意法半導體超級傳感器助Sphere打造沉浸式體驗，開(kāi)啟全新電影時(shí)代

你能想象到這樣的觀(guān)影體驗嗎？銀幕已完全消失，而觀(guān)眾直接置身于電影故事中心?，F在，這種身臨其境的沉浸式觀(guān)影體驗已在拉斯維加斯新一代娛樂(lè )媒體Sphere的球形劇場(chǎng)內成為現實(shí)。在這個(gè)高 366 英尺、寬 516 英尺的球形劇場(chǎng)內，一塊16K x 16K 分辨率的LED顯示屏環(huán)繞觀(guān)眾，并向上延伸到天花板，這是目前世界上分辨率最高的 LED 屏幕。

為了在 Sphere 屏幕上實(shí)現超高分辨率的視覺(jué)效果，Sphere團隊開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為Big Sky的專(zhuān)用攝像系統 。Sphere和意法半導體合作，為 Big Sky攝像系統開(kāi)發(fā)了一個(gè)定制的 3.16 億像素的圖像傳感器，為觀(guān)眾帶來(lái)無(wú)與倫比的觀(guān)影體驗。

本文將探討 ST 定制圖像傳感器和 Sphere 的 Big Sky 攝像系統背后的技術(shù)細節，以及它們給電影未來(lái)帶來(lái)的影響。

技術(shù)細節

圖像傳感器由數百萬(wàn)個(gè)微小的感光元件(像素)組成，這些感光元件可以捕捉光(光子)并將其轉換為電信號(電子)。這些感光元件對于拍攝數字圖像至關(guān)重要，但它們只是攝像系統中的一個(gè)環(huán)節。每個(gè)攝像機都通過(guò)鏡頭將光線(xiàn)聚焦到圖像傳感器上，將其轉換為原始數字信息，然后通過(guò)處理器(比如專(zhuān)用圖像處理器或應用處理器)處理和分析圖像數據。最后一個(gè)環(huán)節是圖像輸出接口，將處理單元輸出的圖像數據轉換為適合在設備上顯示的格式或適合進(jìn)一步分析的格式。

攝像機組件

圖像傳感器大致可分為兩類(lèi)：

●   單色圖像傳感器與彩色圖像傳感器：?jiǎn)紊珎鞲衅饔煤诎變煞N顏色描繪世界，而彩色傳感器使用紅、綠、藍 (RGB)三原色像素，類(lèi)似于人眼的方式拍攝圖像。

●   除了這兩種標準傳感器結構外，還有更先進(jìn)的“多光譜”圖像傳感器，它可以區分多個(gè)光譜范圍，不止于識別經(jīng)典RGB三原色的差異。

●   全局快門(mén)和卷簾快門(mén)圖像傳感器：全局快門(mén)傳感器同時(shí)曝光所有像素。曝光后，每個(gè)像素將信息暫時(shí)保存在緩存內，然后按順序讀出圖像信息。而在卷簾快門(mén)傳感器內，像素沒(méi)有緩存，因此必須一行接一行地拍攝圖像。

卷簾快門(mén)和全局快門(mén)圖像傳感器的功能

圖像傳感器是捕捉光線(xiàn)并決定最終圖像質(zhì)量的組件。高品質(zhì)傳感器可捕捉各種明暗區域(高動(dòng)態(tài)范圍HDR)。在光線(xiàn)明亮的環(huán)境中，高品質(zhì)傳感器既具有收集大量光線(xiàn)的高飽和能力，又能以短曝光時(shí)間拍攝圖像。這個(gè)特質(zhì)可避免圖像飽和與大白點(diǎn)現象。

在低光照條件下，感光度和暗噪聲是影響成像質(zhì)量的重要因素。HDR圖像傳感器必須充分利用亮度不足的光線(xiàn)，同時(shí)最大限度減少暗噪聲，以免淹沒(méi)傳感器捕獲的光信號。最后，高品質(zhì)圖像依賴(lài)于先進(jìn)的像素技術(shù)，因為這些技術(shù)可確保圖像一致，無(wú)角陰影，清晰度極佳。

發(fā)展趨勢

圖像傳感器的未來(lái)在于突破技術(shù)限制。廠(chǎng)商不斷追求更好的圖像質(zhì)量、更高的分辨率和更低的功耗。從超逼真的虛擬現實(shí)體驗，到更智能的機器人和醫療設備，先進(jìn)的圖像傳感器將解鎖更多的創(chuàng )新應用。

人眼和攝像機都可以拍攝圖像，但兩者的拍攝能力在某些方面有所不同。盡管攝像機圖像傳感器的尺寸和技術(shù)各不相同，但大都能提供高分辨率和精確的細節，而人眼在動(dòng)態(tài)范圍方面更勝一籌，可輕松適應不同的光照度。無(wú)論是在明亮的光照條件下，還是在光線(xiàn)不足的陰影環(huán)境中，人眼都能感知圖像細節，而攝像機很難復制人眼的這個(gè)能力。此外，人眼的視野更寬，能夠快速適應不斷變化的光照條件，提供更身臨其境和細致入微的視覺(jué)體驗。盡管攝像機技術(shù)已取得諸多進(jìn)步，但人眼仍然是生物工程的奇跡，在多功能性和感光度方面無(wú)可比擬。為了拍攝可與人眼媲美的圖像，意法半導體利用先進(jìn)的成像技術(shù)，結合出色的動(dòng)態(tài)范圍和低噪聲，在任何光照條件下都能拍攝出高對比度的圖像。

