数字电影制作技术 (3).pdf

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1、数字电影制作技术数字电影制作技术第一章 图像传感器与数字摄影机数字电影制作技术数字信号的通道数字电影制作技术数字信号的通道及其中的三个重要环节*图像传感器*DSP*模数转换器数字信号的通道数字电影制作技术图像传感器数字电影制作技术CCD!#!$%&(!$%&()*+,-.(/0(12*(*+,-.(/0(12*(33456789456789*CCD的定义!#$%&()$%&()#*+,*+,1969年美国贝尔实验室获2009年诺贝尔物理学奖数字电影制作技术CCD!#!$%&(!$%&()*+,-.(/0(12*(*+,-.(/0(12*(33456789456789*CCD的定义数字电影制作技

2、术CCD*CCD的感光原理*感光区域“水桶”*移位寄存器传输数字电影制作技术CCD*CCD的种类FFT型：全帧转移型FT型：帧转移型，由贝尔实验室的Michael Tompsett 提出的第一种ccd结构，主要用于航空和专业摄影；IT型：行间转移型FIT型：帧行间转移型数字电影制作技术CMOS*CMOS的定义!:;!:;?ABCDEFG=?ABCDEFG1963年，仙童半导体（Fairchild Semiconductor）的Frank Wanlass发明了CMOS电路。1968年，美国无线电公司（RCA）一个由亚伯梅德温（Albert Medwin）领导的研究团队成功研发出第一个CMOS集成

3、电路（Integrated Circuit）数字电影制作技术CMOS*CMOS的感光原理*内置放大器*微线技术数字电影制作技术CCD与CMOS比较*共同点光电转换电荷积累电荷转移电荷-电压转换信号放大无论CCD还是CMOS都要经历上述五个步骤，但在二者之间各步骤的发生顺序可能略有不同。数字电影制作技术CCD与CMOS比较*不同点相比较CCD，CMOS的更多功能都安置在了芯片内部。这是由于CCD是信号传输是靠“耦合”来实现的（CMOS则是靠微线，微线除长度上的制约外不会受光的干扰），在它自身安置太多功能会产生工艺上的复杂和技术上瑕疵。数字电影制作技术CCD与CMOS比较*不同点CCD仅有一个（或

4、少数几个）输出节点统一读出，其信号输出的一致性非常好；而CMOS芯片中，每个像素都有各自的信号放大器，各自进行电荷-电压的转换，其信号输出的一致性较差。CCD为了读出整幅图像信号，要求输出放大器的信号带宽较宽，而在CMOS 芯片中，每个像元中的放大器的带宽要求较低，大大降低了芯片的功耗，这就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。图像传感器数字电影制作技术数字信号处理器数字电影制作技术数字信号处理器的功能*色彩平衡*色彩调整*伽玛校正*增益*拐点数字电影制作技术“烧入”记录与非“烧入”记录*“烧入”处理通过摄影机上的“旋钮”和机内菜单将对影像的调整直接“烧入”影像；数字电影制作技术“烧入”记

5、录与非“烧入”记录*非“烧入”处理DSP中的算法不对影像进行色彩调整和反差改变等；对影像的调整伴随式地记录在元数据中，并未实际“烧入”影像；数字电影制作技术RAW记录极少的按钮、菜单亦不复杂无磁带、数字化；原初记录数字摄影机RAW电子负片；DSP只对信号进行初步处理；元数据及外置LUT等体现创作意图的重要“证据”留存；数字电影制作技术RAW记录原初记录数字电影制作技术RAW记录帧频、压缩比等不可变raw不意味着没有压缩red最小压缩比3:1（自称无损）很多raw是对数记录而非线性记录只要未经“色彩解析”就是raw原初记录数字电影制作技术RAW记录佳能的特别方案感光度提前“烧入”白平衡提前“烧入

6、”采用对数编码去拜耳算法：“全”、“半”两种选择原初记录数字信号处理器数字电影制作技术模数转换器与数字化数字电影制作技术采样频率数字电影制作技术采样频率频率越高越精准数字电影制作技术奈奎斯特定律模拟到数字转换过程中采样率至少要达到模拟信号中最高频率的两倍；“假频”引入混叠aliasing锯齿效应jagged effect 数字电影制作技术量化比特16比特24比特比特位越高越精准数字电影制作技术量化比特数字电影制作技术量化比特数字电影制作技术量化比特像素电平像素亮度（8bit）像素亮度（10bit）0伏1伏025501023相同的像素亮度值在不同的比特量化体系中代表的实际亮度不同，所处的体系比特

7、数越小，其代表的实际亮度越大，反之则越小；比特数越小所提供的数字越少，则中间的亮度层次越少；反之则越大；模数转换器与数字化数字电影制作技术高清/超高清、像素、分辨率数字电影制作技术高清与超高清高清的最低标准：720条水平线高清的两种常见格式：19201080&1280720标清高清标清：480水平线（美）、576水平线（欧）超高清 超高清：4K及以上数字电影制作技术像素与感光点Pixel vs Photosite感光的物理“点”，最小感光单元感光点像素“虚拟”的，是感光点的色彩“组合”多个感光点（至少三个）组成一个像素Picture elementpix+el数字电影制作技术像素与感光点边缘感

