2024年2月23日发(作者：布凌晓)
索尼新一代数字摄影机技术
索尼中国专业系统集团
技术总监
王亚明
高清之后电视将向什么方向发展？索尼认为电视技术在高清之后的发展方向有两个，
更加身临其境体验的
3D，二是更高分辨率的
作流程的重要组成部分。
4K ，本文介绍的索尼新一代摄影机就是实现
一是能够提供
4K 全数字制
分辨率
屏幕尺寸、观看距离与分辨率密切相关。例如，
素，在 400 毫米的距离上看不到像素结构，这就是所谓
iPhone 4 手机屏幕为 3.5 英寸，分辨率 640×960 像
“视网膜 ”（Retina ）分辨率，意即在正常观看距
高清电视的分辨率是 1920×1080 像素， 其水平像
离上其显示屏的分辨率超过了人眼视网膜的分辨能力。
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 米时看不到像素结
构，因此也可以说
3 倍屏幕高度是观看高清电视的最佳距离。同理，当屏幕尺寸更大、观看距离更近时
4K 时最佳观看距离就是屏幕高度的
1 倍了。
需要的分辨率就更高，当分辨率达到
比 2K 高清分辨率更高的 4K
超高清电视距离现实并不遥远，
我们现在谈论
4K 就像十多年前讨论高
清一样，未来 4K 将像今天的高清电视一样进入千家万户。目前电影的数字中间片制作和放映已经实现
了 2K 和 4K ，好莱坞发行的数字电影中有
30-40%是 4K 的。质量最好的
4K 电影采用 65mm 胶片拍摄后
扫描成 6K 数据， 4K
数字中间片工艺制作。由于
65mm 胶片拍摄的成本太高，洗印困难，大量的
4K 电
影都是用 35mm 胶片拍摄后扫描成
4K 数据，用 4K
数字中间片工艺制作的。
表 1. 4K 电影拍摄、制作
4K 电影采用胶片拍摄的原因是现有的数字摄影机还达不到
4K 分辨率，尽管市场上已经有
4K 像素
4K 像素并不能实现
4K 分辨率。根据美国电影摄影师协会（
ASC）和美国制片人协
的数字摄影机，但
会（PGA ）2009 年 6 月对当时市场上几种主要数字摄影机的测试结果，
所有机型都未能达到
4K
分辨率。
实现 65mm 胶片拍摄效果的数字摄影机
2011 年 NAB 展会上索尼发布了最新一代数字摄影机
F65，索尼独创的 8K CMOS
成像器件使 F65
65mm 胶片的拍摄效果，实现了
4K 制作流程中
在分辨率、宽容度、灵敏度和色域等关键性能上达到了
35mm 胶片拍摄质量的数字摄影
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
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 的核心是索尼最新研发的
8K CMOS 成像器件， 总像素数量 2,000 万，其像素密度是传统 4K 拜
有利于后期特效处理。 8K CMOS
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，
35mm PL 接口镜头和 35mm
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
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
4K 制作流程。
原始分辨率，构建了完整的端到端
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
CMOS 成像器件固有的果冻（运动图像变形）效应。
型头配置。此外，机械旋转快门选件完全消除了
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
1
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
棱镜分色是目前质量最好、光利用率最高的分色方式，缺点是体积比较大。高清电视摄像机的
B4
接口镜头是专为棱镜分色系统设计的，其后距（法兰距）为
48mm，可以容纳 2/3 英寸分色棱镜。从图
3 可以看到， 35mm PL 接口镜头的后距是 52mm，比 B4 镜头的后距还要大一些。不过，
35mm 全画幅成
像器件的尺寸是
2/3 英寸成像器件的 2.5 倍，以成像器件的尺寸来计算适用于
35mm 全画幅成像器件的
棱镜尺寸至少是 2/3 英寸棱镜的 2 倍，需要占用 100mm 以上的空间，大大超过了 PL 接口镜头的后距。因此，对使用 35mm PL 接口镜头和全画幅成像器件的数字摄影机来说，由于镜头后距空间无法容纳分色棱镜，使用单片成像器件是唯一的选择。
1. 像素数量与分辨率
在棱镜分色系统中分辨率与成像器件的像素数量相同，
高清摄像机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。
单片成像器件拍摄彩色图像时必须在每个像素上覆盖滤色片，
RGB
滤色片交错排列，每个像素只
能采集 R、G 或 B 基色中的一个。 与棱镜在 3 维空间上实现分色不同，
滤色片是在
2 维空间上实现分色，
因此分辨率与像素数量成正比但并不相同，无论什么类型的滤色片，其分辨率都低于成像器件的像素数
量。
例如， F35 采用了条栅滤色片，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，因此 RGB 三基色的分辨
率都是 1920×1080 像素。
数码相机和数字摄影机的单片成像器件大都使用拜尔滤色片（
数量分别是水平和垂直方向像素数量的一半，正交排列，
Bayer Pattern）分色， R 和 B 的像素
G 像素斜交排列，把相邻行和列像素合并计算
时 G 像素数量与水平和垂直方向像素数量相同，对角线方向减半。图 4. 不同滤色片像素结构比较
2.