合作歷史

2020 年，Forza Silicon公司將ST引薦給Sphere娛樂(lè )公司。Forza Silicon是一家芯片設計公司，從 2012 年開(kāi)始與ST合作至今。Forza Silicon 擁有整體解決方案的設計能力，ST 是 CMOS 圖像傳感器的戰略性代工合作伙伴。2021 年， Sphere 團隊到ST法國克羅爾工廠(chǎng)現場(chǎng)參觀(guān)，從此雙方開(kāi)始合作。

Big Sky 攝像機項目最初的目的是解決使用11臺到13臺8K攝像機為Sphere 顯示屏拍攝內容面臨的技術(shù)挑戰。這種配置需要花費大量的時(shí)間和精力進(jìn)行后期制作、編輯視頻，并把多個(gè)攝像機的內容合并成一個(gè)視頻。通過(guò)與 ST 和 Forza Silicon 合作，Sphere 簡(jiǎn)化了工作流程，提高了工作效率。ST 有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的業(yè)務(wù)模式，可以處理非常復雜但產(chǎn)量相對較少的流片項目，而 Forza Silicon 在 CMOS 圖像傳感器等各個(gè)領(lǐng)域擁有豐富的底蘊，這是項目取得成功的兩個(gè)重要因素。

Sphere傳感器晶圓 (Image credits ? Sphere Entertainment Co.)

ST 為 Big Sky 打造了一款分辨率達3.16億像素、像素間距4.3 微米的CMOS 圖像傳感器，能夠以120 fps的幀率輸出流暢的細節清晰的圖像。該傳感器的裸片尺寸相當于一個(gè)有4 顆裸片的12 英寸(300 毫米)晶圓，具有優(yōu)異的87dB 動(dòng)態(tài)范圍，可捕捉光照部分和陰影部分的細微變化，配合RGB彩色微透鏡濾光片陣列，可以準確呈現色彩。該傳感器采用 ST專(zhuān)有的背照式圖像傳感器制造工藝，代表ST在重新定義娛樂(lè )和電影攝影標準成像技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展。

該攝像系統擁有許多傲人的先進(jìn)功能，例如，直徑近 1 英尺(30 厘米)的巨型魚(yú)眼鏡頭，可拍攝廣闊的廣角照片，以及更小、更便攜的魚(yú)眼鏡頭。此外，ST針對 Sphere球形劇場(chǎng)超大屏幕優(yōu)化了圖像傳感器的性能，通過(guò)使用更大的像素來(lái)增強捕光和細節保留能力，確保獲得無(wú)與倫比的圖像質(zhì)量。

采用ST定制傳感器的Big Sky攝像系統（圖片來(lái)源 ? Sphere Entertainment Co.）

采用 Sphere CMOS 圖像傳感器的 Big Sky 攝像系統徹底改變了電影制作方式，只用一個(gè)165 度視場(chǎng)角的便攜式攝像機即可代替一個(gè)復雜的 8K 攝像機陣列。Sphere 的攝像系統設計節省了數天的編輯時(shí)間，具備遠程控制和攝像機光纖連接功能。32TB SSD雙硬盤(pán)的每個(gè)硬盤(pán)都能有效存儲 17 分鐘未壓縮的60fps視頻。該系統不僅簡(jiǎn)化了電影制作流程，還通過(guò)集成的視頻編輯工具改進(jìn)了創(chuàng )作流程。

《來(lái)自地球的明信片》是第一部使用 Big Sky 攝像系統拍攝的電影作品，也是 Sphere體驗的一部分。這部電影于 2023 年 10 月 6 日在拉斯維加斯 Sphere球形劇場(chǎng)首映。這部電影由獲得奧斯卡獎提名的Darren Aronofsky執導，在拉斯維加斯 Sphere球形劇場(chǎng)的160,000 平方英尺(15,000 平方米)環(huán)形屏幕上獨家放映，利用 Big Sky 攝像系統技術(shù)，帶領(lǐng)觀(guān)眾穿越七大洲，深入海洋，翻越高山，進(jìn)入風(fēng)暴之眼。制作團隊通過(guò)Big Sky 攝像系統能夠為地球上的各種景觀(guān)拍攝無(wú)縫的全景視頻。

有了意法半導體 3.16 億像素圖像傳感器的加持，為 Sphere球形劇場(chǎng)專(zhuān)門(mén)設計的Big Sky攝像系統將成為電影史上的重要轉折點(diǎn)，有望開(kāi)啟一個(gè)全新的電影時(shí)代。