Immagina un’esperienza cinematografica in cui lo schermo si dissolve e trasporta il pubblico direttamente nel cuore dell’azione. Questa impresa immersiva è ora realtà dentro Sphere, un auditorium di nuova generazione a Las Vegas che misura 112 metri di altezza e 157 metri di larghezza ed è dotato di un display a LED con risoluzione 16K x 16K – lo schermo a LED con la più alta risoluzione sulla Terra, che avvolge, sovrasta e circonda il pubblico.
Per ottenere le immagini ad altissima risoluzione visualizzate sullo schermo di Sphere, il team di Sphere ha creato un sistema di telecamere specializzato, Big Sky. Sphere Entertainment e STMicroelectronics hanno collaborato per sviluppare un sensore personalizzato da 316 megapixel per il sistema di telecamere Big Sky, consentendo un’esperienza cinematografica senza precedenti.
Il risultato? Il pubblico viene trasportato in un viaggio mozzafiato attraverso il film di Darren Aronofsky Postcard from Earth, un’esperienza cinematografica multisensoriale che è stata filmata con questa tecnologia personalizzata. In questo articolo esploreremo i dettagli tecnici del sensore d’immagine personalizzato di ST e del sistema di telecamere Big Sky di Sphere e l’impatto che stanno avendo sul futuro del cinema.
La tecnologia dei sensori delle fotocamere
I sensori di immagine sono dispositivi a stato solido che assorbono i fotoni attraverso una matrice di milioni di fotorivelatori e li convertono in un segnale elettrico. In poche parole, i sensori agiscono come gli occhi di una macchina, convertendo la luce in segnali elettrici per catturare immagini o scene dal vivo.
Come funzionano i sensori di immagine
Fondamentalmente, i sensori di immagine sono costituiti da milioni di minuscoli elementi fotosensibili (pixel) che catturano la luce (fotoni) e la convertono in segnali elettrici (elettroni). Sono essenziali per catturare un’immagine digitale, ma sono solo un pezzo del puzzle. Ogni fotocamera ha bisogno di un obiettivo per mettere a fuoco la luce sul sensore di immagine, che poi la trasforma in dati digitali grezzi. Questi dati vengono quindi elaborati e analizzati tramite un’unità di elaborazione (come un processore del sensore di immagine dedicato o un processore applicativo). Infine, avviene la fase di interfaccia, in cui i dati dell’immagine dall’unità di elaborazione vengono convertiti in un formato adatto per la visualizzazione o un’ulteriore analisi su un dispositivo.
La varietà di sensori di immagine
I sensori possono essere classificati in due modi:
- Monocromo vs Colore: il primo cattura il mondo in bianco e nero, mentre il secondo include pixel sensibili al rosso, al verde e al blu (RGB), in modo simile al modo in cui l’occhio umano cattura le immagini.
Oltre a queste due strutture standard, esistono sensori di immagine più avanzati, chiamati “multispettrali”, in grado di discriminare più gamme spettrali oltre la classica distinzione RGB. - Global Shutter e Rolling Shutter: in un otturatore global shutter i pixel sono esposti alla luce in modo globale, nello stesso momento. Una volta terminata l’esposizione, ogni pixel memorizza le proprie informazioni in un buffer, che viene poi letto in sequenza. Nel caso dell’otturatore rolling shutter, i pixel non sono dotati di un buffer, quindi l’immagine deve essere catturata una riga dopo l’altra.
La qualità dei sensori di immagine
Il sensore di immagine è il componente che cattura la luce e determina la qualità finale dell’immagine. Un sensore di alta qualità cattura un’ampia gamma di aree chiare e scure (alta gamma dinamica-HDR). In condizioni di luce intensa, un sensore capace combina un’elevata capacità di saturazione, raccogliendo una grande quantità di luce, con la capacità di catturare immagini con tempi di esposizione brevi. In questo modo si evita la saturazione dell’immagine e la creazione di grandi macchie bianche.
La sensibilità e il dark noise sono fondamentali in condizioni di scarsa illuminazione: un sensore in grado di gestire l’HDR massimizza la poca luce disponibile, mentre il dark noise deve essere minimo per evitare di sovraccaricare il segnale catturato. Infine, le immagini di alta qualità si basano su tecnologie di pixel avanzate che garantiscono immagini uniformi senza ombreggiature agli angoli e un’eccellente nitidezza.
Sviluppi futuri
Il futuro dei sensori di immagine si basa sul superamento dei limiti. I produttori si impegnano costantemente per ottenere una qualità d’immagine sempre migliore, risoluzioni più elevate e un consumo energetico ridotto. Questo porterà ad applicazioni ancora più innovative, da esperienze di realtà virtuale ultra-realistiche a robot e dispositivi medici più intelligenti.
L’occhio umano e una fotocamera catturano entrambi le immagini, ma le loro capacità differiscono per alcuni aspetti. Mentre il sensore di immagine di una fotocamera può variare in termini di dimensioni e tecnologia, offrendo in genere un’alta risoluzione e dettagli precisi, l’occhio umano lo supera in termini di gamma dinamica, adattandosi senza sforzo a livelli di luce diversi. Le fotocamere spesso faticano a replicare la capacità dell’occhio umano di percepire contemporaneamente i dettagli delle luci e delle ombre. Inoltre, l’occhio umano ha un campo visivo più ampio e può adattarsi rapidamente ai cambiamenti di luce, offrendo un’esperienza visiva più coinvolgente e ricca di sfumature. Nonostante i progressi della tecnologia delle fotocamere, l’occhio umano rimane una meraviglia dell’ingegneria biologica, ineguagliabile per versatilità e sensibilità. Per catturare immagini in grado di competere con l’occhio umano, STMicroelectronics ha sfruttato una tecnologia di imaging avanzata, combinando una gamma dinamica superiore e un basso rumore per immagini ad alto contrasto in qualsiasi condizione di luce.