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，但成像器件尺寸不变时像素数量越多分辨率
越高灵敏度和宽容度就越低，因此，
4K 摄影机的最大挑战是同时提高分辨率和宽容度。
图 5. 分辨率（像素密度）与灵敏度
/宽容度的矛盾
2
3. Q67 滤色片
F65 的 8K CMOS
为了解决分辨率与宽容度之间的矛盾，
成像器件采用了两项新技术。首先是新的
像素排列方式，图
6 示出了 8K CMOS
成像器件 Q67 滤色片与
4K 拜尔滤色片像素排列的比较，从图中
45 度，全部像素排列
可以看到，新的成像器件滤色片排列方式与拜尔滤色片的最大差别是图形旋转了
由正交变为斜交， 但 G 像素的排列由拜尔滤色片的斜交变成了正交，
R 和 B 像素排列则变成了斜交。
由
33.3%提高到了 67%，用两倍
此带来的变化是提高了成像器件表面的利用率，其利用率由拜尔滤色片的
Q67 滤色片名称的由来。
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
图 6.
拜尔与 Q67
滤色片的比较
图 7.
拜尔与 Q67
成像器件的比较
图 8.
不同分色方式的像素结构比较
4. 新工艺
8K CMOS 成像器件提高灵敏度和宽容度的另一项措施是采用了新的加工工艺，成像器件内部连接
层由传统 CMOS 工艺的铝改为铜，使
CMOS 成像结构的厚度减小了
40%，提高了灵敏度和宽容度。采
用上述两项新技术后，与高清分辨率的
F35 相比尽管 8K CMOS 的像素密度是
F35 成像器件的 3 倍，但
F65 的灵敏度和宽容度都高于 F35。
图 9. CMOS 成像器件像素剖面图比较
5. 更宽广的色域，支持 Academy IIF-ACES 标准
F65 的 8K CMOS 成像器件实现了比彩色负片更宽广的色域再现范围，能够真实地还原被摄物的原
始质感， 并为后期调色处理预留了更大空间。
此外， F65 还支持最新的后期制作标准
Academy IIF-ACES
（ Academy 图像交换框架–学院彩色编码规范） 。图
10. 色域比较
Academy IIF （ Image Interchange Framework ）- ACES（ Academy Color Encoding Specification
）也简称
为 AMPAS-IIF （ The Academy of Motion Picture Arts and Sciences - IIF ），是美国电影艺术与科学学院为提
高电影、 电视制作质量而提出的新一代制作标准。
美国电影艺术与科学学院引入
ACES 的目的是用更高
的色彩精度整合胶片与数字拍摄资源，消除不同图像格式转换时的彩色误差，在不同设备的流程之间提
供改善的彩色管理，以高精度母版为基准支持胶片和数字电影、电视等多种发行方式。除索尼
F65 外，
其它主要摄影机厂商都在考虑支持
ACES ，美国电影艺术与科学学院已经向
SMPTE 提出标准化申请，
Academy IIF-ACES
有望成为全球统一的数字电影
图 11. Academy IIF-ACES 工作流程
6. 实现 65mm 胶片的拍摄效果
8K CMOS 成像器件不但提高了分辨率和宽容度，
/电视制作标准。
还有效地减少了拜尔滤色片固有的假彩色现象，
图
12 和图 13 示出了 F65 与 4K 拜尔滤色片摄影机图像的比较。
图 12. F65 与 4K 拜尔滤色片摄影机的分辨率比较图 13. Q67 减少了拜尔滤色片固有的假彩色现象
7. SR 存储卡数据记录
F65 输出的 16 比特原始数据记录在索尼新开发的
SR 高速存储卡上， 每秒 24 帧拍摄时原始数据的码
率为 6.8Gbps（ 850MB/s ），每帧画面 36MB 。为节省记录空间对原始数据进行了
