Ein 12-Bit 4K Filmscanner für ca. 350€

Noch ein DIY-Filmscanner? Schon, aber dieser ist anders: Der Filmkorn Raw-Scanner ist eine OpenSource Projekt, das die Digitalisierung von Schmalfilmen in atemberaubender Qualität zu einem sehr niedrigen Preis ermöglicht. Dieses Projekt wurde bereits 2020 aus einer Wette im deutschen Filmvorführerforum resultierend geboren, 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 350€ 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. (Anmerkung: Durch die allgemeinen Preissteigerungen der letzten vier Jahre kommt man heute u.U. auf einen Gesamtbetrag von 350-400€, aber einiges hat man vielleicht ja auch schon in der Bastelkiste.)

Das Konzept

Der maßgeblichste Unterschied dieses Scanners zu wohl nahezu allen anderen 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 frei von jeglichen 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 das Einzelbilder verdoppelt, gemischt oder neuberechnet werden. Ein 18 B/s Film bleibt 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.

Beispiele (Einzelbilder)

Beispielbild eines von der Kamera mit automatischen Settings generierten JPEG Bildes. Lichtern und Schatten fehlt es an Zeichnung, die Farben stimmen nicht. Die Kamera ist mit der Dynamik des Filmbildchens überfordert

Einzelbild aus einem „komplett roten“ Lehrfilm, unkorrigiert

Farbnegative stellen Scanner oft vor Herausforderungen, weil sie maskiert und zudem so flach graduiert sind

Die Hardware

Zum Abtasten wird der sehr populäre Sony 1/2.3″ CMOS-Sensor IMX477 aus der Exmor RS Familie verwendet. Er ist sehr rauscharm und hat mit ca. 11 mm annähernd die gleiche Bilddiagonale wie ein Super 8 Film. Als „Raspberry Pi High Quality Camera“ kostet dieser Sensor zudem nur knapp 60€. Ein passender Raspberry Pi Mini-Computer macht den Sensor zusammen mit einem Vergrößerungsobjektiv zur maßgeschneidert steuerbaren Abtasteinheit und Datenpumpe.

Für den Filmtransport wird einfach ein solider, guter Projektor verwendet. Der transportiert Film nämlich besser, präziser und schonender als alles Selbstgebaute. Es wird auch kein Schrittmotor verbaut, denn ein Projektor hat in der Regel bereits einen kräftigen und geeigneten Motor.

Es wurde viel Wert auf Flexibilität und idealen Betrieb verschiedener möglicher Lichtquellen gelegt. Ich verwende zur Zeit eine 9 Watt LED mit CRI 98, die über einen zur Ulbrichtkugel umgebauten Tischtennisball ideal diffuses Licht erzeugt, um Kratzer, Staub und Laufstreifen verschwinden zu lassen.

Die Kamera braucht ca. 0,45 Sekunden pro Einzelbild, und ein Einzelbild ist knapp 20 MB groß, es entstehen also jede Sekunde gut 40 MB an rohen Bilddaten. Der Scanner schickt diese erheblichen Datenmengen (ca. 75 GB pro 15 m Super 8-Film) idealerweise über das LAN direkt zu einem „richtigen“ Computer, wo sie „live“, also schon während des Scannens, in ein CinemaDNG-Projekt gewandelt werden. Dieses kann direkt und ohne weitere Konvertierungen in z.B. Davinci Resolve geöffnet werden. Ein Scannen direkt auf eine Festplatte oder SSD (ohne Computer) ist aber ebenfalls möglich. Die Wandlung in lesbares CinemaDNG erfolgt dann in einem separaten Schritt.

Bindeglied zwischen dem Benutzer, dem Kamera-Modul, dem Projektor, der Lichtquelle, ggf. einem Kontrollmonitor und dem empfangenden Computer ist eine eigens entwickelte Controller-Platine nebst Software. Auch diese ist 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.

Einkaufsliste

Folgende Dinge gilt es zu besorgen, falls sie nicht eh schon in der Bastelkiste liegen. Die Links sind nur beispielhafte Bezugsquellen, oft lohnt ein bisschen Suche, um einen guten Deal zu bekommen.

