光學(xué)技術(shù)在數(shù)字電影放映系統(tǒng)中的應(yīng)用

張振宇

引言：目前，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，全國(guó)各行各業(yè)也取得了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。而電影技術(shù)就是其中之一。數(shù)字電影更是目前人們分析的焦點(diǎn)。本文就是通過(guò)以光學(xué)技術(shù)為角度對(duì)數(shù)字電影的放映進(jìn)行研究和分析，同時(shí)對(duì)于電影放映中數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用也進(jìn)行了分析。

僅今年，電影界由于數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)進(jìn)行了不斷的技術(shù)革新。以前老式的膠卷放映方式也已經(jīng)逐漸被取代。因此在全球進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代之后，全面研究數(shù)字化電影技術(shù)已經(jīng)擺在電影工作者的議程上。要對(duì)數(shù)字電影進(jìn)行了解就一定要全面學(xué)習(xí)和了解其工作原理和在放映過(guò)程中各種技術(shù)的運(yùn)用，其中就以光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用尤為重要。在二十一世紀(jì)中，光學(xué)技術(shù)得到了非常良好的發(fā)展，在越來(lái)越多的行業(yè)中光學(xué)技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮著非常重要的作用。特別是在日益火爆的電影行業(yè)中，光學(xué)技術(shù)更是在電影發(fā)展史上起到了功不可沒(méi)的作用。

一、光學(xué)技術(shù)

所謂的光學(xué)，就是對(duì)光進(jìn)行研究的一門科學(xué)，其研究的對(duì)象就是光的產(chǎn)生，以及光作為一種特殊的物質(zhì)與普通物質(zhì)相互的各種作用。光學(xué)一直以來(lái)作為一門非常獨(dú)特的科學(xué)存在，但是，在光學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，光學(xué)在最初的純光研究的基礎(chǔ)上得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)函，目前已經(jīng)在很多行業(yè)得到應(yīng)用。信息化傳遞、醫(yī)療事業(yè)、國(guó)防事業(yè)等方面都有了非常重要的運(yùn)用。

二、數(shù)字電影放映系統(tǒng)

在數(shù)字電影的整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)中，最為重要的部分就是放映的系統(tǒng)，電影放映的質(zhì)量直接跟電影的放映系統(tǒng)有關(guān)。很多觀眾都覺(jué)得，質(zhì)量上好的放映機(jī)加上原始制作的電影，才能夠達(dá)到最佳的放映效果。但是傳統(tǒng)電影在放映過(guò)程中都是通過(guò)膠卷循環(huán)播放，由于放映次數(shù)的不斷增加，膠卷在放映過(guò)程中難免會(huì)有一些磨損，隨著時(shí)間的推移，放映出來(lái)的電影，其觀影效果肯定不斷下降。而數(shù)字電影是通過(guò)數(shù)字化技術(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)拷貝的方式進(jìn)行傳遞和放映，在放映的過(guò)程中不會(huì)應(yīng)為播放次數(shù)而影響到播放質(zhì)量。

目前，傳統(tǒng)的使用膠片放映的電影系統(tǒng)已經(jīng)成為過(guò)去，然而就影院的發(fā)展而言，數(shù)字化電影與傳統(tǒng)電影還是具有非常緊密的聯(lián)系。與傳統(tǒng)電影相比較，數(shù)字化電影的不同之處在于：數(shù)字化放映機(jī)以及數(shù)字服務(wù)器取代了傳統(tǒng)的膠卷放映設(shè)備，而膠卷更是被硬盤、光纖傳到以及衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)所代替。

三、光學(xué)技術(shù)在數(shù)字電影放映系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）光學(xué)原理在數(shù)字電影成像中的應(yīng)用

1.光學(xué)技術(shù)在數(shù)字電影投影成像中的應(yīng)用。提到數(shù)字電影就不得不提投影技術(shù)，如今世界上最為普遍的是采用液晶顯示、直接光學(xué)放大以及數(shù)字化光處理這三種方式。而發(fā)展最為成熟的就是數(shù)字光處理技術(shù)。這個(gè)技術(shù)的關(guān)鍵原件就在于數(shù)字顯微原件[1]。其在工作過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的工作方式是：通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體中“偶極”效應(yīng)進(jìn)行集合，進(jìn)而對(duì)電路中的細(xì)微變量以指定的固定軸為基準(zhǔn)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而達(dá)到驅(qū)使更多所需要的顯微原件按照所需要的方向進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的目的。根據(jù)需要將其中某一特別光線進(jìn)行投影，那么就可以先微鏡的屏幕上面顯示出質(zhì)量良好的畫(huà)面。

