基于CineEI模式原理解析与应用

殷唯杰

【摘要】随着索尼新款摄像机型FX9V的推出，它的Cine EI模式重新成为业界热议的话题，与普通摄像机的拍摄模式不同，在此模式下，索尼运用S-LOG曲线技术和S-Gamut色域范围概念使高质量画面的拍摄成为可能。本文将以FS7机型为例，从宽容度的概念入手，详细对比分析Cine EI模式下几种S-LOG曲线的技术特征和成像差别、各种 S-Gamut色域值的记录范围、曝光指数的概念及其如何影响画面质量，在Cine EI模式下套Mlut如何正确控制曝光，以及实际应用中如何正确使用这一模式进行详细解析。

【关键词】Cine EI;宽容度;S-log曲线;曝光指数

中图分类号：TN94                     文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.22.001

基于优质的画面质感、亲民的价位和巨大的后期调色空间，现在越来越多的电视机构、媒体公司都在用索尼PXW系列的F55＼F5＼F7摄像机作为“主打机”，它们也被称为入门级电影机。可以说，这些机型之所以广受追捧，正是基于其拥有的Cine EI模式，在这种模式下使得高品质、电影质感的图像拍摄成为可能，它被大量使用于纪录片、宣传片、微电影、高品质广告片乃至影视剧的拍摄。近期随着新款机型FX9V的推出，索尼的Cine EI模式又重新回到讨论的焦点，本文将以索尼的FS7为例对Cine EI模式工作原理和使用方式进行详细解析。

1. 详解Cine EI模式

1.1 什么是Cine EI模式

索尼FS7为用户提供了两种拍摄模式，分别是自定义模式和Cine EI模式。自定义模式主要用于即拍即用、不需要过多后期处理的普通拍摄，即我们经常使用的摄像机方式。

Cine EI模式又称电影风格摄像模式，它模拟胶片电影摄影机的工作方式，拍摄出看起来低对比度但具有更广色域和高宽容度伽马曲线的画面。在此种模式下白平衡、亮度增益均无法调整，但可以调整曝光指数，它是拍摄高质量画面的基础。使用此种模式拍摄分为两项工作，前期拍摄和后期调色，在前期拍摄中将包含丰富信息的画面记录下来，后期再通过增加对比度及饱和度等多种调色方式还原丰富色彩及层次的画面。

在Cine EI模式中涉及到宽容度，S-LOG曲线，色彩空间等诸多概念，只有在谙熟其含义的情况下，才能做到对此模式的轻松掌握。

1.2 Cine EI高宽容度的概念

我们知道，Cine EI模式的优势在于所提供的高宽容度画质，索尼为这款模式设计了14档的宽容度，极大丰富了画面层次。宽容度通俗地说就是在高反差的环境下，亮部和暗部细节信息记录的能力范围，宽容度越高，亮部和暗部细节能够很好地保存，反之光差就会局限在一个小的范围内。普通Rec.709的宽容度为6档，Jpg格式照片的宽容度是8档，相比起来14档宽容度可以记录更加丰富的画面信息。

从图1不同宽容度照片对比可以看到，低宽容度照片亮的地方一片死白，暗的地方漆黑一片，高宽容度画面云彩的明部和暗部的细节都记录了下来，记录的明暗层次和画面信息更加丰富。

然而对于摄像机监视器或外接显示器而言，14档的宽容度是无法与之匹配的，下面先来看看高宽容度摄像机是如何记录场景的。

1.3 Cine EI如何记录高宽容度

从图2中可以看到，原场景中光在各个区域均有分布，高宽容度摄像机的记录宗旨是采集场景的整个光的分布范围。为了达到这个目的，它需要将记录的所有信息都重新轉化，以便为高光和非常明亮部分创造空间，方法是把暗部和阴影部分都稍微压缩一些，中间调压缩稍多一些，白色部分压缩最多，此时高光和非常明亮的部分就可以保留下来。

1.4 Cine EI模式下的LOG曲线

如今摄像机厂商有自己的Log格式，松下的V-log，尼康的D-log，佳能的Canon-log、Arri的LogC等等，虽然名字不一样，但他们都使用log这种曲线计算方式来保留更多的亮度信息。本质上Log曲线是对数函数曲线，称为LogE，这种对数曲线的横轴表示曝光量（E），从左到右曝光量逐渐递增，纵轴表示光密度逐渐升高的变化。现在电视业内人士习惯地将之看做一种伽马曲线——一种最大限度激发传感器性能的伽玛曲线。索尼在Cine EI模式下提供两种Log曲线可供选择，分别是S-log2和S-log3。如图3所示，这两种曲线都具有14档宽容度，但曲线走势却有所差别。

