息！刚好和 SONY宣布“New-F摄影机”  几乎同时！ 现在 RED除了以更低的市场价格作为竞争的有效手段，基本没多少招了）

dalaok

klyjds2005 发表于 2012-11-1 09:46
强大，中国哪天才有这样的企业！

再等等。。。

zjxs

SONY  目前的用于数字电影拍摄的全家福：从左到右分别是： CineAlta F65RS、 PMW-F55、 PMW-F5、 PMW-F3

chncwk

dalaok 发表于 2012-11-1 12:06
再等等。。。

再等500年，也许能够达到当下的素质。

nestling

请教楼主在摄像方面CMOS比ccd好在哪里？除了成本，优势在哪

zjxs

nestling 发表于 2012-11-1 12:46
请教楼主在摄像方面CMOS比ccd好在哪里？除了成本，优势在哪

二者的主要差异是：帧率 、动态范围（更多体现在低光动态）、果冻效应 这三点上。

CCD读取数据是走“独木桥”， 它的信号必须按次序一个一个的进入单独的“信号放大器”中进行放大处理。  所以读出速度很慢， 一旦像素高了，它的帧频（fps）就无法做高了。比方说：CCD实现 1080/30p相对容易，但要做到 1080/60p就相对难不少了，要做到更高的 1080/120fps，因为CCD数据读出慢的固疾，使用 CCD就非常困难了。

CMOS不同，它的每个像素都集成了一个“信号放大器”，在光敏二极管对光线进行“光电转换”的同时，信号已经被放大了， 所以所有的像素信号可以同时处理（和CCD的“独木桥”相比，相当于一座“8车道的跨海大桥”）。所以 CMOS读出数据速度快啊。 像素越高，CMOS的帧率（fps）处理速度越明显！ 1080p的分辨率， CMOS可以轻松实现：1080/120fps（甚至更高的速度）。   SONY的 F65RS，其 CMOS有效采样像素是：8,192 x 2,160（1800万像素的），竟然在 16Bit的 A/D量化精度下，做到了全像素：120fps输出（可以想象 CMOS的输出速度有多快了，这要是换了 CCD，是根本不可能实现的）。


动态范围：二者在高光性能上差不多，但在“低光性能”方面 CCD因为无法像 CMOS那样进行 片上的硬件降噪处理，所以 CCD天生的低光性能很差，通常 CCD在低光下，其 ISO基本到 ISO 800就几乎用不成了。 而CMOS特有的高速处理特性，可以很容易嵌入片上硬件降噪机能，可以很轻松的将低光下的 ISO做到 ISO 3200甚至更高。


果冻效应， 上面说了， CCD的像素本身带有“存储器功能”可以做到“同时间同时曝光”。 而 CMOS做不到，它的曝光是是按照每行、每列的次序一行行来分别进行（所有像素的曝光是有时间差的）。 所以拍摄运动图像方面，一直都是 CMOS的死穴！（远远不如 CCD）。 但现在连这个最后的弊端也被 SONY完美克服了！

nestling

谢谢楼主解答

zjxs

cnmrg3 发表于 2012-11-1 12:59
不管索尼如何想，ＲＥＤ的市场份额越来越多，用ＲＥＤ拍的电影越来越多。

恩， 性能差的东西并不是不能拍电影！   这就和外面开的车一样， 奔驰 S600 和 奇瑞QQ 一样都可以作为“代步工具”在马路上跑！{:soso_e120:}

RED拍的不少， SONY拍的难道就少吗！

《阿凡达》、《变形金刚3》、《创.战纪》、《铁甲钢拳》等等，这些超大规模制作的商业大片 不都是出自 SONY之手嘛！   2012年 1月正式上市的 F65RS ，虽然只上市了不到一年，但目前同时以其开拍的商业电影有超过30部！

      

zjxs

另外一点，拍摄电影相对对机器的可靠与稳定性要求没有那么严格（在技术标准上远没有真正的广播级摄像机那样苛刻）。

为什么呢？ 道理很简单，电影拍摄的场景都是预先设定好的， 导演拍摄一个镜头常常因为不满意，要连续往复拍摄10遍、20遍、甚至50遍以上才能达标。而且电影拍摄中，几乎没有一个场面的长度会超过 5分钟，一般来说一部拍摄电影的机器，针对一个镜头拍摄，持续时间也就是 1---5分钟之间，然后就可以终止，基本上不需要像电视摄像机那样，需要长达 2个，甚至 10多个小时的连续工作。

