浅谈如何选购电影胶片扫描仪

(中国电影资料馆，北京 100088)

1 引言

一家档案馆如何才能扫描保存胶片影片，并将它们用于数字影院放映、网络点映，同时又能保证画面的高质量以及原始观感呢？整个数字制作和发行流程虽然非常复杂，但本文将着眼于电影胶片扫描环节，并重点介绍如何选择一台合适的胶片扫描仪。尽管不是每家单位都有计划自己去购买扫描仪，但是了解合同承包商所用的设备，对于完成电影胶片数字化计划来说同样大有裨益。电影胶片扫描仪是由早期的“胶转磁”技术而来的。“胶转磁”是将胶片图像转换为录像磁带技术的简称。在电视中播送电影节目时，为了简化操作，提高工作可靠性，大都采用先将影片转录成录像磁带，然后再播出的方法。此外，20世纪70年代以来，随着磁带录像机向家庭的普及，将影片转为录像带供家庭使用也已成为电影业的一种发行方式。后期随着高清录像带的兴起，大多数制作公司会将电影胶片转换为高清录像带。但随着数字技术的进步，将胶片转换为数字文件的需求越来越大，电影胶片扫描仪也由“胶转磁”变为了“胶转数”。

2 主要指标及相关问题

在正式选购电影胶片扫描仪之前，我们先对以下概念进行讲解。

2.1 银幕分辨率

表1 视敏度为1/75的观众观看2.39∶1画幅影片最大感知像素

对于普通观众来说，多大的银幕分辨率才是合适的呢？一位影院顾客在观看胶片电影时实际能看到多少画面细节呢？如果是在一家THX认证的标准影院里，那么第一排观众的观看视角肯定不会大于90度，而最后一排观众的观看视角肯定不会小于36度，此时如果观看一部2.39∶1的标准画幅影片，按正常人的视敏度为1/75，据此就可以计算得出一位观众实际能看到的银幕分辨率(表1)。而所谓视敏度是指人眼分辨物体细微结构的最大能力，通常用能分辨两点的最小视角来确定。视角是物体上两点光线射入眼球，在晶状体光心前交叉所形成的夹角。正常眼能分辨两点的最小视角约为1 分角(圆周为360度，1分角即为 1/60度)。在最合适的条件下，最小视角可达0.5分角。

以一位坐在影院中间排的观众为例，假设该观众的视敏度为1/75，那么他实际能感知的水平像素约为4K个点而垂直像素约为2K个点，而如果他坐在第一排的话，则可以感知到约为9K个点(对于大多数人来说，这时会觉得有点过于近了)。

同样是这个观众，当他坐在同一排观看1.85∶1画幅的影片时，其所能感知的垂直像素基本相同，而水平像素则变少了(表2)。

表2 视敏度为1/75的观众观看1.85∶1画幅影片最大感知像素

同一影院在该观众观看1.37∶1画幅的影片时，其所能感知垂直像素也是相同的(表3)。

表3 视敏度为1/75的观众观看1.37∶1画幅影片最大感知像素

由此我们可以知道对于一位视力良好的观众来说，在这座影院的中间排可以至少看到大约2K分辨率的画面，而坐在第一排则至少可以看到大约4K分辨率的画面。同时我们也可以得出人类视力并不是决定观感的唯一因素，观影距离和影片画幅同样会产生影响。此外对于传统胶片影片来说，观众更期待看到画面的细节即颗粒感，而固定像素的数字影片并不具备这种细节，因此4K的银幕分辨率对于影院放映来说是足够的。

