El 4K y el Full Frame: 5ª Parte "El tamaño del sensor para cinematografía"

1.5. El tamaño del sensor para cinematografía

Vieja televisión de tubo de rayos catódicos

Antes de entrar en materia repasaremos la evolución que ha tenido la cámara  de vídeo en su conversión hacia el cine digital. Cuando nació la televisión mecánica, en 1884, la calidad de imagen era muy pobre y fue gracias a la electrónica, concretamente el tubo de rayos catódicos, lo que permitió mejorar su definición. Se crearon los famosos estándares de 525/30i/60Hz para América y 625/25i/50Hz para Europa, estos han perdurado durante décadas con ligeros cambios, la introducción del color (NTSC, PAL y SECAM)  y la conversión de la señal de analógica a digital. Aun así, la definición prácticamente no llegó a alterarse durante el Siglo XX. La irrupción a principios del nuevo milenio del Alta Definición, en la emisión y en los hogares, ha provocado el inicio de una carrera de cambios hasta conseguir, en las imágenes, resoluciones más allá de la cinematográfica. El 4K ya está aquí  y el futuro 8K ya está en desarrollo, pero eso es otra historia...  

1.5.1. Los comienzos del Alta Defición

Aunque parezca increíble, el nacimiento de la alta definición se inició hace décadas. Podríamos decir que todo comenzó tras la retransmisión televisada de las Olimpiadas de Japón de 1964. El impacto que tuvo sobre el público japonés, provocó que el STRL (Sciencie Technology Research Laboratories) comenzara a estudiar la viabilidad de un sistema nipón de Alta Definición (es curioso que las Olimpiadas o los Mundiales de fútbol sirvan como acicate para introducir mejoras en la televisión). En este estudio también se investigó la visión humana y cuál sería la mejor proporción para la futura pantalla de televisión. Concluidos sus estudios, los laboratorios STRL determinaron una norma provisional de alta definición hacia 1970. 

La primera pantalla experimental HDTV de 27 pulgadas de 1969. Eran necesarios tres tubos de televisión en blanco y negro para ofrecer esta definición extra.

Esta norma la adoptó experimentalmente la cadena NHK. Se realizaron   pruebas con 1125 líneas verticales entrelazadas, con 30ips/60Hz y una relación de aspecto de 5:3 (casi 16:9). También probaron un sistema monocromo de 2.125 líneas, con 30ips/60Hz y una relación de aspecto de 4:3. En Estados Unidos la EIA (Electronic Industries Alliance) experimentó con un sistema monocromo de 1.023 líneas, con 30ips/60Hz y una relación de aspecto de 4:3. En Gran Bretaña, la BBC hizo pruebas con un sistema en color de 1.501 líneas y una relación de aspecto marcadamente panorámica de 8:3 (2,66:1). En 1980 el SMPTE presentó sus trabajos sobre un sistema de 1100 líneas (en vertical), con 60Hz entrelazados y una relación de aspecto de 6:3 (la misma que las copias de película de 70mm). En 1984 se buscaba una relación de aspecto y resolución más cercana al celuloide de 35mm (el doble de la televisión estándar, tanto en horizontal como vertical), con la intención de estandarizar el formato. Finalmente la relación de aspecto que triunfó fue la famosa 16:9 que es casi es idéntica a la del Super 35/3p. 

Toda la familia HDVS de Sony

En 1981, Sony presentó el HDVS (High Definition Video System) que incluía todo el equipamiento para producir en Alta Definicion. En 1983 se estableció la norma HDTV, en una conferencia en Suiza, y este mismo sistema lo adoptó el SMPTE en Estados Unidos. En Febrero de 1985, Hitachi demostró un prototipo de cámara con tubos Saticon de 1125 líneas verticales entrelazadas, la señal se registraba en un grabador analógico de una pulgada ‘C’. En 1986, la televisión japonesa presentó oficialmente el estándar conocido como Hi-Vision o MUSE (Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding) con 1125, con 30 imágenes entrelazadas (60Hz) y formato 16:9. En 1987, comenzaron las emisiones utilizando un ancho de banda de 12MHz que era el doble de uno normal. 

Cámara Sony HDC-300 y póster de la primera película que utilizó el HD

            

Por primera vez, la producción de la RAI “Julia y Julia” (Giulia e Giulia, 1987) de Peter Del Monte, se rodó utilizando una cámara Sony HDC-300.  Las imágenes se registraron en el formato japonés analógico HDVS de 1125/60i. Un año después, durante los Juegos Olímpicos de Seúl 88, se emitió con  regularidad una hora al día en Alta Definicion. Europa. impresionada ante este avance, decidió crear su propio sistema compatible con las famosas 625 líneas y los 25ips/50i para no claudicar ante la industria japonesa. La Comunidad Europea crea el proyecto Eureka-95 y nace un consorcio de empresas de electrónica que se unen para desarrollar su propio sistema europeo HDTV (HD-MAC). 

Móvil y cámaras HDTV 1250/50i, utilizadas en los juegos de Olímpicos

de Albertville 92 y Barcelona 92

El sistema ofrecía 1250 líneas verticales y 50Hz entrelazados y el aspecto 16:9. Se probó con gran éxito durante los juegos de invierno en Albertville 92 y las Olimpiadas de Barcelona 92. Estaba previsto que el sistema estuviera implantado en Europa en 1995 (yo tuve la suerte de asistir a varias conferencias sobre el HD en Barcelona, a principios de los 90, y también realicé un reportaje sobre la móvil de Alta Definición de Televisión Española. Yo estaba convencido que el 16/9 iba a funcionar y daría paso al HD en pocos años, desgraciadamente no fue así).  

