СТЕРЕОСЪЕМКА ОДНОЙ ЦИФРОВОЙ КАМЕРОЙ

ПО СИСТЕМЕ «СТЕРЕО-70»

Публикуется в качестве доклада на международной конференции

SMPTE по стереоскопическим технологиям

Нью Йорк, 13 – 14 July, 2010

Теоретическая часть:

Одной из основных проблем при создании технологических систем для стереосъемки живой натуры, в особенности людей – это межцентровое расстояние между левым и правым объективами, именуемое базисом съемки. Величина базиса съемки не только не должнан превышать базис зрения, но иметь гораздо меньшую величину, кратную степени масштабного увеличения изображения на экране. Многолетней практикой стереосъемок, нами было определено, что чем больше масштаб увеличения на экране, тем меньше должен быть базис съемки. Так, например, при среднем коэффициенте масштаба изображения на экране равном 2,5, базис съемки должен быть 26мм. В противном случае мы сталкиваемся с проблемой возникновения эффекта миниатюризации. Но эффект миниатюризации не является основной причиной отказа от съемки с большой величиной базиса съемки. Как правило, зритель постепенно адаптируется к данному эффекту и перестает акцентировать на нем внимание, если конечно Вы не монтируете рядом сцены снятые различным базисом.

Основной причинной отказа от съемки с базисом, равному базису зрения и более, это вопрос величины комфортно воспринимаемого пространства. Как следует это понимать?

Один из главных параметров стереосъемкиэто так, называемый параллакс бесконечности, то есть положительный параллакс одноименных точек изображения, находящихся в бесконечности. На экране величина такого параллакса бесконечности не должна превышать 65 мм:

P экранный = В зрения.

В противном случае зритель будет наблюдать изображение объектов на заднем плане в условиях дивергенции, что вызовет утомляемость и дискомфорт при просмотре стереофильма.

Вторым основным параметром стереосъемки является дистанции рампы, которая определяет расстояние от камеры до виртуальной плоскости нулевых параллаксов, которая впоследствии должна совпасть с плоскостью экрана в зрительном зале. При построении композиции, предметы, которые будут обрезаться краями кадра не должны располагаться ближе данной дистанции, в противном случае из-за эффекта «отжимающего действия экрана» виртуальная плоскость нулевых параллаксов психологически не будет восприниматься в плоскости экрана. Несовпадение плоскости нулевых параллаксов, заданных при съемке с плоскостью экрана при длительном просмотре фильма вызовет у зрителей дискомфорт и утомляемость.

Третьим параметром стереосъемки – является допустимая ближняя дистанция до камеры. Для статичных объектов, которые психологически могут восприниматься в зрительном зале, и не подвержены отжимающему эффекту экрана, такая дистанция равна половине дистанции рампы. В этом случае изображения таких статичных объектов имеют на экране отрицательный параллакс, равный параллаксу бесконечности (Рис 1).

Таким образом, если мы хотим предоставить зрителю комфортное восприятие трехмерного изображения, диапазон параллаксов на экране от самой ближней дистанции до самой дальней – бесконечности, не должен превышать 130мм. На практике, учитывая физиологические ресурсы зрительного аппарата – допустимое превышение выше описанных величин может быть до 50%. То есть в отдельных случаях мы допускаем увеличение параллакса бесконечности до 90 мм.

Вышеописанные параметры стереосъемки взаимозависимы от фокусного расстояния объектива и базиса съемки. Эта зависимость выражается формулой:

Где Lr – дистанция рампы, В – базис съемки, F – фокусное расстояние объектива, H – коэффициент пропорциональной передачи пространства, равный 1, а P? -максимальная величина параллакса изображения на кинопленке кинокамеры, которая при проекционном увеличении будет составлять на экране 65мм.

Каждый объектив при определенном базисе имеет свою основную дистанцию рампы, при которой съемка ведется в пропорционально-пространственных соотношениях, когда одноименные точки объектов бесконечности имеют на экране параллакс, равный 65мм. При изменении дистанции рампы в сторону ее уменьшения, объекты бесконечности будут иметь параллаксы, значительно превышающие величину 65-мм, поэтому композицию кадра надо будет ограничить фоном, расположенным на конечной дистанции, определяемой по формуле;

Так как фон, находящийся на конечной дистанции будет иметь на экране параллакс, равный бесконечности, будет нарушена пропорциональность передачи пространства. Индекс Н, обозначаемый гипертрофированность передачи пространства определяется по формуле:

На основе перечисленных формул нами была составлена интерактивная таблица подбора стереопараметров. Эта таблица показывает, как влияет базис съемки на величину диапазона комфортно воспринимаемого пространства (Рис 2 и 3).

