ARRI ALEXA LF (II) – Revisión A2X del sensor ALEXA ALEV3
La elección de un tamaño de sensor en la nueva ARRI ALEXA LF tan parecido al estándar double frame / full frame –0,7 mm más ancho y 1,54 mm más alto que el clásico 24×36 mm– tiene, como hemos mencionado en numerosas ocasiones con anterioridad, una serie de implicaciones perceptuales y narrativas de relevancia muy superior a las del aumento de resolución.
Las más obvias son la obtención de una perspectiva y una magnificación más parecida a la de la visión humana que sus contrapartidas en formato Super 35, la reducción de las distorsiones geométricas incluso en ángulos de visión muy amplios y la obtención de una profundidad de campo más “natural” –una aseveración matizable, en cualquier caso–.
Para entender mejor el origen de este sensor hay que retroceder al pasado más inmediato cuando la reacción del mercado a la aparición de la ALEXA 65 resultó toda una sorpresa para ARRI Rental –división de la compañía que tiene la exclusiva del alquiler de ese modelo–. Su plan inicial, de fabricar unas 20 unidades, se basaba en la expectativa de que apenas se alquilarían para su uso en segmentos específicos de superproducciones de gran presupuesto.
La realidad es que la demanda ha sobrepasado cualquier expectativa, e incluso con las 70 unidades disponibles hoy en día tienen que planificar exhaustivamente los alquileres para cubrir tantas peticiones. La firma germana era consciente de que un sistema de cámara sólo es tan lucrativo como amplia sea la oferta de ópticas para el mismo y de que dicha oferta era muy limitada en una primera fase. Sin embargo, el número de ópticas fijas y especiales disponibles –tanto de ARRI como de otros fabricantes– para este sistema no ha parado de crecer y lo ha convertido en un estándar para cierto tipo de géneros y producciones.
En numerosas ocasiones –debido a la escasa disponibilidad de ópticas compatibles o a la proporción de aspecto del proyecto– se ha utilizado únicamente la parte central del sensor de la ALEXA 65. Esa fue una de las razones primordiales por las que la firma germana comenzó a pensar en un formato de sensor ya establecido en fotografía, pero que apenas se había usado en el pasado –con la denominación VistaVision– en aplicaciones de nicho en la industria cinematográfica. El flujo de trabajo de la ALEXA LF es prácticamente idéntico al de las ALEXA SXT –más simple que el de la ALEXA 65 y sin una tasa de transferencia de de datos tan enorme–.
Un beneficio añadido –e igualmente obvio– del uso de un sensor mayor, es el hecho de que –aunque el ruido por píxel sea idéntico– contar con un número superior de píxeles proyectados en la misma pantalla hace que ese ruido aparezca más pequeño. La nueva revisión del ALEV3 afecta tanto al software como al hardware. Cuenta con una forma diferente de enraizar la señal a través del sensor y con una sincronización ligeramente distinta de cara a una mejora general del rendimiento.
Cada nueva versión de la ALEXA necesita más potencia que la anterior y el procesado de la imagen se incrementa con el tamaño del sensor. Ha sido necesario mejorar la gestión termal de la cámara. El sistema de refrigeración de las ALEXA es conocido por contar con unos tubos muy característicos que transmiten el calor hacia el panel trasero –donde se encuentra el radiador–. En el caso de la ALEXA LF, se ha añadido refrigeración adicional para el módulo de captura SXR –dada la alta tasa de transferencia de datos–.
El proceso habitual se ha realizado con una celeridad infrecuente. Tras emplear software de simulación para optimizar la gestión termal, se elaboran numerosos planos CAD de cara al desarrollo de los circuitos impresos para el nuevo sensor y para su placa de control. Acto seguido se fabrican los prototipos, se ensamblan y se prueban una y otra vez hasta asegurarse de su fiabilidad. La tarea de reducir el plazo transcurrido hasta la presentación de la nueva cámara ha sido bastante ambiciosa –a sabiendas de que el verdadero inicio del procedimiento de diseño no tuvo lugar hasta finales de 2016–.
Aunque se ha empleado la plataforma de la ALEXA SXT, el nuevo captor también ha implicado cambios destacables en el cuerpo de cámara. Es 12 mm más ancho y 12 mm más largo para incorporar un tubo más de disipación de calor, procedente del modulo de grabación SXR y un ventilador mayor que permitiera succionar suficiente aire a través del panel trasero.
Las placas principales están equipadas con matrices de puertas programables (FPGA) –las unidades de procesado muy potentes– de mayores dimensiones, ya que este modelo debe procesar una cantidad doble de datos. La geometría del sensor en relación con la montura se puede ajustar desde el exterior de la cámara –por su parte frontal– sin necesidad de abrirla, lo que supone una mejora nada desdeñable para la fabricación.
