冬奥会用的广播摄像机镜头,昂贵堪比兰博基尼

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百家号02-1920:38

每一场奥运赛事的赛场边缘都站满了一排排举着变焦镜头的摄影师。他们所用的设备都是一万美金起步,也是每一个摄影师都梦寐以求的设备。但是,如果和奥运广播摄像师所用的大型镜头比一比,竟也显得微不足道起来。奥运广播所使用的电视广播摄像机,单是镜头就超过了 20 万美金,这值多少好镜头加起来的价了。

这次的平昌冬奥会上,佳能放置了 70 多件这样的摄像镜头,还包括旗舰版 UHD DIGISUPER 86,一款市值 22 万美金的镜头。它重 59.5 磅,长 24 英寸,宽 10 英寸。打眼一看,真有点像一端安了玻璃的高级烤箱。但它里面可没有百吉饼,而全是精心裁切的镜片。

当光线射进镜片的时候,会经过镜头里的每一个镜片,每一个镜片都会折射光线并进行聚焦。

图 | CANON UHD DIGISUPER 86

佳能成像技术和通信组的高级研究员 Larry Thorpe 说:“我们的一些高端广播镜头内有 30-40 个镜片。”而像一些典型的数码单反,它们的镜头里面只有 10 个镜片。

光线在被反射的时候会发生很奇妙的现象,比如说棱镜效果,当不同波长的光以不同角度折射时,一束白光就可以被分离成彩虹。而在摄像机里,这便会导致色差,成像的边缘会呈现亮绿或紫色的光环。为了避免这种情况,佳能使用了萤石一类的特殊材料,这种材料比普通材料的折射率更低,可以防止光线分离开来。

这些镜片材料都是经过了精细的研磨,之后又经过了抛光(甚至是手工工艺的抛光)以此来去除瑕疵。Thorpe 说,“我们花了更多的时间来进行抛光,因为即使是纳米级别的瑕疵都会影响效果。”

萤石是一种只存在于小晶体的天然成分,所以佳能自己制造了大量的萤石。他们从 1969 年就开始使用这一材料了。

图 | 色差

不同颜色的光会发生不同的折射,这会造成成像中难看的光圈,所以镜片需要避免产生色差。

每一个镜片的形状也很重要。当我们想到镜片的时候,我们本能的会认为它是有着平滑曲线的,就像一个大大的隐形眼镜镜片一样。然而事实上,这种形状的镜片不能让一组平行光线汇聚到一个点上。而只是稍微调整一下镜片的形状就可以避免失真,尤其对广角镜头来说。同时还能避免产生球面像差,不会让居中的成像产生锐聚焦显得太过尖锐,同时边缘的成像太过柔和。。

除了要控制摄入镜片光线的质量,佳能还要考虑光线的多少。盒型镜头有着很大的光圈,可以让许多光线同时进入。这也是一个适合在多种光线条件下进行聚焦和拍摄的必要特点。光圈的大小一般由 f 来表示,f 越小光圈越大。像 UHD DIGISUPER 86 这样的盒型镜头,基于它的广角镜头设定,最大光圈可达 f/1.7。这比市面上任何一种买得到的变焦镜头的光圈都大,即便是高端的数码单反也无法比拟。“大光圈也是这些镜头之所以这么大的一大原因,”Thorpe 说,“当要处理大量光线的时候你就需要一个大的前端镜片。”

变焦

另一个影响价格的因素就是镜头的焦距。高端的数码单反一般是三倍或四倍的光学变焦范围。而 UHD DIGISUPER 86,正如它的名字,有着 86 倍的变焦范围。它的焦距为 9.3-800 毫米。镜片里还有一个双倍焦距扩展器,可以让有效焦距加倍到 18-1600 毫米。这样即使要清晰的放大在体育场对面的运动员的面部也是轻而易举的了。

分辨率

广播摄像机使用的是 2/3 英寸的传感器,其对角线长度为 11 毫米。对比来看,一架高端的数码单反所使用的全画幅传感器对角线距离为 42 毫米。这就要求了广播相机要将大量的像素集中在一个很小的区域,从而得到高清成像。要达到 4K 的分辨率更是一个不小的挑战。

Thorpe 说:“在高清电视上,图像的每一毫米都有一百根对比分明的黑白线条。”所以这种 4K 的分辨率就要求了机器在光学上要达到极致的精确。

仿真模拟

在进行抛光之前,佳能需要用计算机来模拟出最理想的镜片。“在我们造出新型镜片的原型之前,计算机需要进行上亿次的模拟,”Thorpe 说,“计算机通常要对镜片的大小和形状分析数月。”

佳能镜片测试样本

佳能用这种样本来检测镜片的光学性能。

左图:光线进入镜片后会形成由无数个小光源组成的数列,这会刺激镜片进行焦距畸变。右图:由中心向边缘的象场弯曲渐变散焦

电子设备

除了镜片之外,镜头的电子器件也暗藏乾坤。镜头的控制器在机身两侧,摄像师左手控制对焦,右手控制变焦。导演通常会在远处的控制室或广播车里指挥摄像师进行场景拍摄。但由于镜头可以电子操控,导演可以在很远的地方操控镜头,这样摄像师就可以专注于拍摄快速移动的体育赛事了。

在一场双人花滑比赛中,镜头需要时刻与花滑选手保持近距离同步。而镜头的电子随动系统可以保证镜片组在摄像师控制对焦和变焦的同时向不同方向推动。镜头的成像稳定技术可以防止大量的镜片发生固有振动,确保镜片只会在镜筒中轻微波动。这对于变焦组中的摄远镜头尤为重要,因为这时即使再轻微的动作都会导致一场拍摄惨剧。

“这些摄像师都是非常专业的技术人员,”Thorpe 说,“我可不希望因为我他们要在全世界的注目下滑着滑板来拍摄单板滑雪。”

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