Таблица расчета стереопараметров

Рис. 2 Сочетание параметров при съемочном базисе 26 мм

Рис. 3 Сочетание параметров при съемочном базисе 65 мм

Так, например, в случае с объективом 35 мм, при съемке с базисом 65мм мы имеем ограничения 11 м до бесконечности, а при съемке с базисом 26мм, этот диапазон будет существенно больше – от 4,5 мм до бесконечности. При приближении к актеру на более короткую дистанцию, например на 3 метра, ограничение пространства при базе 26 мм составит от 3 до 9 метров, а при базе 65мм – от 3 до 4 метров.

Что такое «Стерео-70»?

Отечественная система «Стерео-70» одна из старейших в мире. Эта система использует в производстве 70 мм пленку, поэтому получила приставку 70. стереофильмов на более 40 лет и было снято более 30 фильмов.

Принципом системы «Стерео-70» является – одна камера, один объектив, одна пленка. Два кадра 35 мм формата было решено разместить на одной 70 мм пленке. В этом случае межцентровое расстояние между кадрами составляет 26,4 мм, что отвечает требованиями съемки живой натуры, описанной выше. (Рис 4).

Были рассчитаны оптические блоки малого размера, чтобы их можно было разместить на межцентровом расстоянии 26,4 мм. Оптические блоки со встроенными диафрагмами размещаются в специальной конструкции, которая позволяет синхронно управлять ими. (Рис.№5).

Оптические блоки расположены строго параллельно, но был разработан механизм, позволяющий сдвигать их относительно центров кадров в диапазоне 2 мм, что позволяет выставлять плоскость нулевых параллаксов на различные дистанции, вплоть до бесконечности. В этом случае происходит мнимая конвергенция боковыми лучами объективов (Рис 6).

1-- плоскость пленки, 2 – главная плоскость оптических блоков, 3 – плоскость рампы, В1 – межцентровое расстояние между кадрами, В2 межцентровое расстояние между оптическими блоками

Таким образом, два оптических блока, заключенных в единую оправу, образуют единый стереообъектив, имеющий механизмы управления фокусировкой, диафрагмой и мнимой конвергенцией. В распоряжении оператора имеется линейка из семи объективов: 23мм, 28мм, 32мм, 35мм, 40мм, 75мм, 100мм (Рис 7).

В случае необходимости изменения базиса съемки используются оптические призменные насадки, которые позволяют не только увеличивать базис до 110 мм, но и уменьшать его до 15 мм. Изменение базиса съемки производится дискретно. (Рис. 8).

 

Базисные насадки могут быть использованы с объективами, начиная с фокуса 40 мм, поэтому в настоящее время разрабатывается короткофокусный объектив с оптическими блоками по принципу перископа, когда входное межцентровое расстояние превышает выходное в два раза (Рис 9).

Принципиальное отличие стереокиносъемочного аппарата от камер аналогичного 70 мм формата является наличие бинокулярной лупы (Рис 10). Оператор может непосредственно наблюдать пространственное изображение и по схождению крестов визуально выставлять объективы на необходимую ему дистанцию нулевого параллакса. Рамки фильмового канала, разделитель, установленный после оптических блоков в камере позволяют иметь четкие границы левого и правого кадров стереопары, и избежать взаимного наложения изображений левого и правого ракурсов.