ST e Sphere Studios collaborano per creare il sensore di immagini Big Sky
La storia
ST ha collaborato con Sphere Entertainment Co., un’azienda leader nel settore dell’intrattenimento dal vivo e dei media, per creare il sensore d’immagine CMOS più grande al mondo che è stato incorporato in Big Sky, il sistema di telecamere specificamente progettato per acquisire contenuti ad alta risoluzione per Sphere, un mezzo di intrattenimento di nuova generazione a Las Vegas.
Abbiamo conosciuto Sphere Entertainment nel 2020 grazie a Forza Silicon, una società di progettazione con cui collaboriamo dal 2012. Forza Silicon ha capacità complete chiavi in mano e ST è un partner strategico della fonderia per i sensori di immagine CMOS. La collaborazione tra ST e Sphere è iniziata nel 2021, quando abbiamo accolto il team di Sphere nella nostra sede di Crolles, in Francia, per un tour del sito.
Il progetto della telecamera Big Sky mirava originariamente a superare le sfide legate all’utilizzo di un complesso array di 11-13 telecamere 8K separate per acquisire contenuti per lo schermo di Sphere. Questa configurazione richiedeva un notevole dispendio di tempo e di energie per la post-produzione, con l’editing e l’assemblaggio dei contenuti provenienti dall’array di telecamere per ottenere un unico video. Grazie alla collaborazione con ST e Forza Silicon, Sphere è riuscita a ottimizzare il flusso di lavoro e a renderlo più efficiente. ST ha un modello di business dedicato in grado di gestire progetti molto complessi ma con volumi relativamente bassi di wafer, mentre Forza Silicon ha una vasta esperienza in varie aree, tra cui i sensori di immagine CMOS, che è stata fondamentale per il successo del progetto.
Sensore personalizzato ST e sistema di telecamere Big Sky
ST ha realizzato per Big Sky un sensore d’immagine CMOS che unisce una risoluzione di 316 Megapixel a un fine passo dei pixel di 4,3 micrometri, offrendo immagini fluide e dettagliate a una velocità di 120 fps. Con una dimensione del dado che equivale a 4 dadi per wafer da 12 pollici (300 mm), offre un’impressionante gamma dinamica di 87 dB, catturando le sfumature di luce e ombra. Abbinato a un filtro colore RGB con microlenti, rende accuratamente i colori. Realizzato su uno dei nodi tecnologici specializzati di ST con illuminazione posteriore, questo sensore rappresenta un passo avanti verso la ridefinizione dell’imaging standard nell’intrattenimento e nella cinematografia.
Il sistema di videocamere vanta caratteristiche avanzate come una lente fisheye gigante, con un diametro di quasi un piede (30 cm), che consente di catturare immagini ampie e grandangolari, oltre a lenti fisheye più piccole e portatili. Inoltre, il sensore della videocamera, ottimizzato per l’enorme schermo di Sphere, utilizza pixel più grandi per migliorare la cattura della luce e la conservazione dei dettagli, garantendo una qualità dell’immagine senza pari.
Il sistema di telecamere Big Sky, dotato del sensore d’immagine CMOS di Sphere, rivoluziona la produzione cinematografica sostituendo i complessi array di telecamere 8K con un’unica unità portatile che offre un campo visivo di 165 gradi. Il design di Sphere elimina i giorni di montaggio, offrendo il controllo remoto e la connettività della telecamera in fibra ottica. Ciascuna delle due unità SSD da 32 TB memorizza in modo efficiente 17 minuti di video non compresso a 60 fps. Questo sistema non solo snellisce il processo di ripresa, ma migliora anche il flusso di lavoro creativo grazie agli strumenti di editing video integrati.
Postcard from Earth di Darren Aronofsky
Entrare in un mondo in cui lo schermo cinematografico si dissolve e trasporta il pubblico direttamente nel cuore dell’azione. Questa è la magia di Postcard from Earth, la prima produzione cinematografica mai girata con il sistema di telecamere Big Sky e parte di The Sphere Experience. Il film è stato presentato in anteprima alla Sphere di Las Vegas il 6 ottobre 2023.
Diretta dal candidato all’Oscar Darren Aronofsky, questa esperienza cinematografica multisensoriale affascina il pubblico con la sua straordinaria risoluzione a 16k, proiettata in esclusiva sullo schermo da 15.000m2 di Sphere a Las Vegas. Il film sfrutta la tecnologia del sistema di telecamere Big Sky e porta il pubblico in un viaggio attraverso i sette continenti, nelle profondità dell’oceano, in alta montagna e nell’occhio di una tempesta. Il sistema di telecamere Big Sky ha permesso al team di produzione di catturare un panorama senza soluzione di continuità dei vari paesaggi della Terra.
Il sistema di telecamere Big Sky, utilizzato per Sphere e alimentato dal sensore da 316 megapixel di STMicroelectronics, segna una svolta significativa nella storia del cinema. Postcard from Earth è un esempio delle esperienze coinvolgenti che questa tecnologia può creare. Con la sua capacità di acquisire una risoluzione di 16K e di semplificare i processi di filmmaking, Big Sky promette di inaugurare una nuova era in cui il pubblico può trascendere lo schermo e vivere le storie che si svolgono davanti a lui.