Las dificultades inherentes al diseño de un sensor de “gran formato” cinematográfico quedaron patentes para los ingenieros de ARRI con la revisión anterior –A3X– correspondiente a la ALEXA 65. Los sensores de esos tamaños incluyen largas líneas de lectura con determinadas propiedades –como una propagación más lenta de la señal– que los diseñadores deben respetar. Se tienen que poner en funcionamiento ciertos tipos de circuitos extra para acelerarla.
En la ALEXA LF –revisión A2X– se han mejorado estos circuitos en algunas etapas del sensor, al tiempo que se han ajustado muchos pequeños detalles para minimizar aún más la diafonía, el efecto smear, el ruido de patrón y los demás artefactos posibles en un sensor de imagen. Es importante aclarar que el ruido electrónico está regido por los fotodiodos y las rutas de lectura finales. En ambos casos, no se han modificado sus estructuras relevantes. El ruido, por tanto, es similar. No obstante, resulta crucial no añadir ruido adicional –como el ruido de patrón u otros tipos de ruido no aleatorio– y que el rendimiento del sensor no quede limitado por los artefactos.
El ruido de patrón se hace visible cuando movemos la cámara y las estructuras más finas del sensor aparecen en posiciones fijas. Aunque se puede eliminar por medio de la calibración, los ingenieros no pueden contar con cantidades infinitas de bits por píxel para realizarla. Es necesario distribuir los recursos de calibración para que la imagen tenga buen aspecto en todas las situaciones. Sin embargo, siempre permanece un ruido residual, que es al que denominamos ruido de patrón.
Otro problema que evitar es el ruido de línea. Se trata de un ruido de patrón horizontal que se puede generar en el propio chip o por medio de interferencias electromagnéticas. Si se eliminan ambas fuentes de ruido, este queda regido exclusivamente por cada fotodiodo y las rutas de lectura correspondientes. La actual revisión del captor de la ALEXA LF ha procurado minimizar dichas fuentes por conseguir el mejor rendimiento posible del ruido en los fotodiodos y las rutas de lectura.
El ventilador de mayor tamaño ha permitido agregar un disipador de calor separado, bajo la cubierta lateral, donde está situado el módulo de captura SXR. Aunque el ancho de banda interno es muy superior al de la ALEXA SXT W, este control posibilita mantener la cámara en equilibrio térmico a todas las velocidades –ya sea en el modo 2,39:1 a 150 fps, o en ProRes 4444 XQ a 60 fps o 90 fps en panorámico, o incluso cuando se está grabando a 90 fps en modo Open Gate– de forma continua.
Modos del sensor
Los modos del sensor se refieren a qué porción del sensor completo queremos que “lea” la cámara. Uno de los motivos por los que a los fabricantes de cámaras de cine les ha llevado tanto tiempo ofrecer opciones en formatos como el double frame / full frame es que, cuanto mayor es el sensor, mayor es el área que tienen que procesar los circuitos electrónicos.
De ahí que siempre haya un compromiso entre la velocidad máxima de grabación, la resolución y la altura de la imagen. Una altura superior supone una velocidad de grabación inferior. Por eso la ALEXA LF permite escoger entre tres modos de sensor distintos a los que se puede acceder desde el menú sin reiniciar la cámara:
- Modo LF Open Gate. Proporciona la máxima área posible del sensor, 36,7 x 25,54 mm, y su resolución máxima, 4.448 x 3.096 fotodiodos. Requiere ópticas Full Frame / Vistavision. No permite vista surround. La velocidad de grabación máxima es más alta en ARRIRAW –90 fps– que en ProRes 4444 XQ –40 fps– ya que este último precisa pasos extra de procesado para la interpolación y la compresión.
- Modo LF 16:9. Proporciona el área más pequeña posible que permite cumplir con los estándares de emisión en UHD. Las ópticas Full Frame / Vistavision cubren la totalidad de la imagen activa. Algunas ópticas Super 35 –en particular las distancias focales más largas– también cubren el círculo de imagen. Permite vista surround para evitar que aforen elementos ajenos a la escena en el plano –micrófonos o pies, por ejemplo–. Está indicada por las líneas discontinuas amarillas en la imagen que precede a este párrafo La velocidad de grabación máxima en ARRIRAW es de 90 fps y de 60 fps en ProRes 4444 XQ.
- Modo LF 2,39:1. Proporciona el área correspondiente a la pantalla panorámica en scope no anamórfico empleando ópticas esféricas LF o full frame / Vistavision. No permite vista surround. La altura de la imagen es de 15,31 mm. La velocidad de grabación máxima en ARRIRAW es de 150 fps y de 60 fps en ProRes 4444 XQ. Cabe la posibilidad de que una futura actualización de firmware permita activar la vista surround en este modo a cambio de sacrificar velocidad de grabación máxima.
En nuestras próximas entregas analizaremos la nueva montura LPL y las ópticas Signature Prime.