Модельный ряд камер:

Type of Camera Drive System Frame Rate Reverse Filming Magazine Viewfinder Weight
"TRANSFORMER-65"

Hand-held & Steadicam

DC motor 12v external 8;12;16 fps
24;26;32 fps
Quartz-timed
No 245ft – 5 pcs
400ft – 2 pcs
500ft – 2pcs
Binocular viewfinder &
TV assist
8-10 kg

(18-22 lbs)

"SHOULDER-65"

Shoulder-mounted

DC motor 16v internal 1 – 50; manual 24; 25; 30
Quartz-timed
Yes 450ft – 5 pcs
500ft – 2 pcs
Rotary binocular viewfinder 15-25 kg

(33-55 lbs)

"HAND-65"

Hand-held

DC motor 12v external 1; 2; 4; 8;
12; 16; 24;
26; 32 fps
Quartz-timed
No 245ft – 5 pcs
400ft – 2 pcs
Binocular viewfinder 7-9 kg

(15-20 lbs)

"SPEED-65"

High-speed & single frame shooting

DC motor 30v external 1 to 72 fps Yes 1,000ft – 4 pcs Binocular viewfinder 25 kg

(55 lbs)

"BOX-65"

Underwater shooting

DC motor 16v internal 24 fps No 245ft – 5 pcs TV control 30 kg

(66 lbs)

Общая спецификация камер

Purpose

Shooting of feature and documentary films in 3D

Stereopair Type

Horizontal "SIDE BY SIDE"

Frame Size

26 х 18.2 mm

Film Types

65 mm Black & White or Color.

Pull-Down and Pin-Registration

Dual forced

Registration Pin Vertical Instability of the Image

0.01mm

Shutter

150°

Noise level

45 dB

"TRANSFORMER 65"

“SHOLDER 65”



“HAND-65”

"SPEED-65"

Каждый кадр стереопары на 65-мм кинонегативе имеет информационную емкость как минимум 4K. Соотношение сторон кадров составляет 3:4, что хорошо вписывается в формат Гигантского экрана.

По технологии «Стерео-70», начиная с 1966 года, было снято более 30 стереофильмов. Система «Стерео-70» и ее объективы проходили несколько этапов модернизации. Последняя разработка камер была проведена в Московском конструкторском бюро киноаппаратуры (МКБК) в 1995-1997 годах. В 2009 году по нашему техническому заданию компанией «Оптика Элит» были разработаны новые оптические блоки с учетом их применения для цифровых камер.

Использование системы «Стерео-70» в цифровых технологиях

Система «Стерео-70» была разработана и создана в эпоху развития 70-мм кинематографического стандарта, который в настоящее время не имеет того коммерческого распространения, которое было до конца 80-х годов. Поэтому коммерческое производство стереофильмов по данной технологии было приостановлено в начале 90-х годов. Последняя попытка провести производство фильма пленочными камерами Стерео-70, состоялась в июле 2009 года в Испании во время национального праздника San Fermin, где проходили съемки трейлера стереоскопического фильма «Бег с быками» (“Running with Bulls”) продюсер Chris Cary, режиссер Aubrey Powell. Продюсерская компания «SanFermin» остановилась на пленочной технологии, так как фильм должен был быть формате Гигантского экрана.

С приходом цифровых технологий основное направление нашей деятельности было направлено на разработку технологий, позволяющих использовать научный потенциал системы «Стерео-70» в создании стереофильмов минуя 70-мм пленку. Мы имели опыт производства кукольной анимации по системе «Стерео-70» еще с 70-х годов прошлого столетия. Но после ухода из производства 70мм формата, кукольная анимация стала наиболее уязвимой в этом вопросе. Поэтому первым нашим шагом было создание технологии съемки кукольных анимационных стереофильмов одним цифровым аппаратом для Гигантского экрана (Авторы Александр Мелкумов и Сергей Рожков).

Первая презентация этой технологии прошла на второй Галвестонской конференции GSCA в США (Second Galveston GSCA Conference) в сентябре 2006 года. А премьера первого стереофильма по данной технологии «Чучело», созданный совместно с эстонской студией кукольной анимации «NUKU-FILM» демонстрировался на Ванкуверской конференции GSCA в Канаде в 2007 году. В настоящее время по данной технологии снимается полнометражный фильм «Lisa Limonene» на той же студии.

Вторым нашим шагом было создание мини комплекса на базе двух камер Sony формата HDV. Эти малогабаритные камеры позволяли иметь базис съемки равный 68мм и их видоискатели играли роль бинокулярной лупы. Для уменьшения базиса съемки, необходимый для комфортной съемки, по нашему заданию МКБК разработало специальную призменную насадку, уменьшающую базис съемки в 2 раза до 34мм (Рис 12).