3:1 左右的无损浅压缩，
每秒 24 帧拍摄时实际记录在 SR 存储卡上的码率约为 2.4Gbps（ 300MB/s ），每帧画面约 12MB ，与 10 比特 2K
DPX 对数文件差不多，使用 1TB 存储卡时可以记录 48 分钟原始数据素材。
除了在 SR 存储卡内记录高码率原始数据外，在
F65 外部可以还安装一个记录单元，用较低码率记
3
录与 4K 素材内容、时码完全相同的高清离线编辑用代理文件，记录在
CF 卡或其它记录介质内的代理
码流文件可以直接在笔记本电脑上进行离线编辑，
根据编辑决定表把需要的原始数据上载到数字中间片
（ DI ）系统完成 4K 高质量电影母版制作，最后输出电影行业通用的
DPX 格式文件。
图 14. F65 图像数据文件记录
8. 机械快门选件、镜头元数据、平板电脑控制界面
F65 可以选装与胶片摄影机一样的机械旋转快门，通过调整叶子板的开口角度控制曝光时间。其实
CMOS 与 CCD 一样可以用电子快门控制曝光时间，但
CMOS 不像 CCD 一样具有存储功能。具有帧存
储功能的 CCD 以帧为单位读出图像，
电子快门的作用相当于胶片相机上的全域快门
（ Global shuttle ，也
称为中心快门） ，可以完全替代机械快门的功能。而
CMOS 没有帧存储功能，是逐点、逐行顺序读出图
像数据的，相当于胶片相机中的滚动快门（
Rolling shuttle，也称为缝隙快门） 。由于一帧图像不是同时
曝光而是分时曝光产生的，所以拍摄快速移动的物体时就会出现所谓的果冻效应（
Jello effect ），其表现
就是图像变形。
图 15. F65 旋转快门选件和 CMOS 成像器件的果冻效应
CMOS 成像器件固有的
机械快门的作用就是用遮挡的方法控制进入成像器件表面的曝光量，消除
果冻效应。该选件还带有内置的
量。
ND 滤镜旋转轮，可以方便地在镜头后面插入不同等级的灰片控制曝光
F65 的 PL 镜头接口支持 ARRI 和 Cooke 格式的镜头元数据传输，摄影机能够直接读取这两种格式
镜头的元数据。 F65 还可以通过 WiFi 连接 iPad/Android 平板电脑， 安装相应的应用软件后现场工程师或摄影师就可以用平板电脑对摄影机进行无线控制并设置各项参数。
图 16. 平板电脑控制界面
9. 性能比较
表 3. S35 全画幅数字摄影机比较
F65 工作流程
8K CMOS 成像器件输出的图像信号经
14 比特量化后以 16 比特文件的形式输出原始数据，经过无
损浅压缩后记录在 SR 存储卡内。这些原始数据就像胶片上记录的影像一样，被称为“数字负片”
。除了
浅压缩无损编码外“数字负片”文件没有经过任何处理，包括了成像器件产生的所有原始影像信息。不
10或12
比特 DPX 对数文件不同，不能直接
过，这些原始数据与胶片扫描仪从彩色负片上扫描得到的
用于现有的数字中间片制作流程。
图 17. F65 RAW Data 工作流程
把 F65 原始数据文件转换成
DPX 对数文件需要三个步骤。首先是解码，把经过浅压缩的文件解压
De-Bayer 也就是对 R 和 B 进行插值运算，把
缩还原为原始数据，然后是
转换成 16 比特 4K RGB 数据，最后把 16 比特线性量化的
RGB 文件转换成
8K CMOS 原始数据经过运算
12 比特对数伽玛 DPX 文件，
DPX 对数文件后就可以使用与
这是因为现有的数字中间片工作流程都是以对数空间为基础的，转换成
SDK 插
胶片拍摄完全相同的流程进行后期制作了。这三个步骤可以用安装在数字中间片制作设备中的
件完成，安装了支持 F65 文件转换的 SDK 插件后，数字中间片制作设备就可以把已经上载的
16 比特 8K
CMOS 原始数据自动转换成
12 比特 DPX 对数文件。
Academy IIF-ACES 的工作流程中则