En 1990, Estados Unidos decidió entrar en la competición. La FCC (Comisión Federal de Comunicaciones) estableció una propuesta de trabajo para Alta Definición. Tenía la obligatoriedad de ser compatible con el sistema NTSC, poder ser emitido como señal terrestre ATV (Advanced Television) y ocupar los 6 MHz de un canal estándar. Ante este requerimiento varias empresas presentaron diferentes soluciones basadas en tecnología digital, para reducir el ancho de banda, descartando la analógica. Los japoneses no se rindieron y presentaron el proyecto Narrow-MUSE, una versión de Hi-Visión para Norteamérica que ocupaba solo 6 MHz, era un híbrido analógico-digital. La búsqueda de un sistema digital, puso en duda la puesta en marcha de un sistema de Alta definición analógico en Europa. El principal problema era que utilizaba un ancho de banda enorme de 36 Mhz que únicamente podía ser emitido por satélite o cable y no como señal terrestre. Además la crisis de finales del noventa y dos se llevó al traste el proyecto Eureka 95. En 1993 en Estados Unidos nace un nuevo consorcio conocido como la ‘Gran Alianza’ para desarrollar el hardware necesario para el DVB (Digital Video Broadcasting). Se crean los formatos 720p y el 1080i que se convertirán en estándares mundiales para la captación y emisión en HD. Lo única diferencia fue que en Europa se utilizarían 25ips/50i y en América-Japón 30ips/60i.

En 1995, la ‘Gran Alianza’ completa el hardware necesario para receptores prototipo de HDTV. El ATSC (Advanced Television System Comittee) recomienda  al FCC, el empleo de la tecnología de modulación digital VSB. Esta norma será el estándar de emisión para ser utilizada en Estados Unidos, tanto para Televisión Digital Terrestre como para la difusión por Cable. Ese mismo año se realiza la primera película íntegramente confeccionada por ordenador “Toy Story” (1995), de John Lasseter que, por primera vez, es exhibida utilizando un proyector HD en un cine en Francia.

En junio de 1996, la cadena de televisión norteamericana WRAL-TV comienza sus emisiones en digital y en HD 1080i, empleando el sistema de la ‘Gran Alianza’.  En octubre del 1997, Sony lanza la cámara HDW-700 en formato HDCAM. Tenía una resolución 1440 x 1080i con píxeles cuadrados (se podía registrar la imagen con 1920x1080i, utilizando píxeles estirados 1,3333 en su anchura).  Los primeros receptores de HDTV se introducen al mercado en 1998, y en noviembre comienzan las emisiones regulares en Norteamerica, coexistiendo las normas 720p y 1080p a 69Hz, que van en aumento progresivamente.

1.5.2. El Alta Definición llega al cine

El cine de Hollywood sigue de cerca el avance del HD y reclama una cámara que permita grabar en condiciones similares a las del cine. En junio de 1999 se produce la noticia más importante que cambiará la historia del cine, George Lucas anuncia que el 'Episodio II' de la precuela de 'Star Wars', será la primer película comercial e importante que se va a rodar totalmente con cámaras HD. Para conseguirlo Sony y Panavision unieron fuerzas y desarrollaron la cámara de Alta Definición, con el nuevo estándar de 1920x1080/24p,  que se iba a utilizar en el rodaje. Así nació la Sony HDW-F900 (también conocida como Panavision HD-900F) y la nomenclatura HD HDCAM SR CineAlta que aportaba todo el equipamiento necesario para esta producción. Estos equipos fueron comercializados en el 2000. Todavía utilizaba tres CCD de 2/3 para registrar el RGB. Se podía grabar material HD a 4:2:2 por componentes o 4:4:4 RGB HD. Con el mismo cuerpo de cámara se rodó la cinta francesa “Vidocq” (2001), de Pitof que se convertiría en el primer largometraje estrenado y grabado en su totalidad con tecnología de Alta Definición en formato 16/9.

En el 2000, se estandariza para televisión el HD CIF ITU-R BT 709-4 con una resolución de 1920 x 1080 como formato de imagen internacional para intercambio. Esta es la norma que regula actualmente la producción y el intercambio internacional de programas en televisión de Alta Definición y es también la recomendación 709-5 CIF (Common Image Format) de la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones). 

El Episodio II de "Star Wars" se grabó en HD analógico y para su exhibición se realizarón copias a 35mm anamórficas. Para el episodio III se grabó en HD Digital, coexistieron copias en 35mm anamórficas y en proyección digital.

Un aspecto importantísimo que marcará el estándar del futuro Cine Digital panorámico fue que toda la saga anterior de 'Star wars' (Episodios I,IV,V,VI) había sido rodada en formato anamórfico PANAVISION 2,35:1. El problema era que para el registro del Episodio II "La venganza de los clones” (2002), de George Lucas, el sensor de la cámara tenía una proporción de 16:9 que era inferior. La manera de solucionarlo fue muy simple, en el rodaje el visor tenía unas marcas que permitían componer el encuadre en la relación de aspecto adecuada de 21:9. De este modo se recortaba resolución utilizando únicamente 1920 x 817 píxeles (de los 1920 x 1080 que se registraban), en imitación a lo que ocurría en el moldeable Super 35. Finalmente en las copias de 35mm la imagen se anamorfizaba en un factor 2x1. 

