1. Überblick

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Inhalt

Ein bezahlbarer 12-Bit 4K Filmscanner
Konzept
Features
Elektronik
Mechanik
Optik
Licht
Beispiele
- Demo-Video (Youtube)
- Einzelbilder

Ein bezahlbarer 12-Bit 4K Filmscanner

Noch ein DIY-Filmscanner?
Schon, aber dieser ist anders: Der Filmkorn Raw-Scanner ist ein Open-Source-Projekt, das die Digitalisierung von Schmalfilmen in atemberaubender Qualität zu einem sehr niedrigen Preis ermöglicht. Dieses Projekt entstand bereits 2020 aus einer Wette im deutschen Filmvorführerforum, nachdem der unsägliche, aber ähnlich bepreiste „Wolverine“ Filmscanner aus China (aka Somikon, aka Winait, aka Kodak, aka Hammacher-Schlemmer) sich als unrettbare, filmzerkratzende Katastrophe herausstellte: Ist es überhaupt möglich, für weniger als 500€ einen wirklich hochqualitativen Scanner zu bauen?

Ja, es ist möglich. Und hier steht nun beschrieben, wie, damit ein jeder seine Filme schonend und in fantastischer Qualität digitalisieren kann.

Konzept

Der maßgeblichste Unterschied dieses Scanners zu wohl nahezu allen anderen Selbstbau-Scannern ist, dass er unkomprimierte Videodateien mit 12 Bit Auflösung pro Farbkanal liefert, und das in 4K. Kurz gesagt: Das ist das Vierfache dessen, was eine ProRes 422 Datei an dynamischer Auflösung (nicht Pixelauflösung) speichern kann. Das bringt so einige erhebliche Vorteile:

Der Scanner kann völlig unbeaufsichtigt scannen, sämtliche eventuellen Korrekturen von Belichtung oder Farben sind ohne jegliche Qualitätseinbußen im Nachgang machbar
Auch Farbnegativfilm kann in hervorragender Qualität und mit fantastischen Farben digitalisiert werden
Durch den Entfall jeglicher scanner- bzw. kameraseitigen Nachbearbeitung oder automatischer „Verbesserungen“ bleibt der Filmlook uneingeschränkt erhalten
Es können beliebige Bildraten erzeugt werden, ohne dass Einzelbilder verdoppelt, gemischt oder neuberechnet werden. So bleibt ein 18 B/s Film auch digital ein 18 B/s Film und läuft in korrekter Geschwindigkeit

Alle Komponenten des Scanners (Datenformate, Hardware, Software) sind zudem quell-offen („Open Source“) und damit frei verfügbar und dokumentiert.

Features

4K oder 2K Scans im unkomprimierten 12 Bit CinemaDNG-Format, damit auch bestens für Farbnegativfilme geeignet
Scangeschwindigkeit ca. 2-5 fps mit einem Raspi 4b, abhängig von Auflösung und Projektormechanik
Standalone-Betrieb ohne weiteren Computer. Benötigt wird nur ein USB-Laufwerk für die Scans
Optionaler Netzwerkbetrieb, in dem die Scans direkt auf dem Computer landen. So kann man mit der Bearbeitung beginnen, während noch gescannt wird. (Derzeit nur auf macOS getestet)
Over-the-air Software-Updates per Knopfdruck (inkl. Rollback auf ältere Versionen, falls erforderlich)
Automatischer Sleep-Modus zum Energiesparen und für sofortige Einsatzbereitschaft
Automatische Film-Ende-Erkennung
Vollautomatische Installation, keine besonderen Computerkenntnisse nötig

Hier zunächst ein grober Überblick. Zu den relevanten Themen gibt es ausführliche Detailseiten.