上述工作流程适用于现有基于对数空间的数字中间片设备，在
F65 文件转换成 ACES 文件的 SDK 插件，将 16 比特的
F65 原始数
需要在数字中间片制作设备上安装将
据转换成 ACES 文件，见图 11。
结束语
图 18. 索尼数字摄影机发展历程
4
自 2000 年索尼发布全球第一台数字摄影机
HDW-F900 以来，平均每两年索尼就会推出一代新的数
F65 首次实现了数字摄影技术对
35mm 胶片的超
字摄影机， 2011 年 NAB 索尼展示的第六代数字摄影机
越，达到了 65mm 胶片的拍摄效果。今后索尼将继续与电影行业密切合作，努力开发新技术，为电影拍摄的数字化做出贡献。
·全文完·
2011年 8月
5
2024年2月23日发(作者：布凌晓)
索尼新一代数字摄影机技术
索尼中国专业系统集团
技术总监
王亚明
高清之后电视将向什么方向发展？索尼认为电视技术在高清之后的发展方向有两个，
更加身临其境体验的
3D，二是更高分辨率的
作流程的重要组成部分。
4K ，本文介绍的索尼新一代摄影机就是实现
一是能够提供
4K 全数字制
分辨率
屏幕尺寸、观看距离与分辨率密切相关。例如，
素，在 400 毫米的距离上看不到像素结构，这就是所谓
iPhone 4 手机屏幕为 3.5 英寸，分辨率 640×960 像
“视网膜 ”（Retina ）分辨率，意即在正常观看距
高清电视的分辨率是 1920×1080 像素， 其水平像
离上其显示屏的分辨率超过了人眼视网膜的分辨能力。
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 米时看不到像素结
构，因此也可以说
3 倍屏幕高度是观看高清电视的最佳距离。同理，当屏幕尺寸更大、观看距离更近时
4K 时最佳观看距离就是屏幕高度的
1 倍了。
需要的分辨率就更高，当分辨率达到
比 2K 高清分辨率更高的 4K
超高清电视距离现实并不遥远，
我们现在谈论
4K 就像十多年前讨论高
清一样，未来 4K 将像今天的高清电视一样进入千家万户。目前电影的数字中间片制作和放映已经实现
了 2K 和 4K ，好莱坞发行的数字电影中有
30-40%是 4K 的。质量最好的
4K 电影采用 65mm 胶片拍摄后
扫描成 6K 数据， 4K
数字中间片工艺制作。由于
65mm 胶片拍摄的成本太高，洗印困难，大量的
4K 电
影都是用 35mm 胶片拍摄后扫描成
4K 数据，用 4K
数字中间片工艺制作的。
表 1. 4K 电影拍摄、制作
4K 电影采用胶片拍摄的原因是现有的数字摄影机还达不到
4K 分辨率，尽管市场上已经有
4K 像素
4K 像素并不能实现
4K 分辨率。根据美国电影摄影师协会（
ASC）和美国制片人协
的数字摄影机，但
会（PGA ）2009 年 6 月对当时市场上几种主要数字摄影机的测试结果，
所有机型都未能达到
4K
分辨率。
实现 65mm 胶片拍摄效果的数字摄影机
2011 年 NAB 展会上索尼发布了最新一代数字摄影机
F65，索尼独创的 8K CMOS
成像器件使 F65
65mm 胶片的拍摄效果，实现了
4K 制作流程中
在分辨率、宽容度、灵敏度和色域等关键性能上达到了
35mm 胶片拍摄质量的数字摄影
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
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 的核心是索尼最新研发的
8K CMOS 成像器件， 总像素数量 2,000 万，其像素密度是传统 4K 拜
有利于后期特效处理。 8K CMOS
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，
35mm PL 接口镜头和 35mm