2.2 画面高宽比

另一个值得注意的问题是不同高宽比画幅的影片在制作DCP包时所发生的变化。例如我们在扫描1.37∶1高宽比画幅的影片时，如果选择4K扫描(4096×2990即11.7Megapixels)，此时在打包DCP包的过程中，会将影片画面缩放至1.89∶1的画面容器中，即4096×2160,此时实际画面的分辨率大约为2959×2160即6.1Megapixels(因为画面缩放过程中，会自动增加黑边)。而如果你制作的是2K DCP包，那么将使用2048×1080的画面容器，此时1.37∶1的画面实际为1440×1080即1.6Megapixels，这只相对于原始扫描画面的13%的像素信息(图1)。故对于档案影片来说选择4K模式进行打包更为适当。考虑到打包过程中的画面损失，选择高分辨率的扫描仪对于对画面要求高的单位是非常必要的。

图1 原始图画与打包后的画面

2.3 扫描分辨率

使用多大分辨率来进行胶片扫描也是一个需要特别研究的问题。因为胶片上的颗粒不同于数字影片的像素点，因此很难准确地进行描述。ITU国际电信联盟在2000年左右曾经做过相应的研究，得出的结论是1.85∶1的胶片转换为数字图像的话大约为2000条线，而4∶3的胶片转换为数字图像的话约为2700条线。因此使用4K分辨率进行扫描的话，大致可以包含原始35mm胶片的全部内容。同时该研究还发现原始底片所包含的图像信息是最多的，其次是翻正，再次是翻底，最次的是拷贝，对于普通的发行拷贝来说，研究发现其所包含的图像信息仅为875条线。当然该研究仅仅是指扫描还原原始胶片上的图像信息，而如果是需要还原胶片上每个颗粒点的话，那多大的分辨率恐怕都不够用。因此我们可以认为扫描分辨率越高得到的细节就越高，但是由此也会造成扫描时间的增加，扫描和保存成本的提高。在一些普通的数字应用上，高清及2K的扫描分辨率已然够用，而如果是进行档案保存或是影片修复的话，那么还是需要使用4K或更高的分辨率进行扫描。

2.4 扫描速度

如果目标仅仅是将影片用于商业用途而不是用于影片修复或保存的话，那么胶片扫描仪的速度就是一个需要优先考虑的问题。要知道影片数字化流程中从胶片物理清洁、胶片扫描、色彩校正、声音扫描、声画同步、文件打包压缩以及文件传输都需要时间，因此胶片扫描的过程不应该成为整个数字流程的瓶颈。一些老款的胶片扫描仪主要为电影修复而设计，其运行速度慢于每秒1帧，这种类型的扫描仪显然不适用于影片商业用途的工作流程。在需要大量扫描的场景下，没有时间让扫描仪花费数天来扫描影片。当前市场上已经出现了可以满足影片数字化商业需求的扫描仪，该种扫描仪可以实时的进行高质量扫描，但是需要配置相应的高速存储系统以满足高速捕获和存储结果数据。

2.5 色深和亮度

图2 该图像几乎看不到暗部细节了

图3 经过调整后的画面显示出不同亮度级别间的轮廓

色深决定了每个像素点的颜色和亮度。8bit色深意味着每个像素点三原色的亮度可以分为256个等级，而10bit色深为1024个等级。12bit色深及16bit色深分别为4096和65536个等级，色深参数设得越大则扫描的文件就越大。10bit色深对于大多数不需要色彩校正和亮度调整的影片来说是足够的。但是如果影片的图像曝光量变化过大，那么10bit色深可能造成扫描后的图像在进行亮度调节时无法得到满意的结果。图2就是这种曝光量过大的例子，图3是调整后的画面。

一些扫描仪允许扫描员对每个场景进行单独的曝光设定，或是允许在扫描过程中进行实时调整。而一些扫描仪则只允许对整卷胶片设定一个最佳曝光亮度进行扫描。因此如果影片中存在一些曝光变化大的场景，那么最好选择10bit以上的色深参数，此外如果要将影片用于修复的话，也需要设定10bit以上的色深。一些商业用途的扫描仪通常最大只支持10bit，因此在选购时需要特别注意。另外一些扫描仪在扫描硝酸负片时暗部细节不足，对于这类胶片建议在正式扫描前预先进行参数测试再进行正式扫描。