В этих двух случаях мы придерживались принципов расчета стереопараметров по системе «Стерео-70», и шаг за шагом приближались к идее создания специализированной цифровой стереокамеры, которая не уступала бы по удобству работы с пленочными камерами. Мы понимали, что для использования объективов «Стерео-70» необходимо будет иметь цифровую камеру, как минимум, с двумя матрицами равными 35мм формату, или с одной матрицей 65мм формата. Нам повезло. Одна из моделей цифровых камер компании «Vision Research» широко известных как «Phantom», получила приставку 65, именно из-за размеров применяемой в ней матрицы, соответствующей размеру кадра на 65-мм кинонегативе.

Первое тестирование по вопросу возможности использования камеры «Phantom-65» с оптикой Стерео-70 проходило в Испании параллельно со съемками вышеупомянутого трейлера фильма «Бег с Быками». Камера двигалась на канатной дороге, которая проходила по улицам по траектории бега быков. Впоследствии МКБК провело большую работу по адаптации объективов «Стерео-70» к камере «Phantom-65». Недостаточно было просто сконструировать гнездо объективодержателя (Рис 13), необходимо было создать между объективом и матрицей специальную шахту для разделения световых потоков, падающих от правого и левого оптических блоков на матрицу (Рис 14).

Figure 13 illustrated that 3D lens with lens mount of the Phantom-65

Figure 14 illustrated that shaft for division of the light streams

Тестовые съемки в цифровом формате с использованием объективов «Стерео-70» были проведены в конце апреля этого года, и в настоящее время рассматривается вопрос о производстве полнометражного игрового фильма по этой технологии. Но до полноценной цифровой стереокамеры аналогичной пленочным камерам «Стерео-70» недостает бинокулярной лупы для оперативной работы оператора. В настоящее время контроль ведется по монитору, на который выведены изображения двух ракурсов стереопары.

Важным этапом в сохранении традиций системы «Стерео-70» стало создание стереообъективов нового поколения принципиально новой конструкции, где механическая часть управления оптическими блоками заменена электронной (Рис 15). Управления такими параметрами съемки, как фокусировка , и выставление точки нулевых параллаксов происходит по радио каналу(Рис 16).

Границы комфортно воспроизводимого пространства, определяемые по методике системы «Стерео-70», запрограммированы в устройстве управления объективами. Они автоматически высвечиваются на дисплее при установке оператором дистанции нулевых параллаксов.

«Phantom-65-Stereo-70» with Stereo-70 lens (NIKFI) «Phantom-65-Stereo-70» with “ZEPAR” lens (MKBK)

Заключение:

«Сомневаться в том, что за стереокино - завтрашний день, это так же наивно, как сомневаться в том, будет ли завтрашний день вообще !» - это цитата из статьи «О Стереокино» известного режиссера Сергей Эйзенштейна , которая была написана в 1947 году под впечатлением просмотра одного из первых советских стереофильмов «Робинзон Крузе».

Прошло более 60 лет, этот день наступил. Но мы оказались не готовы к нему. У нас нет до сих пор настоящих кинокамер для производства стереофильмов, которые не уступали бы камерам традиционного кинематографа. Использование двух камерных систем стереосъемки столь же архаично, как если бы мы пытались сегодня использовать в цветном кино не многослойную цветную кинопленку, а технологию съемки камерами с тремя цветоделенными черно-белыми пленками.

Система «Стерео-70» с заложенными в ней принципами – одна камера, один объектив и один носитель, уникальна в своей оптической части. Однако, существующее решение адаптации стереообъективов к камерам «Phantom-65» пока еще уступает пленочным камерам этой же системы. В отличии от пленочных камер Стерео-70, где каждый кадр 35мм стереопары имеет информационную емкость 4К, матрица камеры «Phantom-65» имеет общее разрешение 4К, то есть по 2К на каждый ракурс. Мы надеемся, что компании разработчики цифровых камеры в скором времени осознают необходимость создания камер с размерами матрицы соответствующей стандарту 65-мм кинематографа так необходимых для полноценного и качественного производства стереофильмов.

Александр Мелкумов

Зав. Сектором цифрового стереокино

Научно-исследовательского кинофото института

Посмотреть видео

Трейлер стереофильма "Самый лучший фильм в 3D" снятый по системе "Phantom-65& Стерео-70"