Para el episodio III, “La venganza de los Sith” (2005) de George Lucas, se utilizó una cámara más avanzada, la Sony HDC- F950. Registraba en digital y tenía sensores de mayor resolución y mejor reproducción de los color (4:4:4) que su predecesora. La imagen también fue recortada a una relación de aspecto de 2,35:1 de su marco original de 16:9. Existieron copias de exhibición tanto en película de 35mm como en Digital. Por el contrario, la película española “Salvador Puig Antic” (2006), de Manuel Huerga,   fue grabada en digital utilizando un objetivo anamórfico en la cámara que permitía registrar directamente en el formato 2,35:1 sin perder resolución en el sensor. 

La Arriflex D-20 fue de las primeras cámaras profesionales

en incorporar un único sensor CMOS

En noviembre de 2005 la compañía alemana Arri, famosa por sus cámaras analógicas para cinematografía, presentó su primera cámara digital. La Arri D-20 es que incorporaba un único sensor CMOS de tamaño Super 35, con una resolución de 2880 x 2160 y filtro de color Bayer. El vídeo se registraba en el formato ArriRaw a 12 bit, en 2008 fue sustituida por la D-21 que fue utilizada en el rodaje de “El gran golpe” (The bank job, 2008), de Roger Donaldson. En 2006, la compañía norteamericana Panavision presentó la cámara Genesis, también con un único CCD de 12,4 Mpx también con formato Super 35 y filtro de color Bayer. La resolución era de 1080p y se utilizó parcialmente en “Apocalypto” (2006) de Mel Gibson. 

El primer prototipo de la Red One construido en una caja de madera

En 2005, la historia del cine cambio de rumbo porque Jim Jannard comenzó los trabajos de diseño y pruebas de una cámara digital económica para cine. Tenía la condición de que grabara archivos RAW, utilizara un único sensor (como en las DSLR Digitales porque 3 sensores para el RGB complicarían la electrónica y encarecerían la cámara) pero en un formato de vídeo 4K y que alcanzará un máximo de 30ips. 

La Red One se anunció en el NAB 2006 y se comercializó en agosto de 2007. Fue el comienzo de una verdadera revolución digital en la industria del cine. La cámara utilizaba el códec R3D (Redcode en Raw) que permitía que el balance de blancos, la gamma y la nitidez se ajustaran durante la postproducción. Este archivo podía convertirse, utilizando un software propio llamado  Redcine, en una gran variedad de formatos que incluían el famoso DPX. Utilizaba un único sensor llamado Mysterium de 11,5 Mpx con filtro de color Bayer y tenía unas dimensiones de 24.4mm x 13.7mm de 4K con 4520x2540 píxeles, acordes a las del ‘Super 35’ en cine y formato 16:9 (1,78:1). Se utilizó en Hollywood, en la segunda unidad de rodaje, en “Jumpers” (2008) de Doug Liman, y en la película en 3D (con dos Red One sincronizadas) “San Valentin sangriento” (2009), de Patrick Lussier. Así comenzó una carrera ascendente que actualmente continua y está en la vanguardia de las cámaras de cine digitales.

En abril de 2010, la compañía alemana constructora de cámaras de cine analógicas, introduce la Arri Alexa con sensor CMOS de Super 35 y una resolución de 2880 x 2160 píxeles que se registraba en formato ArriRaw o sin comprimir.

La Phantom 65 es la cámara que está equipada con un sensor mayor que el área de la película negativa en 65mm (positivo en 70mm) 

En 2007, cuando Vision Research presentó la Phantom 65 con un único sensor CMOS de 4096 x 2440 pixeles o 4K, pero con un tamaño de 51,2 x 28,8 mm (mayor al Super 35) y una relación de aspecto de 16:9; podía registrar hasta 140 fotogramas por segundo. 

Dimensiones de un fotograma de 70mm   

Es importante esta cámara porque utilizaba un sensor mayor al Super 35, por este motivo se llamó ‘65’ porque su anchura era un poco mayor al de la película negativa de 65mm (positivo en 70mm). En 2011 se utilizó como cámara 3D (los dos fotogramas los registraba el mismo sensor) en algunas secuencias IMAX 3D del documental “Born to be Wild” (2011), de  David Lickley. También se ha utilizado parcialmente en la nueva película 3D de “Transformers: La era de la extinción” (Transformers: Age of Extinction, 2014), de Michael Bay.

José Pastor

Próximo capitulo 6 y último: "1.6.  El 4K vs Full frame"

Capítulo 4 (anterior)

El 4K y el Full Frame: 4ª Parte "El 4K, el 'Santo Grial' de la resolución"

En el capítulo anterior hemos visto la evolución de los telecines hasta alcanzar resoluciones similares a la película fílmica. La sustitución del etalonaje tradicional de la película en el laboratorio por el digital en un ordenador. Damos un paso más para descifrar de dónde viene la terminología 4K.

1.4. El 4K, el ‘Santo Grial’ de la resolución

Es el momento de centramos en analizar detenidamente porqué es tan importante llegar a la esperada nomenclatura mágica del 4K.

