Blackmagic Designin uutuuskameraa pitää tarkastella resoluution tuolle puolen

Teksti: Tommi Rosnell I 16.9.2020

Blackmagic Designin tuotejulkistukset herättävät aina suurta mielenkiintoa. He ovat erittäin hyviä pitämään tiedot uusista tuotteista salassa. Keskustelufoorumit täyttyvät ennen jokaista tuotejulkistusta spekulaatioilla, joista suurin osa on BMD:n tuotteiden käyttäjien henkilökohtaisia toiveita. Etenkin kameroiden kohdalla.

Viimeisten vuosien aikana suurikennoisten digitaalisten videokameroiden tuotekehityksen trendit ovat vaihdelleet tiheään tahtiin. Resoluutiohypetyksen jälkeen tuli kennojen pinta-alan kasvattaminen S35-kokoa suuremmaksi (ns. full frame), dual gain -vahvistinpiirit, valmistajien omat ns. RAW-koodekit, ja niin edelleen. Samalla kameroiden piti pystyä tallentamaan koko ajan suuremmilla kehysnopeuksilla, ja kameran rungon koon sekä painon piti tulla pienemmiksi. Niin makeilta kuin uudet ominaisuudet ovat julkistusten yhteydessä kuulostaneetkin, eivät ne kuitenkaan ole ravistelleet digitaalisen kuvantallennusteknologian perusteita.

”Uusi” kenno vs. uusi kenno

Vaikka uusia kameroita julkistetaan aina suurten messujen alla, on harvinaista, että niissä olisi täysin uutta teknologiaa hyödyntävä kenno. ”Uusi” kenno on yleensä kehitysversio valmistajan jo olemassa olevasta kennosta. Uuden teknologian suunnitteleminen on kallista ja aikaa vievää touhua, ja onkin luonnollista, että valmistajat useimmiten parantelevat vanhaa. Arrin Alexa- ja Amira -kameroissa käytetty kenno on ehkä tunnetuin esimerkki: ensimmäinen ALEV-sarjan kenno esiteltiin jo vuonna 2010.

Ursa Mini Pro 12K -kameran kenno on toinen BMD:n suunnittelema kenno (ensimmäinen oli Ursa Mini Pro:sta löytyvä 4.6K-kenno). 12K-kennon kehittäminen alkoi kolme vuotta sitten. Kehitystyö oli alusta asti sidottu Blackmagic RAW-koodekin kehitystyöhön, eikä kamerasta löydy muita koodekkeja kuin BRAW:n eri variaatiot. Siinä missä Blackmagic Design pyrki 4.6K-kennon kohdalla suunnittelemaan perinteisen laadukkaan S35-kokoluokan CMOS Bayer -kennon, ja hyvin onnistuikin siinä, lähtivät he 12K-kennon kohdalla omille poluilleen. Ursa Mini Pro 12K -kennon kaltaista CMOS-kennoa ei ole aikaisemmin julkaistu, eikä sen merkittävin ero muihin verrattuna löydy pikselien määrästä.

Neljäs pikseli

Kaikista merkittävistä suurikennoisista digitaalisista videokameroista on viimeisen kymmenen vuoden ajan löytynyt Bayer CMOS -kenno tai sen variaatio. Värien tallennuksen periaate on perustunut kennon pikselikaivoihin pääsevän valon suodattamiseen kolmeen eri valon aallonpituuteen: pitkään (R), keskipitkään (G) ja lyhyeen (B). Bayer-kennon tuottama ns. raakakuva onkin punaisten, vihreiden ja sinisten pikselien mosaiikki, joka täytyy prosessoida (debayer, demosaic) RGB-kuvaksi. Algoritmi, joka ohjaa prosessointia, on kehitetty päättelemään kunkin RGB-kuvan pikselin lopullisen sävyn vertailemalla raakakuvan pikseleitä toisiinsa. Jokainen Bayer-sensorin tuottaman RGB-kuvan pikseli on toisin sanoen valistunut arvaus.

Käyttäjäkunta on kuitenkin ollut ilmeisen tyytyväinen Bayer-kennoisten kameroiden tekemiin arvauksiin, sillä esimerkiksi itse Roger Deakins on sanonut Arri Alexan tuottaman kuvanlaadun ylittävän perinteisen filmikameran (*). Ja vaikka tästä saisi helposti väittelyn filmin ystävien kanssa, on Bayer-kennolla tehty digitaalinen kuvantallennus kiistatta lunastanut paikkansa esteettisten kuvien tallennuksen välineenä.

