Desmistificando o CMOS - Rolling Shutter

Já faz algum tempo que escrevi esse texto abaixo, no fórum VideoBR, e resolvi colocá-lo aqui também.
--
Andei lendo e estudando bastante sobre sensores de imagem nos últimos tempos, e tenho algo a adicionar sobre o velho "problema" do rolling shutter. Resumindo: o problema não é o Rolling Shutter em si, mas sim o chamado "read-reset time" do sensor.
Mas por quê? Bom, numa câmera de cinema, que usa película fotográfica, o obturador (shutter) mecânico funciona como se fosse um rolling shutter de um sensor CMOS. Abaixo uma animação em gif tirada da wikipedia, ilustrando o funcionamento de um shutter mecânico de uma câmera de película 35mm:

Notem na animação que, enquanto o semicírculo está bloqueando a entrada de luz, o mecanismo de transporte da película está posicionando o próximo fotograma. Tudo sincronizado. Assim que o fotograma está em posição, parado, o semicírculo libera a entrada de luz para expor o fotograma. Nesse momento, é possível ver que a borda do semicírculo funciona como o rolling shutter do CMOS, que forma a imagem no sensor à partir da parte de cima até embaixo, progressivamente. Ou seja, acontecem os mesmos efeitos nas duas situações.

Sendo assim, o rolling shutter do CMOS só é problema quando o tempo de read-reset dele é maior do que a velocidade com que o semicírculo expõe o fotograma de película. O que acontece é que a maioria dos sensores CMOS das câmeras do mercado tem o tempo de read-reset alto, deixando os efeitos de "skew" e "wobble" muito aparentes.

Por exemplo, a câmera RED One. Nas suas primeiras versões de firmware, segundo o próprio Jim Jannard (dono da empresa), o sensor CMOS Mysterium tinha um tempo de read-reset de algo próximo a 25, o que gerava uma quantidade razoável de skew. Já nas versões atuais de firmware, esse tempo caiu para algo entre 8 e 9. Ele também cita que o tempo que a borda do shutter mecânico demora para abrir a entrada de luz numa câmera de cinema é de 4. Não fica claro nas mensagens dele, mas acredito que esse tempo seja em milissegundos. Os próximos sensores, que estarão presentes nas câmeras RED Scarlet e Epic (Mysterium-X e Monstro), terão tempos de 5 e 3 respectivamente. Ainda segundo Jim, eles passaram 2 anos pesquisando essas questões sobre o rolling shutter, e chegaram à conclusão que o ideal é ter um sensor com rolling shutter de read-reset baixo, para manter a sensação que a filmagem em película passa. Eles até poderiam fazer um sensor com Global Shutter, mas o resultado seria, segundo ele, um material com uma sensação muito estéril, diferente do filme. E numa câmera de cinema digital, o objetivo é se aproximar das características visuais do cinema em película. E o sensor Monstro basicamente será o mais próximo possível da experiência fílmica, pois terá um tempo de read-reset menor do que uma câmera com shutter mecânico (3 contra 4), mas ainda assim mantendo o "feeling" do movimento. As considerações do dono da RED podem ser vistas aqui neste tópico:http://reduser.net/forum/showpost.php?p=257426&postcount=199.

Só pra citar, mesmo não tendo achado uma informação específica, estima-se que os sensores CMOS que equipam a EX1 ou câmeras similares têm read-reset de 30 ou mais.

Agora para casos específicos, como cobertura de eventos, onde há flashes disparando a todo momento, a melhor solução para uma câmera de vídeo ainda é o global shutter, para evitar aqueles frames com o flash iluminando apenas metade do quadro. Inclusive a câmera de cinema tem o mesmo problema do CMOS com flashes, só que amenizado pelo tempo de abertura menor do que a média dos read-resets atuais. Ou mesmo uma câmera fotográfica, DSLR ou 35mm, tem o mesmo problema, onde o shutter é mecânico. Por isso existe a sincronização de flash, exatamente para evitar a iluminação parcial do fotograma.

Nova câmera de vídeo da Canon?