Todas las posibilidades del Super 35 en cine

Anteriormente hemos visto que existen tres opciones de copia dentro del encuadre en Super 35. Seleccionaremos, para empezar, el formato completo que tiene una proporción de 4:3. Si escaneamos esta imagen con esta relación de aspecto y tomamos 4000 muestras en horizontal y 3000 en vertical, nos daría una resolución de 4K x 3K, aunque solo nombraríamos la primera que es la horizontal. La multiplicación de estas dos cifras nos da 12.000.000 muestras o lo que es lo mismo, 12 megapíxeles. 

Bloque óptico del telecine Spirit 4K equipado con tres CCD para el RGB

Debemos tener en cuenta que los buenos telecines llevan tres captadores que permiten separar el registro rojo, verde y azul, ofreciendo la mayor definición posible en RGB porque su salida ofrece el formato DPX, que como ya hemos dicho mantiene todas las propiedades del negativo original. Por esta circunstancia se multiplica por tres este factor, 12Mpx para el rojo, 12Mpx para el verde y 12Mpx para el azul. Esto nos sitúa en la cifra escalofriante de 36Mpx de información a la salida de un telecine cuando escanea una película en 4K, a 4:4:4.  

Para el estándar de Cine Digital 4K se han definido diferentes variables. La primera de ellas la ‘Apertura Completa’ o 4p que en digital alcanza la resolución de 4096 x 3112 o 12,7 megapíxeles y una relación de aspecto 4:3. La segunda la ‘Apertura Academy’ con 3656 x 2664 o 9,7 megapixeles y relación de aspecto 4:3. La tercera Cinema Digital (Super 35/3p) con 3996 x 2160 o 8,6 megapixeles y relación 16:9. La cuarta el Cinema Digital (Super 35/2p) con 4096 x 1714 o 7 megapixels y una relación 21:9.

Es aquí donde queda emparejado el cine en película de 35mm y su escaneo digital en 4K (se refiere a su resolución horizontal del negativo en película y durante el capítulo seis descubriremos el porqué de un número tan caprichoso). Nos olvidamos de la resolución vertical porque, dependiendo de la proporción elegida para la proyección, esta puede variar. Ahora es el momento de abordar el tema de la influencia que han tenido estas proporciones en la construcción de los sensores de las cámaras de cine digital.

José Pastor

Próximo capítulo: 1.5. “Tamaño del sensor para cinematografía”

Capítulo 3 (anterior)

El 4K y el Full Frame: 3ª Parte "El escaneo Digital"

En el capítulo anterior hemos visto la historia de las DSLR digitales y el logro de igualar su formato al “Full Frame” analógico. El inconveniente de utilizar una trama de color en un único sensor y sus diferentes tecnologías, CCD o CMOS que todavía coexisten con sus ventajas e inconvenientes. En este capítulo dejaremos de lado el mundo de las DSLR  y nos centraremos en la historia y la  mejora de la resolución en el sensor del telecine. Comenzamos.

1.3. El escaneo Digital

En 1979 fue la primera vez que se utilizó un CCD en un escáner digital, el telecine FDL-60 (Field Digital Line) y su versión FDL-60A ya utilizaban tres CCD. Durante mucho tiempo los telecines se utilizaron para convertir las películas a vídeo analógica para la su emisión en televisión o para copias en VHS o DVD para su venta y alquiler. El Cine Digital no existía y la proyección en vídeo en salas de exhibición era muy minoritaria por su baja calidad de imagen. En 1.989 se presentó el primer telecine digital el FDL 90 (En 1993 se presenta el Quadra) que posibilitaba el escaneo de película Super 35 a 3p y vídeo digital a 4:4:4. Por aquellas fechas la digitalización de una película completa fue poco práctica porque los telecines digitales eran extremadamente lentos y los archivos que se obtenían eran demasiado grandes para la potencia de los ordenadores de aquellos años. Su única utilidad era la digitalización de pequeñas secuencias para añadir los efectos visuales digitales que comenzaban a emerger con fuerza.

Sistema CAPS de Pixar para la creación de los dibujos por ordenador en lugar de pintarlos en acetatos transparentes

En 1990, se utiliza el sistema de Pixar llamado CAPS (Computer Animation Production System) en el 100% de una película de animación de Disney “Los Rescatadores en Cangurolandia” (The rescuers down under, 1990), de Hendel Butoy y Mike Gabriel. Los dibujos se pintaban directamente utilizando un programa de ordenador fotograma a fotograma y de estos archivos se obtenía una película digital que se copiaba a película de 35mm para su exhibición.

En 1992, se crea el primera empresa digital para realizar los efectos digitales de “Super Mario Bros” (1993), de  Annabel Jankel y Rocky Morton. Unas 700 placas de efectos se escanearon en resolución 2K. En 1993 se escanea los tres registros originales en blanco y negro archivos originales del viejo sistema Technicolor (un total de 360.000 fotogramas en blanco y negro obtenidos de los tres registros). La resolución final en color alcanzaba los 4K con 10 bits de color utilizando un nuevo formato de archivo digital llamado Cineon. Se eliminó digitalmente la suciedad, los arañazos y se restauró el color original. En 1994 el consorcio BTS demostró el telecine FLH-1000 que fue el primero en escanear película a HDTV aunque nunca fue comercializado. 