从两种曲线的对比图中可以看出，S-Log3曲线从阴影到灰度的过渡更柔和，18%灰时比S-log2更亮。并且S-log3拥有比S-log2更多的阴影和高光的动态范围，这样可以提供更好的基于Log的分级。在18%的灰时，S-log3比S-log2更亮、更接近于Arri的LogC曲线。在亮部区域S-log2的记录能力比S-log3压缩了1.5档，而在阴影部分，S-log3拥有着比S-log2更好的阴影对比度。S-log3与S-log2和Rec.709的实拍对比如图4所示。

1.5 Cine EI模式下的色彩空间

Cine EI模式不仅提供了Log曲线，还结合了色域进行相关设定。色域是指“色彩的宽容度”，当宽容度较大时，可捕捉到更多的色彩信息。在视频世界里，我们通常使用的色域是Rec.709规格，该规格是当前数字电视以及众多媒体所采用的规格。相区别的是，Cine EI提供了三种色域，分别为S-Gamut、S-Gamut3、S-Gamut3.Cine，这些色域使得颜色空间更广，色彩表现更加丰富。如图5四种色域图对比，与S-log2和S-log3两种曲线对应了3种色彩空间，分别是S-Gamut/ S-log2、S-Gamut3/S-log3、S-Gamut3.Cine/S-log3。

其中S-Gamut3非常接近摄影机的原生色彩，能很好地用于数字摄影机记录，它保留了和原始S-Gamut相同的区域，色彩再现比S-Gamut更准确。

S-Gamut3.Cine色域与用于电视制作、胶片输出和数字电影中的底片扫描相似，色彩再现的设计略宽于DCI-P3，提供了充足的调色空间。

从色域图可以看出来，S-Gamut和S-Gamut3的色彩空间是最大的，可以捕捉到最大范围的色彩，而S-Gamut3.Cine的色彩范围稍小，实际上色彩空间比较小会更容易进行色彩分级，在后期调色时，也比大空间的S-Gamut和S-Gamut3色域更方便，所以一般建议使用S-log3的S-Gamut3.Cine录制。

1.6 Cine EI模式下如何控制曝光

以上讲到的高宽容度S-log模式下的由于画面灰暗对于聚焦和正确掌握曝光是比较困难的，有一个简单的方法就是使用查找表（LUT），通过套用LUT来查看调整寻像器内显示内容，它的作用是使S-log2和S-log3转换为不同的伽马曲线，以使画面看上去就像还原真实的画面。

最简单的方式就是在CINE EI模式中打开监视器的VF Mlut，选择一个Mlut接近你最终想要出效果的那个Mlut的效果。之外还可以采用更为精确的方法来控制曝光，这就是将灰卡或白卡放入画面内，打开机器的示波器进行观看数值来准确曝光，首先看一下S-log2和S-log3的正确曝光等级，表1展示了不同S-log的正确中灰等级和90%反射白波形图的数值。

可以看到90%白色等级对应电平分别为61%和59%，如前所述，正是要容纳比90%白更高的亮度空间，比如说天空的云和高亮度场景等的动态范围，所以它比Rec.709的对应的值要低很多，以便使其容纳进去。使用时打开摄像机斑马纹，将斑马纹显示设为最低值60%，区间设置在±3%，这样无论使用S-log2还是S-log3，正确曝光的电平都不会超出±3%的范围之外，只要90%白色出现斑马纹指示，曝光就准确了。

用灰卡波形示波器观察曝光，将曝光设置到灰卡被曝光到适合的等级，在S-log3下只需把灰卡曝光值调整到41%就是正确曝光（S-log2为32%）。

2. 深层次了解Cine EI模式

2.1 它的起跳点是ISO2000

我们知道摄像机的动态范围和灵敏度取决于感光器的特性，提高增益或ISO值并不影响感光器对于进光量的灵敏度，它们只是放大或缩小了通过感光器的信号。这就好比调高或调低录音机的音量，声音会变响或变弱，其实录音带本身的信号强度不会发生任何变化，调高音量的同时也同时增加了噪音，噪音的比率没有发生变化。摄像机的感光器也是同样的道理，我们调节摄像机增益大小的同时噪点的量也会增加或减少。

