摄像机技术对比测试方法论

成像器(Imager Sensor)是一台摄像机最核心的器件,是心脏部分。它的作用是把光信号转成电信号。摄像机后面所做的就是对成像器感应的电信号进行处理、输出或记录。目前的市场上,成像器以CMOS为主流,还有少量CCD。CMOS对CCD的取代始于10年前,这是必然趋势,因为相对于CCD,CMOS有很多优势,比如功耗低(可以做大尺寸),读取速度快(可以升格),成本低(可以量产)等。

关于成像器数量,有三片成像器摄像机和单片成像器摄像机两种。三片成像器需要分光棱镜将光分成RGB单独分别处理。单片成像器目前大多是通过拜耳滤色片结构进行处理的。三片成像器只适合小尺寸成像器,因为大尺寸成像器,意味着大尺寸分光棱镜。而法兰距空间时有限的,容不下大尺寸成像器。比如PL卡口的法兰距时容不下Super 35mm分光棱镜的。

– 分辨率和像素多少有关,但和像素不是一个概念。像素是因,分辨率是果。像素越多,分辨率就越高。

– 严格的分辨率测试需要用分辨率测试卡。通过测试卡可以看出摄像机能够再现多少电视线。或者用多波群卡,以调制度来评价分辨率。这个是传统广电的测试方法,不好直观理解,目前用的少了。

– 灵敏度反映的是成像器对光的敏感程度。灵敏度越高,画面月亮。信噪比反应的是噪点的多少。信噪比越高,噪点越少。灵敏度与信噪比这两个参数是成反比的。所以一定要放在一起看,单看一个是没有意义的。我看到有的厂家在宣传时只强调一个参数,就纯属于市场宣传手段了。

– 灵敏度在电视领域用光圈值表示。标准测试方法是:在照度2000lx、3200K环境下,拍摄89.9%反射率灰度卡。增益0,709伽玛,调整光圈使得示波器上的电平达到100%。此时的光圈值就是灵敏度。

– 灵敏度的测试在电影摄影机领域用基准ISO表示。这时没有一个标准,由厂家自己定。总的来讲,基准ISO是个平衡点,是一台摄像机画质综合素质最高的时候。我们无法通过基准ISO的数值来进行横向对比。需要用摄影机进行实拍后方可得出结论。

– 还有一个值叫最低照度要求。它指的是一个摄像机把自己所有能够增大亮度的参数都开到最高值,比如增益,慢快门,光圈。此时能产生信号的最低照度。这个值不能反映摄像机的暗部表现力。没有多少意义。

– 电影摄影机用宽容度来表示。可以用宽容度测试卡,来测试光孔等级。首先要知道18%灰对应的示波器电平,这个可以从各个厂家的技术白皮书里查到。比如Sony S-Log3在18%灰时对应电平时41%。另外还要知道基于18%灰全高清录播系统,在基准ISO下,上下各分配几档。

– 电视摄像机的动态范围用百分比表示。拍摄一个89.9%反射率的灰卡,以其中白色正常曝光的电平作为100%。(目前的电视信号传输,用电平值来说的话,白是1.0mv,黑是0.3mv)。而成像器原生的动态范围是高于100%的,比如传统电视摄像机能够做到600%以上,现在的摄影机能够做到4000%以上。电视信号传输时,就是0.3-1.0mv。电视709伽玛处理了传输电平的90%,超出100%的动态范围用剩下的10%传输电平应对。当改变伽玛时,则意味着动态范围对传输电平的重新分配。比如HDR曲线时,峰值白对应的100%电平占输出电平50%,高亮度电平占输出电平剩余的50%资源。

– 传统的电视摄像机是709色域。我们国家电视播出也是709色域。标清、高清时代,绝大多数的最终节目呈现都是709的。即使到现在,无论你拍摄时的色域有多宽,最终交片子给电视台或视频网站时,都是需要交709色域的成片。

– 现如今能够拍摄超过709色域的摄影机越来越多了,比如索尼Venice,ARRI ALEXA,Red EPIC-W, Weapon, Monstro VV,松下Varicam等。而要想能见到这些宽色域的彩色,必须用能够还原宽色域的显示设备,如监视器,投影机。这里顺便说一下HDR的概念。我们用高宽容度且宽色域的摄影机拍摄的内容,最终都要转成709格式,也就是动态范围和色彩都压缩了很多,造成了最总呈现的图像和现场人眼所见的场景有很大不同。而HDR就是解决这个问题的。

– 另一方面,关于4K电视播出,国际上已有标准,4K电视播出将采用更宽色域,即BT.2020色域。

5、最高升格。这是和CMOS的读取速度有关系的。升格部分需要细致分析,不能一概而论,比如高清时最高升格,4K时最高升格,升格时是否画幅裁切,升格时是否分辨率下降。

最后,让我们用一张表格做下总结。大家只要将摄像机的这些参数填写上,就能大致比较出各种摄像机的性能了。