“Pleasantville” la primera película escaneada a 2K para obtener un intermediate digital

En 1996 Philips, en colaboración con Kodak, dio un paso muy importante con el telecine SDC 2000 (Spirit DataCine) que era capaz de escanear la luminancia y crominancia de una película a una resolución cercana al 2K, ofrecía una  salida de 2048 x 1556 en RGB. La película “Pleasantville” (1998) de Gary Roos, fue escaneada obteniendo un intermediate digital de 1920 x 1440. Se hizo así para realizar los efectos de mezcla de blanco/negro y color. La película “O Brother” (2000) de Joel Coen, fue digitalizada al formato DPX (Digital Picure eXchange versión 1.1.).

Tanto el  DPX como el Cineon son exportables usando After Effects. El Cineon con una resolución 2K, lo utilizaba la ILM en la década de los noventa como formato de exportación de las imágenes generadas por ordenador  

Hacemos una pequeña pausa para hablar brevemente de la importancia de este formato porque se utiliza como un ‘Intermediate Digital’ en cine profesional. El DPX es un formato derivado del Cineon que fue diseñado por Kodak en 1993 para el escaneo de película. El Cineon con resolución 2K  fue utilizado en la década de los noventa por Industrial Light and Magic como formato de trabajo para generar imágenes por ordenador o efectos digitales de muchas películas, como por ejemplo “Jurassic Park”, el 4K era impensable en esas fechas. Fue adaptado por el SMPTE un año después y ha sido mejorado en 2003 en su versión 2.0 (ANSI/SMPTE 268M-2003). El DPX permite mantener, durante la digitalización, la densidad de cada canal de color de un negativo sin comprimir y también su gamma original. Es muy utilizado en los efectos especiales digitales, en la postproducción, en el telecinado y también en los laboratorios de película.

Volvemos al tema de la producción “O Brother” porque fue la primera película que se escaneó para obtener un ‘Intermediate Digital’ de toda la cinta. Los fotogramas escaneados partían de un negativo en Super 35 y se utilizó únicamente la proporción 21:9 con una resolución de 2K para su etalonaje. El trabajo lo realizó la empresa Cinesite utilizando un telecine Spirit DataCine y el sistema Pandora International Megadef para realizar los ajustes de color. El retoque más visible consistió en atenuar el verde del follaje y obtener una tonalidad desaturada con una dominante dorada para toda la imagen.

Spider-Man 2 fue la primera película escaneada a 4K

En 2004 se escaneó por primera vez una película a 4K. La cinta fue “Spider-Man 2” (2004), de San Raimi y se hizo para conseguir un intermediate digital en 4K con el que realizar el etalonaje (los efectos digitales fueron creados a 2K y ampliados a 4K).

La joya de la corona en telecines, el Spirit Data Cine a 4K

En 2005, se presentó el nuevo telecine SDC 4K (Spirit Data Cine), lo que permitió escanear una película a una resolución adecuada de 4096 x 3124. A partir de aquí el conseguir un intermiate de la película de 35mm y su etalonaje digital, con calidad fílmica, ya fue una realidad.

Baraka (1992) rodada en 70mm, fue la primera película escaneada a 8K en 2008

En 2008 se escanea por primera vez a 8K. La película fue “Baraka” (1992), de Ron Fricke. Se hizo con el negativo original de 65mm para un lanzamiento en Blu ray. La exploración produjo 30 terabytes de datos y se tardaba de 12 a 13 segundos en escanear un fotograma (tres semanas para escanear la película entera). IMAX DMR llega a escanear películas comerciales hasta 8K para su sistema de proyección digital.

A modo de resumen diremos que a partir de 1998, durante el arranque del cine numérico, la resolución 2K se convirtió en un estándar para el Cine Digital profesional y duró más de una década. Muchas películas se escaneaban y etalonaban digitalmente. Se iniciaba así la era de la postproducción digital basada en archivos binarios para la cinematografía. El escaneado de película de celuloide, para obtener un intermediate digital, ha ido creciendo desde el año 2000. Este procedimiento ha crecido rápidamente desde mediados de la década del 2000 y Cinco años más tarde el 50% de las películas de Hollywood tuvieron un intermediate digital. En 2007, aumento hasta el 70% y en la actualidad prácticamente la totalidad de las películas de mediano y alto presupuesto, rodadas en película fílmica, se etalonan digitalmente.

El 4K se está convirtiendo en el nuevo estándar, se está asentando en la industria del cine y en la nueva generación de proyectores digitales. Incluso su expansión está llegando al mercado doméstico y a la televisión tradicional. Pero ¿Por qué tanto empeño en el 4K? Seguiremos contándolo en el siguiente capítulo....

José Pastor

Próximo capítulo: 1.4. “El 4K, el ‘Santo Grial’ de la resolución”

Capítulo 2 (anterior)

Sony α7s, el Full Frame 4K ya está aquí

La Sony Alfa 7s que graba vídeo a 4K

La compañía japonesa Sony declara la guerra a las DSLR de la competencia que graban vídeo. Tras la importante noticia del lanzamiento de la Panasonic GH4 Micro Cuatro Tercios, que alcanza los 4K de cine, la compañía nipona Sony contraataca y  ha anunciado en el NAB de Las Vegas su nueva cámara de fotos de la familia Alfa7, la α7s que es capaz de grabar vídeo a 4K.