  Saiu um boato no site canonrumors de que a Canon está trabalhando em uma nova câmera de vídeo profissional, que utilizaria um sensor CMOS APS-C com capacidade de captura de 120 frames por segundo, com resolução total de 12.1 MP. Esse sensor seria uma versão aprimorada dos atuais, com vistas ao vídeo, contando com um refresh rate reduzido, minimizando os efeitos causados pelo Rolling Shutter.

 Segundo o site, o corpo seria similar ao da XL H1, com montagem de lentes EOS, compatível com lentes EF e EF-S. A Canon estaria trabalhando em dois modelos de lentes zoom para a câmera, com motores quick AF e instant AF, uma delas wide começando em 16mm, e a outra tele começando em 70mm.

 Quanto aos modos de gravação, fala-se em 720p em 30 e 60 fps, e 1080p em 24, 30 e 60 fps. O formato de arquivo seria um tipo de Mpeg4 em 56Mbits/sec. O sistema de armazenamento seria baseado na tecnologia CFast. Ainda haveria a possibilidade de um módulo externo para gravação RAW em 12 bits, com comunicação SDI sem compressão e USB 3.

 Já estão até especulando o preço: 8 mil dólares para a câmera com a lente 16mm wide, e pelo menos 4 mil dólares para o módulo de gravação RAW. Nada mal!

 E o lançamento? Seria em algum momento de 2010. Como não há nada confirmado, apenas rumores, nada mais resta senão esperar alguma palavrinha oficial da Canon.

 Algo me diz que tudo isso indica uma clara resposta ao lançamento iminente da RED Scarlet ainda em 2009. Que bom seria ouvir agora coisas como "Sony anuncia nova PMW-EX5, com CMOS baseado nas câmeras DSLR Alpha", ou "Nova Panasonic HPX400 com CMOS derivado da LUMIX GH1".

2009: Scarlet pode mudar muitas regras no jogo audiovisual

Estamos finalmente em 2009! E o novo ano que começa, apesar de toda essa história de crise financeira, promete ser um divisor de águas em termos de produção audiovisual, mais exatamente no ramo de cinematografia digital.

E o motivo dessa mudança tem nome e sobrenome: RED Scarlet. Mas antes de começar toda a conversa, vale lembrar um detalhe importante: tudo não passa de suposição, já que a câmera ainda será lançada, e conforme diz o próprio slogan da RED, todo o projeto fica sujeito à mudanças até o efetivo lançamento.

Citarei alguns filmes, para depois desenvolver uma linha de raciocínio: "Star Wars Episódio II: O Ataque dos Clones", "O Caso Curioso de Benjamin Button", "Miami Vice", "Collateral", "Zodíaco", "Sin City", "Slumdog Millionaire", "Speed Racer". O quê todos esses filmes têm em comum, além do fato de serem sucesso de crítica e/ou público? Resposta: todos foram feitos, totalmente ou em grande parte, com câmeras de cinema digital com sensores de 2/3". E tudo indica que em 2009, pela primeira vez na história, pessoas com pouco ou quase nenhum orçamento poderão ter em mãos uma câmera que possibilitará ter uma qualidade de imagem comparável a produções de grande orçamento. E isso não é pouca coisa.

Só para recapitular algumas coisas na história recente do cinema: primeiro havia a película, majoritariamente 35mm, que demandava altos orçamentos para aluguel ou compra de câmeras, compra dos rolos de filme, processos de laboratório, transferências, copiões, negativos, positivos e tudo mais. Então veio a cinematografia digital e as coisas começaram a mudar, porém sem grandes diferenças em termos de custo de produção. Posso citar Dalsa Origin, Red One, Panavision Genesis, Thomson Viper FilmStream, Sony F-900, F23 e F35, Silicon Imaging SI-2K, Arri D-20 e D-21, exemplos de câmeras com uma qualidade excelente e que proporcionam custos de produção mais baixos que em película, porém longe de caber no orçamento dos chamados "Prosumers".