拍摄电影的机器如果出现故障（类似 RED那样的频繁死机；甚至丢帧），完全可以暂停拍摄，把机器的故障排除后，继续拍摄（所以相对来说，电影摄影机不需要那么苛刻的稳定与可靠性；当然越可靠越好，能大幅度提高效率，但这个并不像电视转播中要求那么变态）。


可电视转播的广播级摄像机就不同了， 类似奥运会、世界杯的转播，一个机位的机器通常基本是连续要运转 10小时以上不能停止的（有的基本是 24小时连续工作，没有任何休息），中间是不允许有任何故障的，需要绝对的稳定性 和 可靠性。 而且电视转播的场景不像电影，电视转播是实时发生的，你不可能机器故障了，停下来，处理完毕后，再重新让比赛继续。 所以广播级摄像机在技术特性的要求上往往会比电影拍摄的摄影机，要高得多，也苛刻得多。


你像 RED那种大兴摄影机，你让它做个下面这种顶级的广播级EFP摄像机试试，它那点微末的技术能力弄得出来嘛！ 别的不说，光一个可靠、稳定性上，就足够它死 10次咯！{:soso_e120:}

酥哥漏底

LZ能介绍下国内及港台影视公司摄影机配置情况吗？

zjxs

给大家一个最直观的对比吧， SONY PMW-F55 ，它的世界首个“全局电子快门CMOS” 技术到底解决的是怎样的 CMOS成像上的顽疾呢？　为什么说它是具有革命性意义的呢？

请看下面一组对比： 这是一个旋转的轮盘（实际速度并不块）， 白色的直条最能反映出 CMOS的滚动快门带来的弊病（尤其是类似 DSLR的滚动快门，一旦碰到这种运动图像，果冻是让人很难忍受的）


第一张是 SONY F35 拍摄的（F35使用的是 CCD传感器，所以不存在 CMOS的“滚动快门”捆饶，它拍摄到的画面是完全没有变形的）




第二张是 ARRI Alexa 拍摄的画面，在使用 CMOS的产品中， Alexa算是处理的比较好的了，但与 CCD的 F35相比，画面依然还是有相对明显的肉眼可见的变形。




第三张就是上面那个摄影初哥提到的美国RED公司的 RED-MX 摄影机，它的画面变形就相对比较严重了。





最后的就是能拍视频的 DSLR代表：Canon 5DII的，这个变形基本人眼直观感觉已经无法忍受了（看了有想死的感觉！画面已经扭曲得无法分辨了{:soso_e127:} ）





这就是 CMOS的“滚动快门”带来的弊病。 而 SONY的 F55 其革命性的“全局快门CMOS”   所解决的就是这个问题！ 它拍摄的画面将完全和使用 CCD 的 F35，一模一样！

zjxs

酥哥漏底 发表于 2012-11-1 15:04
LZ能介绍下国内及港台影视公司摄影机配置情况吗？

电影设备的销售量都不可能太多。一年也就是 2、3千台。  这和广播电视设备完全两个概念！

电视台数量太多（全世界有超过 53,000家电视台），每年要采购各类制作设备几十万套。广播级摄像机，类似像 SONY、Panasonic，每年大概要卖 20--30万台左右。 ，类似像大的诸如 CCAV 这类电视台，一个电视台每年的采购量就过千台！


但电影设备完全无法这样卖，电影设备就是这么几百个器材租赁商在买，然后他们买了后，租给拍片的剧组去使用（循环利用而已），虽然全球每年拍摄的电影数万部，但翻过来，掉过去，商业电影的拍摄使用的器材，也就是那几百个大的器材租赁商手中的东西。


拿国内非常大的器材租赁商：“星光影美”来说，这个已经是规模相当大的器材租赁商了，手头的器材也就是 50台不到（和一个省级电视台，随便超过千台器材的规模相比，显然小巫见大巫）。