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电影产业复兴开始，专业CMOS迎来新一波创新
2023-04-20 02:10:00
消费级CMOS图像传感器的技术发展不仅体现在每年的IISW等学术会议上，也很快就在市场上显现出来，例如最近持续走热的1英寸CMOS。然而，要说高成像质量的话，最强的自然还是目前用在专业电影录制机器中的CMOS，比如大疆最新发布的悟3上的那颗全画幅CMOS。那么相对手机CMOS，这些专业机器对CMOS又提出了哪些要求呢？
小众专业市场，定制化成为趋势
与手机CMOS如此竞争的激烈不同，电影机的CMOS往往需要过几年才换代一次。比如占据了电影机市场大半江山的德国公司Arri，其主流机型所用的传感器均是由安森美开发的ALEV 3，而这已经是一块2010年面世的传感器了。但为了应对不同的需求，Arri会选择将多个ALEV 3拼接在一起，推出不同传感器大小的机器，比如作为《流浪地球 2》拍摄主机位的Alexa 65，其传感器就是三块ALEV 3拼凑在一起。
几代ALEXA机器的传感器大小 / Arri
直到去年，Arri才在新机器Alexa 35上用到了新的ALEV 4传感器，该传感器依然是与安森美一同联合开发的，而且与ALEV 3一样采用了S35的传感器大小。不过，ALEV 4可以实现4.6K分辨率的视频输出，且动态范围达到了17档，滚动快门时滞最小只有5.7ms。
参数上同样强大的还有美国厂商RED Digital Camera的Red系列电影机，从近几年开始Red将其电影机产品线几乎全部换成了全局快门的CMOS，以极快的滚动快门大大地降低了果冻效应，而且录制规格也被推到了8K120FPS的水准。
由此看出，对于电影市场来说，目前CMOS像素并非决定性的参数，只要保证4K、8K的分辨率的前提下，尽可能做到更高的动态范围、更低的响应速度才是最重要的。
国产CMOS在电影机上的身影
国产电影机市场这些年也没闲着，出现了像Kinefinity卓曜科技、Z-Cam这样的公司，甚至还有新入局的大疆，继续推动。但在这些电影机中，国外的CMOS，尤其是索尼CMOS依然占据大量份额。比如Kinefinity的Mavo Edge 6K电影机、大疆的如影4D-6K，用到的仍然是索尼的IMX410传感器。
至于他们的8K机型是否用到了长春企业长光辰芯生产的那颗“核高基重大专项”的8K CMOS，笔者猜测应该不是，毕竟这颗4900万像素的CMOS可以做到16bit ADC输出下8K 120fps的超高规格，用到的是背照式堆栈工艺，且与Mavo Edge 8K以及大疆禅思X9的录制参数均不吻合。
除了以上这些国内厂商以外，过去以望远镜产品著名的厂商博冠也开始做起了专业摄像机。以他们去年推出的博冠B1为例，就用在了2023年春晚和冬奥会上。B1是一台国内自主研发的8K超高清摄像机，采用了一块35mm的全画幅CMOS，有效像素达到4700万，同时具备300和2400的双原生ISO。据笔者了解，B1似乎也用到了国产CMOS。
不过，虽然录制规格已经达到了8K@60fps，博冠B1这台机器还有很多能继续突破的地方。比如其动态范围小于等于14档，录制最大码率只有400M等等。或许对于高成本电影的录制来说不会用到，但对于广播级的电视节目的录制来说已经绰绰有余了。
结语
但话又说回来，对于电影机这样的专业设备，传感器并不是决定其画面质量的唯一因素，只能算是最为关键的核心元件。除此之外，还有ADC位数和精度、处理器可编程性能和接口芯片传输效率等等需要考虑。
比如上面提到的Alexa 35要想实现18bit的读出，必然需要更高精度的ADC；不少Red电影机的处理器则选用了Xilinx的FPGA，因为这样不仅方便后续重新编程提供解码器之类的固件更新，也拥有比ASIC方案更高的稳定性。