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
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
4K 制作流程。
原始分辨率，构建了完整的端到端
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
CMOS 成像器件固有的果冻（运动图像变形）效应。
型头配置。此外，机械旋转快门选件完全消除了
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
1
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
棱镜分色是目前质量最好、光利用率最高的分色方式，缺点是体积比较大。高清电视摄像机的
B4
接口镜头是专为棱镜分色系统设计的，其后距（法兰距）为
48mm，可以容纳 2/3 英寸分色棱镜。从图
3 可以看到， 35mm PL 接口镜头的后距是 52mm，比 B4 镜头的后距还要大一些。不过，
35mm 全画幅成
像器件的尺寸是
2/3 英寸成像器件的 2.5 倍，以成像器件的尺寸来计算适用于
35mm 全画幅成像器件的
棱镜尺寸至少是 2/3 英寸棱镜的 2 倍，需要占用 100mm 以上的空间，大大超过了 PL 接口镜头的后距。因此，对使用 35mm PL 接口镜头和全画幅成像器件的数字摄影机来说，由于镜头后距空间无法容纳分色棱镜，使用单片成像器件是唯一的选择。
1. 像素数量与分辨率
在棱镜分色系统中分辨率与成像器件的像素数量相同，
高清摄像机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。
单片成像器件拍摄彩色图像时必须在每个像素上覆盖滤色片，
RGB
滤色片交错排列，每个像素只
能采集 R、G 或 B 基色中的一个。 与棱镜在 3 维空间上实现分色不同，
滤色片是在
2 维空间上实现分色，
因此分辨率与像素数量成正比但并不相同，无论什么类型的滤色片，其分辨率都低于成像器件的像素数
量。
例如， F35 采用了条栅滤色片，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，因此 RGB 三基色的分辨
率都是 1920×1080 像素。
数码相机和数字摄影机的单片成像器件大都使用拜尔滤色片（
数量分别是水平和垂直方向像素数量的一半，正交排列，
Bayer Pattern）分色， R 和 B 的像素
G 像素斜交排列，把相邻行和列像素合并计算
时 G 像素数量与水平和垂直方向像素数量相同，对角线方向减半。图 4. 不同滤色片像素结构比较
2.
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，但成像器件尺寸不变时像素数量越多分辨率
越高灵敏度和宽容度就越低，因此，
4K 摄影机的最大挑战是同时提高分辨率和宽容度。
图 5. 分辨率（像素密度）与灵敏度
/宽容度的矛盾
2
3. Q67 滤色片
F65 的 8K CMOS
为了解决分辨率与宽容度之间的矛盾，
成像器件采用了两项新技术。首先是新的
像素排列方式，图
6 示出了 8K CMOS
成像器件 Q67 滤色片与
4K 拜尔滤色片像素排列的比较，从图中
45 度，全部像素排列
可以看到，新的成像器件滤色片排列方式与拜尔滤色片的最大差别是图形旋转了
由正交变为斜交， 但 G 像素的排列由拜尔滤色片的斜交变成了正交，
R 和 B 像素排列则变成了斜交。
由
33.3%提高到了 67%，用两倍
此带来的变化是提高了成像器件表面的利用率，其利用率由拜尔滤色片的
Q67 滤色片名称的由来。
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
图 6.