Existem boas câmeras voltadas para o mercado "Prosumer" atualmente, como Sony PMW-EX1, Panasonic HVX200 e suas similares com sensores de 1/3" e 1/2", todas com preços parecidos com o prometido para as Scarlets mais baratas. Acontece que, mesmo sendo boas câmeras, elas estão longe de ter a latitude (dynamic range), profundidade de campo e compressão exigidas por grandes produções hollywoodianas. Com tudo isso, a Scarlet será a primeira câmera "Prosumer" a oferecer não apenas um sensor de 2/3" a partir de 2.500 dólares, mas 120fps a 3k de resolução, arquivos RAW para controle na pós-produção (balanço de branco, exposição, cores...), e lentes intercambiáveis num pacote modular, que oferecerá a possibilidade de upgrades em partes separadas da câmera. Muitos desses atributos só vão aparecer em câmeras que atualmente custam até 10 vezes mais do que a Scarlet promete custar.

Não é demais lembrar que a câmera é apenas uma das peças no quebra-cabeça de produção de um filme, mas é um dos ítens mais importantes, senão o mais, dentro de uma produção de grande orçamento. Já temos atualmente iluminação, áudio, sistemas de edição e finalização profissionais a custos relativamente baixos, e se tudo correr dentro dos trilhos, em meses teremos uma câmera de alta qualidade e baixo custo!

Estou aqui falando de aspectos técnicos, mas não posso me esquecer de alertar sempre a todos: ótimos equipamentos não são nada nas mãos de pessoas sem força de vontade, conhecimento e criatividade! Pois então, mãos à obra para estudar e aprender um pouco mais a cada dia, porque quando a míriade de equipamentos de alta qualidade com baixo custo estiver totalmente disponível para todo e qualquer mortal, não haverá mais desculpa para não produzir grandes obras audiovisuais, além da falta de vontade, talento e conhecimento!

E que venham os lançamentos!

Fonte de inspiração e informação para este post: Blog TNG.

RED Digital Cinema - ou poderia dizer REDvolução!

A empresa Red Digital Cinema acaba de anunciar o lançamento de novas câmeras para os próximos anos, começando pelo meio do ano que vem, que juntar-se-ão à já consagrada RED ONE.

Tratam-se de 2 novos sistemas modulares, Scarlet e Epic, que podem ser montados com acessórios para vários formatos possíveis. São o que eles chamam de DSMC (Digital Still Motion Camera).

As imagens falam por si:

http://www.red.com/epic_scarlet/

Só isso...

Frase do dia!

"Eu acho que ele é corintiano também". Essa pérola foi proferida por nosso Presidente da República, Lula, sobre o presidente eleito dos Estados Unidos, Barack Obama...

Eu fico imaginando o Obama falando sobre o Lula: "Eu acho que ele é formado em Direito em Harvard também". Nada como projetar nos outros uma coisa da qual a pessoa se orgulha...

Cinema Digital? Estou dentro!

Estou escrevendo um pequeno artigo sobre cinema digital conforme tenho tempo... Assim que estiver pronto, colocarei aqui em primeira mão... Nada de novo, apenas impressões pessoais baseadas em fatos e experiências empíricas, se é que vocês me entendem...

Enfim, um post meio inútil, mas...

Nova moda: Vídeo com câmeras DSLR

Em minhas pesquisas diárias sobre produção de vídeo e cinema digital ao redor do mundo, alguns dias atrás percebi uma nova onda, proporcionada por lançamentos recentes de câmeras fotográficas digitais: fazer vídeos com câmeras DSLR (Digital Single-Lens Reflex).

Aí você pode pensar: mas já tem muita gente que usa câmeras fotográficas para fazer vídeos... Tá, tudo bem, realmente já tem muita gente usando esse recurso e postando milhares de vídeos por todos os cantos da internet. Porém, até os recentes lançamentos, as câmeras DSLR não tinham a capacidade de fazer vídeos, devido a uma limitação de construção. Elas contavam com um espelho disposto em 45 graus que reflete a imagem diretamente para o despolido, onde podemos ver as imagens através do viewfinder, e só capturavam a imagem no momento do disparo, quando o vidro sobe e abre passagem para a luz atingir o sensor da câmera. Para entender melhor esse processo, é só ler um artigo na Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_single-lens_reflex_camera. De algum tempo pra cá, o uso de vídeo nas DSLRs começou a se desenhar com a inclusão do recurso "Live Preview", que permite ver as imagens no LCD além do viewfinder, antes de bater a foto.