Tästä huolimatta Bayer-kennon tapa tuottaa kuvia on kaukana ongelmattomasta ja vaikka sen ongelmien ratkaisemiseksi kehitetyissä tekniikoissa on otettu vuosien aikana isoja harppauksia, on uudelle ajattelulle ollut tilausta. 12K-kennon vangitsema raakakuva on samalla tavalla punaisten, vihreiden ja sinisten pikselien mosaiikki kuin Bayer-kennonkin, mutta erona Bayer-kennoon, tarjoaa BMD:n 12K-kenno mosaiikkiin neljännen pikselin, jota BMD kutsuu nimellä White.

12K-kenno tuottaa siis neljä interpolaatiopistettä RGB-kuvan prosessointiin: RGB ja W. Lisäksi merkittävä ero perinteiseen Bayer-muottiin on se, että siinä missä Bayer-mosaiikissa on vihreitä pikseleitä kaksinkertainen määrä verrattuna punaisiin ja sinisiin, on 12K-mosaiikissa punaisia, vihreitä ja sinisiä pikseleitä yhtä paljon.

Photo: Blackmagic Design

Pienet mutta kirkkaat pikselit

Blackmagicin 12K-kennon lähes 80 miljoonasta pikselistä puolet on ns. White-pikseleitä. Loppupuolikas on jaettu tasan punaisten, vihreiden ja sinisten kesken. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että pelkkä 12K-kennon White-pikselien määrä ylittää REDin 8K Heliumin kokonaispikselimäärän (39MP vs. 35MP). Molempien kennojen pinta-ala sijoittaa ne S35-kokoluokkaan, Helium kennon leveyden ja korkeuden ollessa 29.9 x 15.8 mm ja 12K-kennon vastaavasti 27.03 x 14.25 mm. Siitä huolimatta 12K-kennon piilevylle on ahdettu yli kaksi kertaa enemmän pikselikaivoja.

Luonnollisesti pikselien määrä vaikuttaa suoraan pikselikaivojen kokoon: siinä missä Heliumin pikselikaivon halkaisija on noin 3.65 mikrometriä, on 12K-kennon pikselikaivon halkaisija vain noin 2.2 mikrometriä. Vertailuksi voidaan nostaa esiin jo mainittu Arrin digitaalisista kameroista löytyvä ALEV-sarjan kennon pikselikaivon halkaisija, joka on huikeat 8.25 mikrometriä. Tämän perusteella voimme siis todeta, että 12K-kennon pikselikaivot ovat todella pieniä.
Pikselikaivon koko puolestaan määrää sen, kuinka herkkä kenno lähtökohtaisesti on. Kennon herkkyyteen vaikuttaa toki moni muukin tekijä, ja se onkin aina kameran toivottujen ominaisuuksien ja teknisten rajoitusten ristipaineessa syntynyt kompromissi.

Pikselikaivon fyysisen koon lisäksi kaivoon pääsevän valon määrään vaikuttaa myös kaivon päällä valoa suodattavien suotimien määrä ja ominaisuudet. Esimerkiksi valon eri aallonpituusalueisiin (RGB) suodattava mikrolinsseistä koostuva CFA-suodin (Color Filter Array) pienentää läpi pääsevän valon intensiteettiä, vaikuttaen kennon herkkyyteen merkittävästi. CFA:n lisäksi kennon päällä on tyypillisesti IR-Cut-suodin suodattamassa valosta pitkiä aallonpituuksia punaisen ja infrapunan rajamailta alkaen sekä OLPF-suodin (Optical Low Pass Filter) suodattamassa korkeataajuuksista intensiteetin vaihtelua.

Voisi kuvitella, että 12K-kennon on pakko olla ”epäherkkä”, koska sen pikselikaivot ovat niin pienet, mutta näin ei ole. Blackmagic lupaa kameralle kunnioitettavaa 14 aukon dynaamista aluetta, ja hyödyntäen massiivisen resoluution mahdollistamaa ylinäytteistämistä (oversampling), noussee dynamiikka entisestään pienemmän resoluution tallenteissa. Yksi merkittävä suorituskyvyn kulmakivi on ns. White-pikseli, jonka kaivon edessä on värillisen sijaan väritön mikrolinssi, ja näin ollen se kykenee näkemään varjoista detaljeja, joita värillisellä mikrolinssillä varustetut pikselit eivät pysty. 12K-kenno kompensoi siis pikselikaivojensa pienuutta White-pikseleiden tuottamalla informaatiolla.