拜尔与 Q67
滤色片的比较
图 7.
拜尔与 Q67
成像器件的比较
图 8.
不同分色方式的像素结构比较
4. 新工艺
8K CMOS 成像器件提高灵敏度和宽容度的另一项措施是采用了新的加工工艺，成像器件内部连接
层由传统 CMOS 工艺的铝改为铜，使
CMOS 成像结构的厚度减小了
40%，提高了灵敏度和宽容度。采
用上述两项新技术后，与高清分辨率的
F35 相比尽管 8K CMOS 的像素密度是
F35 成像器件的 3 倍，但
F65 的灵敏度和宽容度都高于 F35。
图 9. CMOS 成像器件像素剖面图比较
5. 更宽广的色域，支持 Academy IIF-ACES 标准
F65 的 8K CMOS 成像器件实现了比彩色负片更宽广的色域再现范围，能够真实地还原被摄物的原
始质感， 并为后期调色处理预留了更大空间。
此外， F65 还支持最新的后期制作标准
Academy IIF-ACES
（ Academy 图像交换框架–学院彩色编码规范） 。图
10. 色域比较
Academy IIF （ Image Interchange Framework ）- ACES（ Academy Color Encoding Specification
）也简称
为 AMPAS-IIF （ The Academy of Motion Picture Arts and Sciences - IIF ），是美国电影艺术与科学学院为提
高电影、 电视制作质量而提出的新一代制作标准。
美国电影艺术与科学学院引入
ACES 的目的是用更高
的色彩精度整合胶片与数字拍摄资源，消除不同图像格式转换时的彩色误差，在不同设备的流程之间提
供改善的彩色管理，以高精度母版为基准支持胶片和数字电影、电视等多种发行方式。除索尼
F65 外，
其它主要摄影机厂商都在考虑支持
ACES ，美国电影艺术与科学学院已经向
SMPTE 提出标准化申请，
Academy IIF-ACES
有望成为全球统一的数字电影
图 11. Academy IIF-ACES 工作流程
6. 实现 65mm 胶片的拍摄效果
8K CMOS 成像器件不但提高了分辨率和宽容度，
/电视制作标准。
还有效地减少了拜尔滤色片固有的假彩色现象，
图
12 和图 13 示出了 F65 与 4K 拜尔滤色片摄影机图像的比较。
图 12. F65 与 4K 拜尔滤色片摄影机的分辨率比较图 13. Q67 减少了拜尔滤色片固有的假彩色现象
7. SR 存储卡数据记录
F65 输出的 16 比特原始数据记录在索尼新开发的
SR 高速存储卡上， 每秒 24 帧拍摄时原始数据的码
率为 6.8Gbps（ 850MB/s ），每帧画面 36MB 。为节省记录空间对原始数据进行了
3:1 左右的无损浅压缩，
每秒 24 帧拍摄时实际记录在 SR 存储卡上的码率约为 2.4Gbps（ 300MB/s ），每帧画面约 12MB ，与 10 比特 2K
DPX 对数文件差不多，使用 1TB 存储卡时可以记录 48 分钟原始数据素材。
除了在 SR 存储卡内记录高码率原始数据外，在
F65 外部可以还安装一个记录单元，用较低码率记
3
录与 4K 素材内容、时码完全相同的高清离线编辑用代理文件，记录在
CF 卡或其它记录介质内的代理
码流文件可以直接在笔记本电脑上进行离线编辑，
根据编辑决定表把需要的原始数据上载到数字中间片
（ DI ）系统完成 4K 高质量电影母版制作，最后输出电影行业通用的
DPX 格式文件。
图 14. F65 图像数据文件记录
8. 机械快门选件、镜头元数据、平板电脑控制界面
F65 可以选装与胶片摄影机一样的机械旋转快门，通过调整叶子板的开口角度控制曝光时间。其实