Fazer vídeos com as câmeras DSLR tornou-se possível com o lançamento da Nikon D90 (1280x720/24p), e logo depois veio a Canon EOS 5D Mark III (1920x1080/30p).

E as pessoas perguntam: qual é a vantagem de usar uma câmera dessas para vídeo? Bom, as vantagens são basicamente o tamanho do sensor de imagem e a possibilidade de troca de lentes. Para se ter uma idéia, a Nikon D90 tem o sensor CMOS do tamanho do fotograma de uma película 35mm de cinema (disposta na vertical). E a Canon tem um sensor CMOS Full frame, ou seja, do tamanho de um fotograma de uma película 35mm fotográfica (disposta na horizontal). Isso significa: controle de profundidade de campo como numa câmera de cinema 35mm.

Vantagens e desvantagens... Comparando a Nikon com a Canon, a Nikon leva vantagem por gravar em 24p (cadência de frames do cinema), e a Canon grava com mais resolução (1920x1080 ante 1280x720), porém só grava em 30p, o que dá um visual mais de vídeo do que de cinema...

Se compararmos com uma câmera profissional de vídeo, temos a vantagem dos sensores maiores, com menor profundidade de campo, porém temos muitas desvantagens em termos operacionais. Por exemplo: nestas fotográficas, não temos entrada de áudio (apenas microfone embutido); não temos controle de shutter; não temos opção de variar o frame-rate para efeitos como câmera lenta e time-lapse; não temos controle sobre saturação, gamma, brilho e contraste, entre outros controles. E ambas só gravam clipes curtos, de cerca de 5 minutos.

Basicamente são equipamentos para entusiastas de fotografia que querem ter bons recursos de vídeo, já que antes de serem câmeras de vídeo, são câmeras fotográficas de altíssima qualidade. Ou mesmo para filmakers, como opção para fazer vídeos curtos mais "artísticos", com a opção de ter controle sobre a profundidade de campo como no cinema, sem precisar de adaptadores caros para usar lentes fotográficas com câmeras de vídeo.

Alguns exemplos de vídeos com a Nikon D90: http://www.vimeo.com/d90.

Vídeo feito com a Canon EOS 5D Mark III, e alguns arquivos nativos da câmera: http://www.usa.canon.com/dlc/controller?act=GetArticleAct&articleID=2086.

Fontes: ProLost, PrepShootPost.

Novo vídeo no Vimeo!

Depois de mais um tempo sem adicionar nada a este espaço, volto aqui com um novo vídeo que finalizei ontem, com algumas imagens aqui de casa, principalmente das flores e plantas de minha mãe. Totalmente gravado (Sony V1N), editado e finalizado em 24p.

A trilha sonora é uma composição de meu irmão Guilherme Soares, executada por ele mesmo na viola caipira.

Suave e relaxante, hehehehe. Vejam:


My Backyard from Gabriel Soares on Vimeo.

É isso! Quem sabe um dia eu volte com mais novidades...

Novas tecnologias em CMOS

Notícia já de algum tempo, reproduzida por mim no fórum VideoBR... Mas vale o registro aqui:

Segundo o site camcorderinfo.com, a Sony anunciou uma nova tecnologia de sensores CMOS, o Back-Illuminated CMOS.

Segundo a Sony, esta nova tecnologia oferecerá quase o dobro da sensibilidade à luz em relação aos CMOS produzidos atualmente.