La actualidad manda y por este motivo interrumpo el artículo “El 4k y el Full Frame” donde intentaba explicar, que la tentación de emparentar estos dos factores en un mismo concepto es muy grande. Sony también lo ha entendido así y por lo tanto la guerra está servida. Ahora toca esperar a ver qué hace Canon, Nikon y resto de competencia ante este desafío. Si queréis saber las causas por las que creo que la unión de los factores si altera el producto, tendréis que seguir leyendo las partes 3 y 4 que estoy preparando. 

Ahora descubramos que ofrece la nueva Sony α7s. La reseña principal es que es una cámara fotográfica ‘Full Frame’, con la profundidad de campo del formato de cine VistaVision, y la ventaja de poder utilizar ópticas de  formato completo. Sony utiliza objetivos de la marca Carl Zeiss y, por ello, no es necesario  hablar de su calidad. Otro anuncio importante en el NAB, es que se está trabajando en la construcción de un objetivo zoom motorizado con ajustes de foco más sensible para vídeo.

Sensor ‘Full Frame’ cuatro tercios completo  y procesador Bionz X

La α7s está equipada con un sensor Exmor CMOS de 12.2 megapíxeles, junto con el procesador de imagen Bionz X. Según explica Sony, han reducido la resolución del sensor (la α7 tiene 24Mpx y la α7r tiene 36Mpx) para conseguir aumentar su sensibilidad. Alcanza el rango ISO de 50 a 409.600. Es tan brutal que argumentan que es posible grabar a 4K con muy poca luz. Os juro que estoy frotándome los ojos con las manos, pero mi cerebro pide ver pruebas, pruebas de su calidad real con luz de una vela.

Si queréis quedaros con la boca abierta, aquí tenéis la prueba de su calidad

Es la primera cámara que graba 4K utilizando todo el ancho del sensor (la Panasonic GH4 no) consiguiendo mayor profundidad de campo. En mi humilde opinión es un aspecto muy importante y en mis próximos artículos, sobre el Full Frame y el 4K, desvelaré el porqué. Estaba casi decidido a comprar la GH4 y ahora me están cayendo gotas de sudor cuando pienso en las grandes posibilidades que ofrece la nueva Sony Alfa. 

La α7s no lleva espejo e incorpora el visor Tru-Finder XGA Oled, pantalla semi-articulada de 3 pulgadas (con 921.660 píxeles), conectividad WiFi e NFC.  Tiene un sistema de enfoque mejorado para condiciones lumínicas pobres.

Bueno hemos descrito sus ventajas, pero cuáles son sus inconvenientes. Se me cae el alma encima al descubrir que la cámara solo graba 1920 x 1080 hasta 60fps (posibilidad de grabar en HFR) progresivas y 1280 x 720 a 120fps, en formato AVCHD y MP4. Pero ¿Qué pasa con el 4K? La mala noticia es que, para registrar vídeo a 3.840 x 2.160, necesita de un grabador externo conectado al puerto HDMI. Recordemos que la GH4 permite hacerlo en tarjeta SDXC/SDHC y alcanza la resolución Cine 4K de 4096 x 2160 a 24 fps. Se rumorea que el precio del cuerpo de la α7s rondará los 1.999 dólares. 

La buena noticia es que, en noviembre del 2015, Sony comercializará la nueva Sony α7s que ya permitirá  grabar vídeo 4K en la tarjeta de la cámara y sin necesidad de grabador externo.

Aquí tenéis el enlace para ver el vídeo de presentación de la cámara

Bueno es cuestión de esperar y analizar con más detalle esta cámara de fotos que ofrece muy buenas prestaciones de vídeo en formato completo. Muy buena sensibilidad, profundidad de campo, enfoque automático, objetivo zoom motorizados y 4K ‘Full Frame’. Desgraciadamente habrá que comprar un grabador externo si quieres vídeo a 4K, hace falta saber su precio y si es posible la conexión de micrófonos, salidas SDI, etc.

La cámara doméstica Handycam Sony FDR-AX100E que graba a 4K

De momento Sony contenta al mercado doméstico de vídeo, con el lanzamiento este pasado mes de marzo de una cámara doméstica que graba a 4K con 3.849 x 2.160, 24p o 25p, con el formato XAVC-S con hasta 50 Mps. Es capaz de grabar Full HD a 120 imágenes por segundo. Tiene un precio de 1.999 Euros.

 

La Sony α7s equipada ¿Te apetece rodar una película?

Respecto a la nueva  α7s, voy a estudiarla y compararla con la GH4 para decidirme por una de ellas. El gran interrogante es, si Canon o Nikon tienen munición en la recamara.  Como soy mal pensado, y creo que el 4K ha venido para quedarse, estoy seguro que muy pronto que los grandes fabricantes de cámaras DSLR ‘Full Frame’ incorporarán el 4K. Tiempo al tiempo.

José Pastor

Fuentes e imágenes:

http://www.sony.es/electronics/camaras-lentes-intercambiables/ilce-7s

http://www.sony.net/Products/di/en-gb/products/vq5f/index.html

http://www.nabshow.com/

El 4K y el Full Frame: 2ª Parte "El sensor Digital"

En el capítulo anterior hemos visto la historia de las sucesivas modificaciones que fue sufriendo el formato de película de 35mm. Tenemos que recordar el concepto “Full Frame” que viene de la cámara fotográfica porque ahora vamos a ver la influencia que ha tenido en el mundo digital.