CMOS 与 CCD 一样可以用电子快门控制曝光时间，但
CMOS 不像 CCD 一样具有存储功能。具有帧存
储功能的 CCD 以帧为单位读出图像，
电子快门的作用相当于胶片相机上的全域快门
（ Global shuttle ，也
称为中心快门） ，可以完全替代机械快门的功能。而
CMOS 没有帧存储功能，是逐点、逐行顺序读出图
像数据的，相当于胶片相机中的滚动快门（
Rolling shuttle，也称为缝隙快门） 。由于一帧图像不是同时
曝光而是分时曝光产生的，所以拍摄快速移动的物体时就会出现所谓的果冻效应（
Jello effect ），其表现
就是图像变形。
图 15. F65 旋转快门选件和 CMOS 成像器件的果冻效应
CMOS 成像器件固有的
机械快门的作用就是用遮挡的方法控制进入成像器件表面的曝光量，消除
果冻效应。该选件还带有内置的
量。
ND 滤镜旋转轮，可以方便地在镜头后面插入不同等级的灰片控制曝光
F65 的 PL 镜头接口支持 ARRI 和 Cooke 格式的镜头元数据传输，摄影机能够直接读取这两种格式
镜头的元数据。 F65 还可以通过 WiFi 连接 iPad/Android 平板电脑， 安装相应的应用软件后现场工程师或摄影师就可以用平板电脑对摄影机进行无线控制并设置各项参数。
图 16. 平板电脑控制界面
9. 性能比较
表 3. S35 全画幅数字摄影机比较
F65 工作流程
8K CMOS 成像器件输出的图像信号经
14 比特量化后以 16 比特文件的形式输出原始数据，经过无
损浅压缩后记录在 SR 存储卡内。这些原始数据就像胶片上记录的影像一样，被称为“数字负片”
。除了
浅压缩无损编码外“数字负片”文件没有经过任何处理，包括了成像器件产生的所有原始影像信息。不
10或12
比特 DPX 对数文件不同，不能直接
过，这些原始数据与胶片扫描仪从彩色负片上扫描得到的
用于现有的数字中间片制作流程。
图 17. F65 RAW Data 工作流程
把 F65 原始数据文件转换成
DPX 对数文件需要三个步骤。首先是解码，把经过浅压缩的文件解压
De-Bayer 也就是对 R 和 B 进行插值运算，把
缩还原为原始数据，然后是
转换成 16 比特 4K RGB 数据，最后把 16 比特线性量化的
RGB 文件转换成
8K CMOS 原始数据经过运算
12 比特对数伽玛 DPX 文件，
DPX 对数文件后就可以使用与
这是因为现有的数字中间片工作流程都是以对数空间为基础的，转换成
SDK 插
胶片拍摄完全相同的流程进行后期制作了。这三个步骤可以用安装在数字中间片制作设备中的
件完成，安装了支持 F65 文件转换的 SDK 插件后，数字中间片制作设备就可以把已经上载的
16 比特 8K
CMOS 原始数据自动转换成
12 比特 DPX 对数文件。
Academy IIF-ACES 的工作流程中则
上述工作流程适用于现有基于对数空间的数字中间片设备，在
F65 文件转换成 ACES 文件的 SDK 插件，将 16 比特的
F65 原始数
需要在数字中间片制作设备上安装将
据转换成 ACES 文件，见图 11。
结束语
图 18. 索尼数字摄影机发展历程
4
自 2000 年索尼发布全球第一台数字摄影机
HDW-F900 以来，平均每两年索尼就会推出一代新的数
F65 首次实现了数字摄影技术对
35mm 胶片的超
字摄影机， 2011 年 NAB 索尼展示的第六代数字摄影机
越，达到了 65mm 胶片的拍摄效果。今后索尼将继续与电影行业密切合作，努力开发新技术，为电影拍摄的数字化做出贡献。
·全文完·
2011年 8月
5