2.6 画面稳定性

早期的一些扫描仪主要是为数码特技制作而生产的，因而都配备了专门的胶片定位片门，以保证胶片在扫描过程中每一帧都完全对齐。但这种设计会使整个扫描速度变得缓慢，尤其是在处理有损伤或收缩的影片时，更是慢得令人无法忍受，因而对于影片的商业化用途来说是不合适的。而专为影片商业化用途设计的扫描仪则转为使用光学模块来稳定扫描画面，这种方式在处理损失严重的影片时效果依然不错。当然也有一些情况扫描仪无法保证完全稳定画面，如影片存在物理接头时，这时画面通常会出现“跳动”的情况。

2.7 画面帧大小

很少有扫描仪能准确地捕捉到4096或2048像素的图像，因为不少胶片的画面帧都与标准不同，而扫描仪的光学传感器却是固定尺寸的。也因此捕获画面帧的大小只能通过选择像素范围的方式来确定。而一些老式2K扫描仪没有完整的2048像素宽度的传感器，它们在扫描影片时只能通过人为增加数据的方式来制作2K画面帧，因而一些35mm胶片在通过这种扫描仪扫描后实际只有1820的像素宽度。而最理想的扫描仪则应该是能够对图像进行冗余扫描的，这样在后期调整时，不同亮度级别间的轮廓才能更好地显现。对于一卷胶片有不同画面帧大小的影片来说，光学传感器能够适应不同的画面帧大小是非常有意义的。

2.8 声音

一般的扫描仪无法在扫描图像的同时扫描声音，因为图像的扫描速度为几帧每秒而声音是按24或25帧每秒进行播放的。因此很多扫描仪只把声音扫描模块作为选配件。一些能扫声音的扫描仪都是能进行实时图像扫描的，它们具备专门的音频扫描头。而不能实时进行图像扫描的扫描仪，通常需要扫两遍，第一遍扫图像，第二遍再扫声音。还有扫描仪通过直接抓取声道图像的方式来进行声音扫描，通常这种方式需要专门的软件来模拟传统光学印片的环节，来把声音图像转换为声音文件。

2.9 划痕去除

大多数用户都希望尽可能地去除划痕和瑕疵，虽然在扫描后也可以通过数字修复的方式去除，但软件修复产生的修复错误几乎不可避免，因此尽可能在扫描阶段去除大部分划痕和瑕疵尤为重要。大多数扫描仪都提供漫射照明的功能来减少划痕的影响，也有部分扫描仪提供拍摄划痕红外线图像的方式来形成一张磨损示意图从而去除图像中的划痕，但此种方式仅适用于彩色影片，因为黑白银盐胶片对于红外线来说是不透明的。还有一部分扫描仪提供湿片门功能，当受损胶片扫描通过该种片门时也能大幅减轻划痕，但因为该种方式扫描会降低图像分辨率，因此不适用于对画质要求较高的单位。

2.10 扫描仪测试

不同于传统印片工艺，因为数字胶片扫描仪缺乏相应的测试标准，因此最好不要将扫描仪的测试工作完全交给生产厂商，最佳的测试方式是聘请一位有经验的工程师并使用自己的测试素材来进行扫描仪测试。对于测试素材的选取，应尽可能的全面。即包括曝光好的胶片、曝光差的胶片、密度大的胶片、有损伤划痕的胶片、接头没接好的胶片、褪色的胶片、带声轨的胶片等。

3 选购实例分析

在了解了以上这些问题后，我们看看选购实例吧。基于影片修复保存以及商业化用途的需要，我简单介绍以下两款满足不同需求的胶片扫描仪。

3.1 4K胶片扫描仪

该款扫描仪的选型完全是基于档案影片数字化修复工作的需要，以下是该扫描仪的主要特点：

(1) 输出分辨率支持从HD到6K自定义各种分辨率，其中2K 2048×1556 (从3K或6K过采样)，4K 4096×3112 (从6K过采样)，满足4K影片修复的需要。