8、光点参与其它像素计算，但它们本身无法“组织”完成像素；数字电影制作技术分辨率分辨率Resolution和清晰度definition分辨率：即解像力，表示一种物理状态；清晰度：代表一种美学的选择，是感知量，用锐度量化；清晰度锐度分辨率反差数字电影制作技术分辨率分辨率：人眼所能分辨的最小细节，用线/毫米、线对/毫米、dpi、ppi、TVL、水平像素数垂直像素数等表示；这种分辨率又称视觉分辨率。数字电影制作技术分辨率锐度(acutance)数字电影制作技术分辨率锐度与分辨率对比Acutance:High,Resolution:LowAcutance:Low,Resolution:HighAcutan

9、ce:High,Resolution:High数字电影制作技术分辨率MTF曲线高清/超高清、像素、分辨率数字电影制作技术色彩解析数字电影制作技术三种分色类型单片、三片、佛文数字电影制作技术彩色插值与去拜耳从黑白中制造色彩数字电影制作技术彩色插值与去拜耳从黑白中制造色彩彩色滤镜赋予每个感光点以一种色彩数字电影制作技术彩色插值与去拜耳从黑白中制造色彩数字电影制作技术彩色插值与去拜耳索尼F65的Q67滤镜索尼的特别方案提高感光点利用率由此带来的变化是像素利用率由拜尔滤色片的33.3%提高到了67%，用两倍像素密度实现了拜尔滤色片四倍像素密度才能达到的分辨率，这也是Q67滤色片名称的由来。数字电影制作

10、技术彩色插值与去拜耳色彩平衡、平衡色温胶片数字数字电影制作技术色平衡胶片数字数字电影制作技术色平衡原始白平衡native最小的色彩匹配增益RED龙:原始白平衡5000K原始感光度native最小的整体放大增益ALEXA:原始感光度800色彩解析数字电影制作技术数字摄像机性能指标数字电影制作技术传感器尺寸数字电影制作技术传感器尺寸数字电影制作技术传感器尺寸色彩解析数字电影制作技术传感器快门叶子板快门卷帘式快门全域快门雅克享利拉蒂格“果冻”效应 jello effect数字电影制作技术传感器性能指标数字电影制作技术噪声数字电影制作技术噪声光子噪声泊松分布曝光越充分噪声越小电子噪声暗电流噪声受温度影

11、响明显增益噪声增益越大噪声越大数字电影制作技术噪声可能引起噪声的环节数字电影制作技术感光度与动态范围Alexa数字电影制作技术感光度与动态范围*感光度的定义基于饱和的感光度Ssat基于噪声的感光度Snoise40和Snoise10标准输出灵敏度SOS推荐曝光指数REI数字电影制作技术感光度与动态范围*曝光指数EI是一个与影像传感器上形成图像所需的曝光量成反比的数值!#$%&!(#)*+(,&-$%./0!#$*1./&-$%+(,0A镜头的有效F数；La算术平均亮度，单位cd/m2t像元积分时间，单位秒；数字电影制作技术感光度与动态范围*基于饱和的感光度!#$%&!#Hsat是使照相机获得最大

12、有效（不溢出或不起晕的）输出信号的最小曝光量；&系数78的由来统计平均景物中理论上的141%反射物体会产生Hsat的焦平面曝光量；所以，18%反射卡会产生128/1000Hsat的焦平面曝光量；（18141=0.128）$1$2$3#4534536$%#4378$%9:;!#$%&0数字电影制作技术感光度与动态范围*基于噪声的感光度!?1%#$%&A&B1%!?$%#$%&A&B$%以单个像素上得到规定信噪比所需的曝光量来定义；共有两种信噪比40:1和10:1,前者提供“首选优质影像”，后者提供“首选可接受影像”；数字电影制作技术感光度与动态范围*推荐曝光指数是由生产厂家推荐供作参考的一个数值；()*#$%&CHm生产厂家推荐的算术平均焦平面曝光量；数字电影制作技术感光度与动态范围*动态范围（DR）定义比值表示：DR=满势阱容量/读出噪声分贝表示：DR=20lg（满势阱容量/读出噪声）数字电影制作技术感光度与动态范围数字电影制作技术信噪比*信噪比（SNR）定义数字电影制作技术信噪比*信噪比（SNR）测量平均信号值背景标准偏差数字电影制作技术低通滤波器与防红外镜OLPF又称反混频滤波器，由光学石英层制成，消除过高频率信息；数字电影制作技术低通滤波器与防红外镜消除摩尔纹Moire pattern数字摄像机性能指标