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NHK研制出全球首款1.33亿像素单芯片8K超高清图像传感器

供稿人:李远东  供稿时间:2014-12-29   关键字:NHK  8K超高清电视  
NHK目前正在研发可用于8K超高清电视(有被广泛地称为UHDTV 2,像素数为7680×4320)节目制作的高质量实用摄影机,最近又取得了新的进展,研制出了全球首款可应用于单芯片8K超高清视频全分辨率彩色摄影系统的1.33亿像素传感器。今年11月出版的日刊《NHK科技研究实验室R&D信息》以及11月出版的日刊《NHK放送技术》均进行了报道,主要内容如下:
 
全分辨率的8K超高清视频的产生,需要红、绿、蓝三基色每种颜色的像素数均要分别达到3300万。此前,NHK采用三芯片系统(包括:红基色3300万像素图像传感器芯片(帧频为120 Hz)、绿基色3300万像素图像传感器芯片(帧频为120 Hz)、蓝基色3300万像素图像传感器芯片(帧频为120 Hz),均基于CMOS工艺(单个传感器的外形如图1所示)。来制造能生成全分辨率8K超高清视频的摄像机,这类摄像机除了采用三芯片系统,还在上述3个芯片的前端设置一副棱镜,用以将进入摄像机镜头的自然光束分解成红、绿、蓝三基色(相关工作原理如图2所示)。分色棱镜与三芯片系统使得8K超高清摄影机的体积很大(如图3所示),若要将其广泛地应用于实际,需要进一步减小其体积,从而就需要研发更为先进的工艺技术。
单基色传感器芯片(3300万像素)的外形
来源:本文参考文献[2]
基于三芯片(每个芯片3300万像素)传感器系统与外置分光棱镜的8K超高清摄影机的外形与工作原理
编译自本文参考文献[2]
基于三芯片(每个芯片3300万像素)传感器系统与外置分光棱镜的8K超高清摄影机实物图(笔者注:机身与图2中所示的机身形状相同)
来源:本文参考文献[2]
 
如果将三芯片系统改为单芯片系统,而且这种单芯片还无需外置的棱镜就能获得红、绿、蓝三基色,那么就能有效地减小8K超高清摄影机的体积。但是,如果这种单芯片仅使用了3300万像素的图像传感器,就只能获得全分辨率所需要的像素数的1/3,从而也就达不到原先采用三芯片系统时所能获得的8K超高清视频拍摄的画面质量效果。
 
为此,NHK研制了新型单芯片传感器,这种单芯片具有1.33亿像素,达到了此前单芯片传感器像素数的4倍,具体使用时,可将其中的3300万像素用于红基色、将另外的6600万像素用于绿基色、将剩下的3300万像素用于蓝基色。新型单芯片的外形甚小,其对角线长度仅为43.27毫米(该款单芯片传感器的外形如图4所示,内部具体构造以及工作原理如图5所示),其光学尺寸与民用照相机中的35毫米全帧传感器(该类型传感器的对角线长度为35毫米,表面的长与宽分别为24毫米及36毫米)相当,所以,基于此的8K超高清视频摄影机的体积可以得到大幅减小(仅重2千克。其相关工作原理与实物外形分别如图6以及图7所示)。此外,该新型单芯片传感器的帧频为60 Hz。
新型单芯片三基色传感器芯片(1.33亿像素)的外形
来源:本文参考文献[1]
新型单芯片三基色传感器芯片(1.33亿像素)的内部具体构造与工作原理
(笔者注:从此图中的三基色阵列就可以看出在该单芯片传感器内部,为何绿基色的像素数均是红基色以及蓝基色像素数的两倍)
编译自本文参考文献[2]
基于单芯片三基色传感器芯片(1.33亿像素)的8K超高清摄影机的外形与工作原理
(笔者注:比较图6与图2中的摄影机机身,就可以看出新型摄影机的体积的确减少了很多)
编译自本文参考文献[1]
基于单芯片三基色传感器芯片(1.33亿像素)的8K超高清摄影机实物图(笔者注:机身与图6中所示的机身形状相同。比较图3与图7中的摄影机机身,就可以看出新型摄影机的体积的确减少了很多)
来源:本文参考文献[1]
 
这款最新型的单芯片传感器及8K超高清视频摄影机原型样机在NHK科学与技术研究实验室在2014年的新技术/系统展览会上向业界人士进行了展示。由相关摄影机拍摄的视频质量很高(8K超高清视频),相关展示如图8所示。
基于单芯片三基色传感器芯片(1.33亿像素)的8K超高清摄影机所拍摄视频的展示
来源:本文参考文献[1]
 
未来的进一步工作将是把这款新型单芯片传感器实用于可制作各类8K超高清电视节目的摄影机。
 
(笔者注:更多相关内容,可查阅上海情报服务平台新近发布的《最新、最全的UHDTV生态系统现状总结》,链接为:http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=8484
 
 
参考文献:
 
[1] NHK開発に応用8K UHDTV動画撮影世界初の1.33億画素センサーを1チップ[J]. テレビ放送技術, 2014(58):1.
 
[2] 安江俊夫,北村和也,島本洋. 超小型8Kスーパーハイビジョンカメラ「Cubeカメラ」の開発[J]. NHK技研 R&D/No.148/2014.11.

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