(2) 胶片格式支持35mm/16mm自定义分辨率和光学放大，支持所有标准孔径尺寸和宽高比，支持光学放大对于适应不同画面帧大小非常有用。

(3) 扫描速度为2K 7帧每秒 , 4K 2帧每秒, 同时也支持手动控制逐帧步进传送的方式，该方式主要用于变形严重的影片。

(4) 光学传感器成像设备采用大于35mm的光学成像芯片，采样最大可达6K 6144×4320，可以过采样4K，对于修复质量会有帮助。

(5) 胶片定位既可以采用机械式定位使画面更稳定，也可以采用无定位扫描应对变形严重的影片。

(6) 照明采用LED光源不发热，扫描易燃影片更加安全。同时拥有球体漫射和间接照明光功能可以降低划痕可见度。也可安装红外线除尘组件，生成划痕损伤示意图。

(7) 色深支持真16bit，便于修复时对颜色曝光进行调整。

(8) 片门采用可换式设计，支持35mm定位片门、35mm无定位湿片门、16mm定位片门、16mm定位湿片门，湿片门也可以有效地降低画面上的划痕。

(9) 对于画面稳定上，内置与修复软件diamant合作的稳定组件，在扫描过程中对收缩影片进行稳定，使扫描后的影片更加稳定的同时避免不必要的画面损失。

(10) 影片声音方面支持对于16mm及35mm胶片区域可变、密度可变的独立光学声迹进行解码。能把胶片上的光学声迹转化成数字音频，并且可以实时进行回放。支持即时调整参数和输出WAV文件。

综上所述，该款扫描仪在满足4K影片扫描提速的前提下(以前老款只能每秒1帧进行扫描)，同时可以极大地减少受损影片的后期修复难度，后期如使用软件修复会花更多时间和人力，因此对于影片修复工作来说会有很大帮助。

3.2 UltraHD胶片扫描仪

除了满足影片数字化修复的需要以外，很多时候还需要考虑影片商业使用的需求，因此下面就介绍下这款可以实时4K扫描的UltraHD扫描仪。

所谓UltraHD即输出分辨率为3840×2160，该扫描仪虽然输出效果比4K扫描仪要低，但是可以满足电视媒体对4K HDR内容的需求，同时对于大规模影片数字化商业存档来说，也可以节约不少时间。现简单介绍下该扫描仪的主要特点：

(1)分辨率方面原始分辨率最大支持4096×3072，有效分辨率超35mm胶片3840×2880、标准35mm 3390×2864、变形宽银幕35mm 3390×2465、超16mm 1903×1143、标准16mm 1581×1154。

(2) 输出分辨率为Ultra HD 3840×2160 、HD 1920×1080。

(3) 胶片类型支持35mm、超35mm、16mm、超16mm。

(4) 扫描速度支持1～30帧每秒，可以进行4K实时扫描，使用thunderbolt3接口可以以40Gb每秒的速度将扫描数据直接传送到电脑系统中。

(5) 声音拾取方面可选配音频及时间码读取器，该读取器配备了磁性音频读取头以及光学音迹读取头。

(6) 光源采用的是RGB LED确保胶片不会受热变形，此外漫射技术也可以降低灰尘和划痕的可见度。

(7) 可搭配DaVinci Resolve软件进行影片剪辑、校色、降噪、声音提取等功能，保证扫描后期操作更加便捷。

总的来说，使用该款扫描仪可以满足大规模影片数字化商业备份需求，同时实时4K扫描功能也可以满足电视及视频网站等要求不高的4K商业需求。因此对于影片商业用途及大批量影片数字化任务是非常适合的。

4 结语

作为影片数字化备份及修复工作者来说，选购合适的胶片扫描仪需要考虑的问题还有很多，本文只能从比较浅显的角度为大家分析并提供建议，在此希望本文能对您的工作有所帮助，也希望您能对本文的疏漏提出宝贵的建议。