2.光學(xué)技術(shù)在數(shù)字電影彩色成像中的應(yīng)用。通過(guò)光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，確實(shí)可以在屏幕上面得到相應(yīng)的圖像，但是眾所周知，我們目前看到的影片都是色彩分明的，所以要想獲取彩色的圖像就需要一個(gè)可以對(duì)光波進(jìn)行過(guò)濾的彩色輪，這樣將向靶面照射的光波進(jìn)行過(guò)濾，如圖1，2所示。通過(guò)藍(lán)、紅、綠三色的濾光片共同組成了彩色輪，其在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中保持著60HZ的頻率，在一秒的時(shí)間內(nèi)，可以有180個(gè)彩色色場(chǎng)產(chǎn)生。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)數(shù)字處理技術(shù)的運(yùn)用對(duì)彩色的順序進(jìn)行處理，然后通過(guò)RGB格式的數(shù)據(jù)陸續(xù)由DMD進(jìn)行儲(chǔ)存。然后，彩色論通過(guò)接受光系統(tǒng)的聚集，將所接收到的白光照射到已經(jīng)存儲(chǔ)有彩色數(shù)據(jù)的DMD上，由于彩色輪在不斷轉(zhuǎn)換，三原色的色彩會(huì)不斷按照順序投放到DMD的表面（如圖2所示）。由于視頻信號(hào)采用的頻率與彩色論一樣，而且設(shè)置成為同步切換，微鏡結(jié)構(gòu)就通過(guò)對(duì)紅光強(qiáng)度的感受對(duì)“開(kāi)啟”狀態(tài)進(jìn)行確定，同理，綠光和藍(lán)光也同樣如此。DMD的圖像隨后被投影到大屏幕上，這樣就形成了方形的像素，而這些像素就是我們所看到的影像。由于人眼在觀察事物的過(guò)程中會(huì)有視覺(jué)停留的現(xiàn)象，所以在對(duì)三原色的光進(jìn)行不斷中和之后，就可以得到彩色的圖像。微鏡在“開(kāi)啟”狀態(tài)（-10°）時(shí)，投射和聚焦的鏡頭就會(huì)將微鏡反射出來(lái)的光線投射到屏幕上；反之，在處于“關(guān)閉”的情況下，吸收表面就可以將所有光線全部吸收，進(jìn)而防止光干擾的情況發(fā)生（如圖1所示）。

圖1微鏡偏轉(zhuǎn)反射成像示意圖

圖2光路形成數(shù)字投影示意圖

（二）光學(xué)技術(shù)在終端投影鏡頭中的應(yīng)用

1.光學(xué)技術(shù)在鏡頭工作環(huán)境中的應(yīng)用。光學(xué)是一門非常精密的科學(xué)，任何一種運(yùn)用到光學(xué)的儀器中都具有非常系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)作為基礎(chǔ)。比如，鏡頭的焦距參數(shù)，投影儀的孔徑選擇，安裝尺寸的確定等等。而數(shù)字電影在運(yùn)用的過(guò)程中則是有更多的光學(xué)參數(shù)，比如投射靶面所需要的具體尺寸，聚光片的厚度以及直徑等等。并且，在實(shí)際工作時(shí)，如果圖像達(dá)到5000流明以上，就要對(duì)氙燈的使用進(jìn)行考慮。