Cine EI模式下摄像机感光元件的性能被发挥到最大，他的14档宽容度得以充分表现，此模式下原生ISO值被设定为固定2000（在新的FS7固件升级中增加了“Rec/Out EI Applied”选项，可以在更改EI值时相应更改ISO值，此项设置会带来诸多影响，本文暂不讨论），它包含两层含义，其一，ISO起跳点为2000;其二，無论如何调整，这个ISO值始终不变。之所以设成固定ISO2000，原因是索尼经过测试认为，无论在处理过曝或欠曝情况下，这个值可以让感光器产生的噪点做出最佳平衡，可以获得最好的成像质量。

感光器的噪点通常会被隐藏在非常暗的画面信息中，当增加增益时信号被放大，这些隐藏的噪点就显示出来了。在实际使用Cine EI模式中有经验的摄影师一般会调低EI值（当然这不会改变增益），这样通过Mlut监视画面时会看到曝光降低，摄像师会加大一档光圈，拍摄出的画面就会轻微过曝，然后在后期时调整将曝光拉回正常值，这样就可以获得更清晰、噪点更低的画面，可以更有效的控制曝光、降低噪点而不改变它的动态范围。绝大多数情况下在FS7中都会过曝1或1.5档，使用1000EI或800EI值。

2.2 什么是EI值

EI是Exposure index的缩写，直译过来就是曝光索引的意思，有很多人也称之为曝光指数。

我们知道电影未曾数字化之前摄影师总是使用带有固定ISO的胶片进行拍摄，拍摄过程中在不同ISO条件下对光线进行评估，随后给出一个符合拍摄时测量出的ISO的曝光参考索引，后期放映师会根据实际情况调整ISO值的大小以达到不同的效果，这种方法叫做推胶片或拉胶片，胶片本身的感光度是不变的。Cine EI与这种方法非常相似，它的ISO值固定在ISO2000，摄像师根据光线变化调整EI-曝光指数，使之可以更有效的控制曝光和影片的动态范围。

从图6可以看到，以18%中度灰作为基准曝光，14档的宽容度，在以EI值为2000拍摄时，18%中度灰以上宽容度为6档，以下为8档;如果将曝光指数调整为500EI时，要达到基准曝光需要加大光圈，此时基准曝光就会向上移动，由于总的宽容度不变，成为上面4挡，下面10档，使原来亮的地方因为加大光圈而被推出动态范围，不记录这部分信息，而原来看不见黑的部分因为亮度增加而显现出来，进入到宽容度的范围之内;当EI调整为8000时，按照基准曝光，需要减光才能达到，因此基准曝光在宽容度之内要下移，上面8档，下面6档，留给亮部宽容度范围更广，亮部细节能更好地表现出来，同时暗部宽容度范围就会变窄。因此说当调整EI时，调整的是摄像机动态范围的分布情况的变化。

通俗的说，在低照度环境下拍摄时，我们应该降低EI值来获得更多的暗部宽容度，牺牲掉亮部宽容度，从而使在低照度环境下画面中不同照度的内容被拾取得非常丰富。而在外景等高照度环境时，如果场景内没有亮度较低的部分，应该提升EI值获得更多的亮部宽容度，从而使得环境中各个亮度级别的信息都被摄像机所拾取。

2.3 套用MLUT后，改变EI值发生了哪些变化。

我们知道套用Mlut后，监视器画面会回归正常颜色及对比度，如套用Rec.709 LUT进行监看时，将会回归平常电视的曝光效果。如果在监视器或者取景器显示画面曝光正常，那么拍摄记录的画面也是正确的。

此时改变EI值反应到监视器上，监看的曝光会发生变化，但要注意仅仅是监视改变，记录文件的曝光不会发生任何变化，这时我们如果根据监视效果调整光圈或快门的话，使监看回到正常曝光，那么记录文件曝光就会随之变化。

3. 结束语

Cine EI模式是高宽容度的摄像模式，对EI-曝光指数的调整就是对宽容度分布范围的调整，在此模式下将监视器套用Mlut成为正确控制曝光的首选，摄像师还将根据需要对两种S-log曲线及其对应的三种色域进行选择，以便拍出精美画面。

参考文献：

[1]索尼官网.S-log摄影&编辑尽在掌握[EB/OL].visualsalon杂志.https：//www.sonystyle.com.cn/minisite/cross/video/4k/level3_2.htm

[2]崔博涵.电视纪录片《不朽的马克思》4KHDR拍摄与制作[J].现代电视技术，2018（10）：125-129+148.

[3]石一.抓住拍摄中的细节[J].数码影像时代，2018（06）：32-35.