Photo: Blackmagic Design

Resoluutiota kasvattamalla tarkempaa kuvaa?

Kuvan tarkkuuden kokeminen on paljon puhututtanut aihe alan ihmisten keskuudessa ja se onkin tuottanut lukuisia asiaa eri näkökulmista tarkastelevia esseitä ja testikuvauksia. Muun muassa Steve Yedlinin (ASC) jokunen vuosi sitten kuvaama ansioitunut Resolution Demo on vapaasti katseltavissa verkossa (**).

Keskustelussa vaikuttaa jakolinja, jonka toisella puolella 4K-resoluutio on enemmän kuin tarpeeksi, koska suurin osa ihmisistä ei enää 2,5 metrin päästä näytöstä erota eroa 2K- tai 4K-katselun välillä, ja toisella puolella taas puhutaan 14K/100 megapikselin tallennuksesta, koska se vastaa suunnilleen ihmisen silmän verkkokalvon sauvasolujen määrää. Mielenkiintoista on, että massiivisen resoluutiohypyn ei kuitenkaan enää koeta kasvattavan niinkään tarkkuuden kokemusta vaan tekevän kuvan sulavammaksi ja syvemmäksi. Massiivisen resoluution suurin anti onkin kuvassa olevien reunojen tarkkuuden/hienojakoisuuden lisääntyminen niin pitkälle, että ne häivyttyvät huomaamattomammin kuvaan lisäten katsojan kolmiulotteisuuden kokemusta.

Tarkkuuden sopassa uiskentelee monta muuttujaa, yhtenä merkittävänä tekijänä kamerassa mahdollisesti oleva OLPF-suodin. Usein REDin kameroista puhuttaessa kuulee mainittavan kuvan olevan kermamaisen sileää (creamy), ja yksi asia mihin uskon sillä viitattavan, on ko. kameroiden verrattain aggressiivisen OLPF-suotimen kuvaan tuottama eräänlainen pehmeys. Mutta OLPF:n tuottama lisä ”kermamaisuuteen” on pohjimmiltaan vain tarkoin tietylle taajuusalueelle rajattu kuvaa pehmentävä efekti, jolla valmistaja on pyrkinyt estämään alias-ongelmat korkeataajuuksista kuviota sisältäviä kohteita kuvattaessa. Kuvaavaa onkin, että tekemissämme resoluutiotesteissä on pienempiresoluutioisella kennolla varustetun Canon C500 MK II:n tallentama kuva vaikuttanut tarkemmalta kuvaa voimakkaasti suurennettaessa kuin REDin Monstro 8K -kennolla tallennettu kuva. Tämän uskon johtuvan Monstron voimakkaammin suodattavasta OLPF-suotimesta.

Blackmagicin Ursa Mini Pro 12K -kameran kennon päällä ei ole OLPF-suodinta. Sen sijaan taistelussa aliasta vastaan Blackmagic luottaa 12K:n hurjaan resoluutioon, joka on toinen tapa taistella hienojakoisten toistuvien kuvioiden aiheuttamia ongelmia vastaan.

Ensireaktioissa Ursa Mini Pro 12K -kameran tuottamaan kuvaan ei ole keskitytty kuvan tarkkuuteen, vaan niissä on puhuttu kauniisti liukuvista väreistä ja kuvan syvyyden tunteesta. 12K-kennon erittäin suuri resoluutio mahdollistaa 8K-resoluutiosta lähtien kuvan, jonka jokaisen prosessoidun pikselin pohjana on vähintään yhden R, G ja B pikselikaivon tallentama tieto. Tämä johtaa luonnollisempiin ja puhtaammin liukuviin väreihin sekä vähentyneeseen värikohinaan.
Blackmagicin Ursa Mini Pro 12K on monella tapaa erittäin mielenkiintoinen kamera: BRAW:n ansiosta se on jo nyt tuotantokamera, jonka saa helposti perusteltua erilaisiin tuotantoihin. Samalla se on konkreettinen ja kattava ehdotus siitä, millä tavalla Rec. 2020 8K UHD-ajan tuotantokamera vastaisi entistä vaativampiin haasteisiin.

Linkit

*) Roger Deakins Arri Alexan kuvanlaadusta

**) Steve Yedlinin Resolution Demo

Ursa Mini Pro 12K:n ominaisuudet Blackmagic Designin sivuilla

Editointi: Kukka Harvilahti