2.確定鏡頭焦距。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)在運(yùn)用最多的BARCO公司出產(chǎn)的有2K像素水平的DP100的機(jī)型來(lái)說(shuō)，按照之前已有的設(shè)計(jì)鏡頭的經(jīng)驗(yàn)而言，影院的放映距離都是固定的，所以在影院放映電影的時(shí)候，可以通過(guò)固定距離進(jìn)行滿足。從上面提到的DP100來(lái)看，有35mm-41mm，42mm-52mm，40mm-67mm以及70mm-95mm這幾種從35mm到95mm都有覆蓋的焦距鏡頭可供選擇，以最少的鏡頭達(dá)到了大多數(shù)使用者的要求。但是，盡管種類不過(guò)，但是鏡頭的制作成本卻非常貴，使用者在采購(gòu)的過(guò)程中需要有很大的投入。基于此，我們過(guò)自己設(shè)計(jì)了可以進(jìn)行變焦的鏡頭，我們生產(chǎn)出了從40mm到120mm的10鐘變焦鏡頭，在對(duì)上述進(jìn)行進(jìn)行滿足的情況下，其使用成本得到大大降低。

3.確定光學(xué)鏡頭后工作的距離。有兩種方法可以確定出工作距離，第一就是對(duì)電影放映機(jī)的光學(xué)部分進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，通過(guò)最直接的方式得到數(shù)據(jù)，但是光學(xué)部分的儀器都非常精密和貴重，所以一直以來(lái)都是被封存在一個(gè)非常密封的地方，在具體的測(cè)量操作上有一定的困難[3]；第二種方法就是對(duì)靶面的數(shù)據(jù)以及聚光片和分光作用的數(shù)據(jù)進(jìn)行了解后，根據(jù)光的逆向原則可以計(jì)算出這種工作距離。這種方法相對(duì)于前一種而言具有更容易操作的可行性。

4.確定鏡頭結(jié)構(gòu)。基本上每一個(gè)非常了解光學(xué)技術(shù)的工程師都知道，在電影放映鏡頭的后工作距離與焦距之間的比例一直維持在0.5-0.7中，而且鏡頭的設(shè)計(jì)也并不復(fù)雜。但是如果鏡頭的焦距有40mm，那么這兩者的比例就會(huì)直線上升到3.這樣就只有通過(guò)遠(yuǎn)心的鏡頭結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@種鏡頭的孔徑比較小，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中難度非常大，同時(shí)這種鏡頭的耐高溫能力也要非常強(qiáng)，通常都是在6000流明的條件小工作。所以只能夠通過(guò)全權(quán)分離的方式對(duì)遠(yuǎn)心光路進(jìn)行改進(jìn)，以此來(lái)滿足上述所需的要求。

（三）像差

通過(guò)光學(xué)原理的方式進(jìn)行投影成像，其畫(huà)面的質(zhì)量也會(huì)因?yàn)楣鈱W(xué)的像差而受到一定的影響，電影院所運(yùn)用的放映機(jī)也同樣如此[3]。光源、分離色光、靶面投射、聚合鏡片以及投射鏡頭都會(huì)影響最終放映圖像的效果，影響觀眾觀看影片的效果。因此，研究投影像差、根據(jù)光學(xué)原理減少像差就變得極其重要。

四、結(jié)語(yǔ)

數(shù)字電影在拍攝的過(guò)程中都是通過(guò)數(shù)碼的技術(shù)進(jìn)行拍攝的，同時(shí)傳播和保留同樣都是試用數(shù)字科技，其觀眾群里眾多，光學(xué)技術(shù)在數(shù)字電影之中的運(yùn)用非常多，在具體的放映過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用。了解光學(xué)技術(shù)在數(shù)字電影系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍和應(yīng)用原理是符合社會(huì)需要的具有實(shí)際意義的課題，它不但能滿足學(xué)者們研究光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的要求，而且能為人們不斷發(fā)展和完善數(shù)字電影放映系統(tǒng)提供技術(shù)支持和保障。

參考文獻(xiàn)

[1]陳琛，左治君，李臣友.數(shù)字電影放映系統(tǒng)中的光學(xué)技術(shù)[J].現(xiàn)代電影技術(shù)，2007（10）：39-43.

[2]胡威捷.光學(xué)技術(shù)的新概念及其發(fā)展趨勢(shì)的探討[J].光學(xué)技術(shù)，2011（06）：11-14.

[3]鄒靜嫻.數(shù)字光處理（D L P） 投影系統(tǒng)[J].電視技術(shù)，2003（1）：4-8.

（作者單位：諸暨市影業(yè)公司）