1.2.  El sensor digital

En 1973 la empresa Fairchild Semiconductor desarrolló uno de los primeros sensores CCD que tenía una resolución de 100 x 100 píxeles. Fue el primer paso en el intento de digitalizar las imágenes. Dos años después se construyó el primer prototipo de escáner. 

La primera cámara digital creada por Steven Sasson

En 1975 Steven Sasson, ingeniero de Eastman Kodak, utilizó el CCD Fairchild en el primer prototipo de cámara digital. Este primitivo artefacto registraba imágenes, en blanco y negro, sobre una cinta de casete. Tenía una resolución muy baja de 0,01 megapíxel. En 1981, Sony demostró su primera cámara digital Mavica que utilizaba un disquete. En 1983 le siguió la compañía Canon, con su RC-701. Estas cámaras, a pesar de ser electrónicas, eran realmente analógicas porque las imágenes no se digitalizaban en el soporte. 

La primera cámara digital, la Fuji DS-1P

En 1988 se presentan los primeros estándares de digitalización  JPEG y MPEG, tan famosos hoy en día. Ese mismo año se presenta, la primera cámara fotográfica verdaderamente digital, la Fuji DS-1P de 1988 que digitalizaba las imágenes en una memoria. Utilizaba un CCD de 2/3 de pulgada y una resolución de 0,4 megapíxeles (640 x 480 píxeles).

La Minolta RD-175 y su carcasa con tres sensores (R,G,B)

En 1995 Minolta lanzó la RD-175. Utilizaba el cuerpo de la Minolta SLR 500si pero acoplada a una voluminosa carcasa que incorporaba tres CCD independientes (RGB), uno para cada color.  Tenía una resolución de 1,75 megapíxeles y la facilidad de utilizar los objetivos Minolta AF ya existentes para película de 35mm.

Bloque óptico con tres CCD, uno para el rojo, otro para el azul y otro para el verde

El problema de utilizar tres sensores, como en las cámaras profesionales de vídeo, implicaba aumentar el tamaño y el peso de la cámara. Además  de complicar la circuitería electrónica y encarecer el precio. Todas estas razones fueron suficientes para encaminar los trabajos de diseño, hacia la construcción de una cámara digital exactamente igual en peso y tamaño a una analógica. La solución, como ya había ocurrido en los primeros prototipos, fue utilizar un solo sensor para capturar la imagen fotográfica en las DSLR.

La cámara Nikon D1 con un único CCD

Nikon lanzó la D1, en junio de 1999, fue la primera cámara fotográfica digital creada desde cero. Tenía un único CCD con unas medidas de 23,7 x 15,6 mm, que son muy cercanas al formato de ‘Super 35’ en cine, pero con una pobre resolución de 2000 x 1312 o 2,74 megapíxeles para fotografía. Tenía la ventaja de poder utilizar objetivos normales Nikon F- Mount, pero con un factor de recorte de 1,5. 

La Pentax MZ-D y la Contax N Digital, las primeras cámaras “Full Frame”

Pentax y Contax, en el Photokina del año 2000, anunciaron la primera cámara con un único CCD de tamaño ‘Full Frame’. La ventaja principal de emplear las medidas exactas de 24 x 36 milímetros, igual que las analógicas, era su compatibilidad total con las ópticas tradicionales sin tener que aplicar ningún tipo de recorte. El  proyecto sufrió retraso por el abandono del diseño de la Pentax MZ-D y por el alto precio de coste de fabricación. Finalmente, en el 2000, se comercializó la vanguardista Contax N Digital. El sensor estaba fabricado por Philips y tenía una resolución de 3072 x 2048 o seis megapíxeles, una cifra muy cercana a los famosos “4K” del que tanto se habla ahora.

Le siguieron los pasos, la Canon EOS-1Ds y la Kodak DSC Pro 14n. El resto de marcas se fueron sumando progresivamente al ‘Full Frame’ que se ha convertido en el estándar profesional en fotografía. Pero, si utilizamos un solo sensor ¿Cómo conseguimos registrar el RGB de una imagen?

1.2.1.   La trama o filtro de color 

La solución más sencilla para registrar el color, en un único sensor, es utilizar una trama de micro filtros RGB. Estos se colocan encima de las diminutas celdas sensibles a la luz que reciben el nombre de ‘photosites’, llamados así en analogía a los fotolitos de imprenta. Estos filtros están ordenados de una manera peculiar y su función es conseguir registrar digitalmente la crominancia de la imagen utilizando un único sensor.

Diferentes maneras de registrar el color: 

1- Tres capas sensibles Roja, Verde y Azul en película fotoquímica.

 2- Sensor con trama de color tipo Bayer.

 3- Sensor con tres capas sensibles RGB tipo Foveon X3

La trama Bayer es el filtro más utilizado para sensores de fotografía, fue inventada en 1975 por el científico Bryce Bayer de Kodak. Existen otros patrones de filtrado como CYGM, o el RGBE que funcionan de un modo similar pero que no explicaremos. Solo destacaré el caso del Foveon X3 porque tiene la ventaja de incorporar tres capas RGB, como ocurre en la película fotoquímica. Gracias a este tipo de filtrado en capas, se consigue una resolución completa en color. Desgraciadamente este sensor, propiedad de la empresa Sigma, no ha triunfado.