A imagem abaixo ilustra as diferenças:

Para entender melhor: na tecnologia disponível hoje, as camadas do sensor se organizam como na imagem da esquerda:
- Lente do chip (para focar a luz dentro do receptor)
- Filtro de cor (para determinar se receberá a cor azul, vermelha ou verde)
- Filamentos metálicos (incluindo transistores e fios que mandam os elétrons para as linhas e colunas de processamento)
- Foto-diodo (área de captura dos fótons)

Na imagem da direita, vemos o sensor com a nova tecnologia, onde as duas últimas camadas são invertidas, eliminando a perda de luz que é provocada pelos filamentos metálicos. Não é uma idéia nova, mas segundo a Sony, as tentativas anteriores levaram a um aumento de ruído e degradação da imagem. Agora a empresa afirma que uma nova estrutura de foto-diodos e novas lentes do chip compensam essa perda, e consegue adquirir um aumento em 6db na sensibilidade e redução de ruído em 2db.

Abaixo está uma comparação, divulgada pela Sony, entre imagens feitas com um sensor atual (primeira), e com o novo sensor:



Ainda segundo a Sony, o anúncio do novo sensor não vem acompanhado de um anúncio de novos produtos já contendo a nova tecnologia... Mas é de se esperar que em pouco tempo apareçam novos modelos de câmeras equipados com a novidade.

É esperar pra ver...

Link para a matéria original do Camcorder Info: www.camcorderinfo.com...

Agora acrescentando algumas impressões pessoais... somente imaginando...

Um tempo atrás eu estava procurando artigos sobre diferenças entre CMOS e CCD, e ainda alguma informação sobre Rolling Shutter e Global Shutter no CMOS... Eis que achei uma mensagem num fórum, de um engenheiro de desenvolvimento da câmera SI-2K, da Silicon Imaging. O nome do engenheiro é Jason Rodriguez, e em sua explicação, dizia que os CMOS usados atualmente em câmeras de vídeo são do tipo 3T, ou seja, tem 3 transistores por pixel do sensor. Para ter um sensor CMOS com Global Shutter, seriam necessários entre 5 e 6 transistores por pixel, o que diminuiria a área sensível à luz de cada pixel, pois transistores tem tamanho, além de cada transistor no pixel aumentar o ruído na imagem... Isso ocasionaria uma menor extensão dinâmica (dynamic range). Sendo assim, teoricamente poderia ser feito, porém com menor qualidade de imagem... Uma solução seria o aumento do tamanho do sensor, possibilitando que cada pixel acumulasse mais elétrons, porém isso tiraria a vantagem que o CMOS têm de consumir menos energia e poder ser usado em câmeras menores, como as Handycam de 1 CMOS de 1/3 ou mesmo a EX1 com seus 3 CMOS de 1/2"...

Agora unindo as duas informações, do lançamento do novo sensor da Sony, e dessas características inerentes aos sensores CMOS atuais, me leva ao seguinte raciocínio: já que, no novo design da Sony, os transistores e fios não atrapalham mais a passagem da luz, e seu novo design e lentes possibilita uma diminuição no ruído da imagem, eu não ficaria espantado se a Sony lançasse dentro do próximo ano câmeras com sensores CMOS com Global Shutter... Pois tanto faria 3T ou 6T, já que eles não atrapalhariam a passagem de luz nesse novo sensor... e o aumento de ruído dos novos transistores seria atenuado pela melhor sensibilidade e menor ruído possibilitado pela nova tecnologia...

Novamente, é esperar pra ver... Acredito que um lançamento desse porte poderia decretar em pouco tempo a morte dos CCDs (pelo menos pra Sony), já que na minha humilde opinião, o único ponto que o CMOS perde para o CCD é no tal do Rolling Shutter...

E resta saber o preço dessas hipotéticas novas tecnologias...

Agora eu fiquei animado...

Aproveitando o embalo de ontem, hoje pela manhã resolvi editar um curta apenas com imagens e música, sempre pra exercitar meus "skills" de editor, já que tenho estudado exastivamente sobre Direção de Fotografia...

As imagens foram feitas pelo meu pai, Ruy Soares Filho, durante as gravações para um vídeo institucional de uma colônia de férias, em Peruíbe, litora de SP.

Mais informações no site do Vimeo.


A beach... and light... from Gabriel Soares on Vimeo.

Sempre lembrando que o vídeo está disponível em alta definição no Vimeo, basta seguir o link para a página original.