所以国产电影机要想在国际市场闯出一片天地，除了要建立起自给自足的CMOS传感器供应外，也需要在数字、模拟信号的处理上加强技术积累，这样才有可能先从硬件上打好基础。
小众专业市场，定制化成为趋势
与手机CMOS如此竞争的激烈不同，电影机的CMOS往往需要过几年才换代一次。比如占据了电影机市场大半江山的德国公司Arri，其主流机型所用的传感器均是由安森美开发的ALEV 3，而这已经是一块2010年面世的传感器了。但为了应对不同的需求，Arri会选择将多个ALEV 3拼接在一起，推出不同传感器大小的机器，比如作为《流浪地球 2》拍摄主机位的Alexa 65，其传感器就是三块ALEV 3拼凑在一起。
几代ALEXA机器的传感器大小 / Arri
直到去年，Arri才在新机器Alexa 35上用到了新的ALEV 4传感器，该传感器依然是与安森美一同联合开发的，而且与ALEV 3一样采用了S35的传感器大小。不过，ALEV 4可以实现4.6K分辨率的视频输出，且动态范围达到了17档，滚动快门时滞最小只有5.7ms。
参数上同样强大的还有美国厂商RED Digital Camera的Red系列电影机，从近几年开始Red将其电影机产品线几乎全部换成了全局快门的CMOS，以极快的滚动快门大大地降低了果冻效应，而且录制规格也被推到了8K120FPS的水准。
由此看出，对于电影市场来说，目前CMOS像素并非决定性的参数，只要保证4K、8K的分辨率的前提下，尽可能做到更高的动态范围、更低的响应速度才是最重要的。
国产CMOS在电影机上的身影
国产电影机市场这些年也没闲着，出现了像Kinefinity卓曜科技、Z-Cam这样的公司，甚至还有新入局的大疆，继续推动。但在这些电影机中，国外的CMOS，尤其是索尼CMOS依然占据大量份额。比如Kinefinity的Mavo Edge 6K电影机、大疆的如影4D-6K，用到的仍然是索尼的IMX410传感器。
至于他们的8K机型是否用到了长春企业长光辰芯生产的那颗“核高基重大专项”的8K CMOS，笔者猜测应该不是，毕竟这颗4900万像素的CMOS可以做到16bit ADC输出下8K 120fps的超高规格，用到的是背照式堆栈工艺，且与Mavo Edge 8K以及大疆禅思X9的录制参数均不吻合。
除了以上这些国内厂商以外，过去以望远镜产品著名的厂商博冠也开始做起了专业摄像机。以他们去年推出的博冠B1为例，就用在了2023年春晚和冬奥会上。B1是一台国内自主研发的8K超高清摄像机，采用了一块35mm的全画幅CMOS，有效像素达到4700万，同时具备300和2400的双原生ISO。据笔者了解，B1似乎也用到了国产CMOS。
不过，虽然录制规格已经达到了8K@60fps，博冠B1这台机器还有很多能继续突破的地方。比如其动态范围小于等于14档，录制最大码率只有400M等等。或许对于高成本电影的录制来说不会用到，但对于广播级的电视节目的录制来说已经绰绰有余了。
结语
但话又说回来，对于电影机这样的专业设备，传感器并不是决定其画面质量的唯一因素，只能算是最为关键的核心元件。除此之外，还有ADC位数和精度、处理器可编程性能和接口芯片传输效率等等需要考虑。
比如上面提到的Alexa 35要想实现18bit的读出，必然需要更高精度的ADC；不少Red电影机的处理器则选用了Xilinx的FPGA，因为这样不仅方便后续重新编程提供解码器之类的固件更新，也拥有比ASIC方案更高的稳定性。
所以国产电影机要想在国际市场闯出一片天地，除了要建立起自给自足的CMOS传感器供应外，也需要在数字、模拟信号的处理上加强技术积累，这样才有可能先从硬件上打好基础。
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