Veamos cómo funciona una trama tipo Bayer. Tomaremos como ejemplo una cuadrícula de 2x2 píxeles del sensor de la cámara:

1- El sistema Foveon X3 con tres capas RGB, registraría el color correcto en los cuatro píxeles y sin pérdidas de resolución. Funcionaría de manera muy similar a una emulsión de película de celuloide en color.

2-    El sistema Bayer con una única capa RGB, registraría dos de los píxeles en color Verde, uno en rojo y otro en azul. Imitaría en cierta manera a la visión humana porque nuestros ojos tienen más bastones sensibles al verde que al rojo o el azul.

3-    Si simulamos una supuesta disposición de un filtro Bayer en capas, apreciaremos mejor la perdida de resolución en la crominancia de la imagen respecto al Foveon.

4-   Cuando el sistema Bayer restaura el color original de la imagen, lo hace interpolando la información de los colores carentes y con una sensible pérdida de información colorimétrica. 

Una vez aclarado este importante concepto, debemos entender que si utilizamos una trama tipo Bayer perdemos,  respecto al sistema tradicional de tres sensores en RGB, entre un 30% a un 50% de resolución cromática. Ahora cambiamos de tercio y abordaremos cómo funciona el sensor en la captura.

1.1.1.   El CCD o el CMOS

Cuando apareció el sensor CCD como sustituto del viejo tubo de cámara, a pesar de su poca resolución, fue un avance importante porque permitió disminuir el tamaño y peso de la cámara. En la actualidad hay dos tipos de tecnología que son muy similares, el CCD y el CMOS. Ambas utilizan semiconductores de metal-óxido que están colocados en forma de matriz. A estas celdas se les llama ‘photosite’ y cada una de ellas almacena una carga eléctrica cuando recibe luz (cuanta más cantidad de luz recibe, la carga que acumula es mayor). 

En el CCD (Charge Coupled Device) la estructura es muy simple y funciona de esta manera. Una vez incide la luz sobre el sensor, este acumula las cargas eléctricas dependiendo de la intensidad que recibe. El sistema de lectura comienza a trabajar y vacía rápidamente todas las cargas de las celdas. Para esta función, disponen de unos canales adyacentes que permiten desalojarlas hacia abajo. Una vez se ha desplazado todo el fotograma, el procesador externo convierte las cargas en señal y esta es digitalizada como imagen. El sensor vuelve a estar operativo y se repite el mismo proceso descrito para una nueva imagen. Es importante entender que la lectura se realiza de forma simultánea para todo el fotograma. El problema de llevar un procesador externo, redunda en mayor coste de fabricación y en mayor consumo de energía en el CCD.

En el caso del CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) la estructura es más simple todavía. En este caso, cuando la luz incide en el sensor, independientemente cada celda convierte internamente las cargas en señal. La lectura se realiza a través de un unos transistores que leen la imagen, línea a línea. Al contrario del CCD, este sensor siempre esta expuesto a la luz registrando y desplazando las cargas al mismo tiempo. Gracias a ello no necesita de un procesador externo como ocurre en el CCD.  Como consecuencia se reduce el coste de fabricación y el consumo de energía. Aquí es importante subrayar que la lectura es casi instantánea a la exposición, pero tiene el inconveniente de que no se realiza en el mismo instante para todo el fotograma. 

Aclarado su funcionamiento veamos los pros y los contras de cada uno de ellos. Por un lado el CCD, al ser menos sensible a la luz que el CMOS, ofrece mejor latitud de exposición o rango dinámico (mayor escala de grises en la imagen), genera menos ruido en la imagen y tolera mejor las luces intensas superando en el doble al CMOS. Por el contrario este último, al ser es más sensible a la luz, puede trabajar en peores condiciones lumínicas y además es inmune al ‘blooming’ (cuando una celda se satura por luz, inunda las de alrededor creando una especie de mancha blanca en la imagen).


Otra ventaja del CMOS respecto al CCD, es su rapidez porque todo el procesado de la señal se realiza dentro del sensor. Esta característica le permite disparar en ráfaga o conseguir mayores velocidades de fotogramas por segundo. Pero el CMOS para grabar vídeo tiene el inconveniente del ‘Rolling Shutter’. Es así porque, como ya hemos dicho, la imagen se lee y digitaliza en líneas horizontales que no coinciden exactamente en el tiempo (en el CCD sí se lee y digitaliza todo el marco simultáneamente). Esta distorsión tan característica, toma la apariencia que la imagen se rompa en líneas horizontales cuando se producen movimientos rápidos o se dispara un flash. Podríamos seguir enumerando más factores a favor o en contra, pero eso sería cuestión de otro análisis más detallado.


Finalmente, aunque el CCD fue el rey en las cámaras de fotografía y de vídeo, la utilización masiva del CMOS en las webcams y en los teléfonos móviles hizo que se perfeccionara más rápidamente que el CCD. Este factor unido a su bajo coste de fabricación y su mayor sensibilidad, ha conseguido desbancar al CCD como soberano absoluto de los sensores de las DSLR y de las cámaras de cine digital.

José Pastor 

Próximo capítulo: 1.3. "El escaneo digital"

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