Elektronik

Als Bildsensor verwende ich die Raspberry Pi HQ Camera. Für ca. 60€ bekommt man einen sehr guten 1/2.3″ CMOS-Sensor IMX477 aus der Exmor RS Familie von Sony, der mit 11 mm Diagonale etwa die Abmessungen eines Super 8 Einzelbildes hat, der 4K Auflösung bei 12 Bit pro Farbkanal liefert, sehr rauscharm ist und zudem noch für C-Mount-Objektive vorbereitet ist.
Diese Kamera hängt – naheliegend – an einem Raspberry Pi 4b Einplatinencomputer, der aus den Kamera-Rohdaten prächtige Einzelbilder ohne Informationsverlust macht.
Zur Kontrolle und zum Scharfstellen wird ein kleiner 5" HDMI-Monitor mit Auflösung 840x400 verwendet, was zum Kadrieren und Scharfstellen mehr als ausreichend ist. Hier darf natürlich experimentiert werden.
Als Bindeglied all der Technik dient ein Controller-Board auf ATmega 328P Basis (bekannt als "Arduino"), das neben den benötigten Anschlüssen und Spannungen noch ein paar Steuertasten und Drehknöpfe mitbringt, die wir zum Scanbetrieb brauchen. Auch dieses ist (nebst Software) frei erhältlich und kann und soll beliebig erweitert, verbessert und verändert werden. Eine fertig bestückte, programmierte und einsatzbereite Controller-Platine biete ich als Kleinserie für Interessierte an.

Mechanik

Für den schrittweisen Bildtransport sorgt ein solider, guter, teilgeschlachteter Projektor, der das besser, filmschonender und präziser kann als jede
3D-gedruckte Eigenkonstruktion. Es wird auch kein Schrittmotor verbaut, denn ein Projektor hat in der Regel bereits einen kräftigen und geeigneten Motor.

Für die Gesamtkonstruktion werden ansonsten nur eine stabile Basisplatte (z.B. 22 mm MDF) und ein paar Schrauben und Kleinteile benötigt.

Optik

Herzstück des optischen Systems ist ein Vergrößerungsobjektiv. Diese Objektive haben zum Scannen ideale Eigenschaften: Sie sind „auf nah“ (statt auf unendlich) gerechnet, vignettieren wenig und zeichnen ausgesprochen scharf. Zusätzlich benutzen wir das Objektiv für optimale Leistung in Retrostellung, denn anders als im Vergrößerer liegt das Bild ja nur wenige Zentimeter vor der Linse. Zu guter Letzt sind sie meist sehr günstig gebraucht zu haben.

Licht

Es wurde viel Wert auf Flexibilität und idealen Betrieb verschiedener möglicher Lichtquellen gelegt.
Da der Film im Scanbetrieb ja viel langsamer läuft als er es im normalen Projektionsbetrieb tut, brauchen wir eine Lichtquelle, die wesentlich weniger Hitze auf den Film bringt als die übliche 100W Halogenbirne. Eine LED bietet sich hier also an! Sinnvoll ist es außerdem, den Film mit Tageslicht (~5300K) zu durchleuchten, denn dafür ist der Sensor ausgelegt, und zeigt dann auch die beste Dynamik. Zu guter Letzt darf die LED keinesfalls gepulst sein (bei gedimmten LEDs ist das meist der Fall), sondern muss kontinuierlich leuchten, sonst gibt es irgendwann unweigerlich Streifen im Ergebnis.

Ich empfehle, eine Lichtquelle auf Basis einer guten, weißen Power-LED selber zu bauen — die zu diesem Projekt gehörende Controller-Platine ("Scan Controller") macht es einem leicht, denn sie kann sehr präzise regelbaren Konstantstrom von 0-5 A bei Spannungen von 1,5-32 V liefern. Gut ist es, wenn die LED einen CRI von 95 hat, mehr schadet keinesfalls. Man muss es hier aber auch nicht esoterisch übertreiben, denn das meiste Filmmaterial profitiert sowieso noch von einer leichten, globalen (also nicht szenenspezifischen) Farbkorrektur als „Basis“.