Raspberry Pi 4B mit 4 GB RAM	60€
Raspberry Pi High Quality Camera mit C-Mount	60€
C-Mount Zwischenringe, gesamt ca. 60-65 mm, je nach Tiefe des nachfolgenden Adapters (z.B. AliExpress): Hier lohnt es sich, kleinteilig zu stückeln, bis es passt	10€
M42 auf C-Mount-Adapter (Ebay oder AliExpress)	15€
M39 auf M42 Adapter-Ring (Ebay oder AliExpress)	5€
Ein gebrauchtes M39 Vergrößerungsobjektiv mit 50 mm Brennweite (ebay) — ich verwende z.B. ein EL-Nikkor 2.8/50, aber es gibt eine Menge anderer guter Linsen	20€
Eine LED mit gutem CRI und Tageslichtfarbe. Ich verwende eine etwas betagte YUJILEDS Full Spectrum CRI 98 COB LED BC 135L (5600K, 9W) für €20, die aber schon eine Weile nicht lieferbar zu sein scheint. Eine gute Alternative könnten z.B. die Cree CMA1303-0000-000C0Z0AL5A oder CXB1304-0000-000C0ZB2L5A für knapp €5 sein (ungetestet) — auf dem LED markt tut sich sehr schnell sehr viel gutes. Auch dieses USB-Nachtlicht ist einen Versuch wert	10€
Kühlkörper und ggf Lüfterchen für die LED (40 x 40 mm passt gut ins Lampenhaus), ggf. Wärmeleitkleber oder -paste, falls nötig	10€
5″ HDMI LCD Display (ebay oder aliexpress). Natürlich kann auch ein bereits vorhandener Monitor verwendet werden. Das kleine Ding ist aber zum Kadrieren und Scharfstellen praktisch und passt als „Deckel“ für den Controller	25€
Einen alten, gern defekten Noris-Projektor o.ä. (mehr zur Projektorwahl unten)	25€
Kleinmaterial: Sugru und/oder Epoxyknete, ein paar Schrauben, eine HT-Rohr-Schelle, Holz- oder MDF-Platte als Basis

Damit liegt man bei ca. 240€. Des weiteren benötigt man dann noch die Controller-Platine, die bei mir als fertig bestückte Platine für € 149,- zu beziehen ist, solange Nachfrage und Vorrat stimmen (TKTKTKTKTKTK Link).

Wer mag, kann den Controller auch auf einer Lochrasterplatine aufbauen, hierfür gibt es aber keine Anleitung und die Fehlersuche ist schwer. Unten abgebildet ist exemplarisch mein erste Prototyp auf Kurzstreifenraster, BoBs für einige der Chips verwendend. Den Schaltplan und eine detaillierte Beschreibung der kompletten Controller-Schaltung gibt es für Interessierte hier.

Lochrasterplatine mit dem ersten Prototyp der Steuerung, Vorderseite

Projektorwahl

Grundsätzlich eignet sich jeder Projektor mit Gleichstrommotor zum Umbau als Scanner. (Gleichstrommotoren haben mindestens all jene Projektoren, die sich in der Geschwindigkeit regeln lassen, ohne dafür einen Riemen, Treibräder oder Zahnräder umlegen zu müssen). Der Controller gibt dem vorhandenen Motor einfach so lange Strom, bis er eine Umdrehung geschafft hat, dann bremst er ihn. Das ist schnell, einfach, zuverlässig und leiser als ein „singender“ Schrittmotor.

Wichtig bei der Auswahl des Projektors ist ein guter Bildstand. Ich empfehle einen Projektor, der den Film mittels Zahnrolle („Vorwickler“) kontinuierlich bewegt, und dies nicht allein dem Greifer überlässt. Auch wenn letzteres beim Projizieren oft erstaunlich gut funktioniert, könnte das beim „Schrittbetrieb“ eines Scanners ganz anders aussehen, denn die gebende Filmspule muss mit jedem Transportschritt neu aus dem Stillstand beschleunigt werden. Das ist Stress für den Film und könnte den Bildstand negativ beeinflussen.

Meine Wahl ist ein quasi beliebiger, möglichst einfacher Noris Projektor der Firma „Ernst Plank KG, Nürnberg“. Diese Projektoren sind eher unsexy und damit meist sehr günstig, haben sehr häufig Gleichstrommotoren, verwenden Vor- und Nachwickelrollen mit schlupffreiem Kettenantrieb und sind überall dort, wo es drauf ankommt (Filmbahn!), aus solidem Metall gefertigt. Auch machen es viele Modelle (siehe unten) sehr einfach, das Filmende zu erkennen, um den Scanvorgang automatisch zu beenden. Sie haben aber noch einen weiteren, gern übersehenen und recht seltenen Vorteil: Der Filmandruck erfolgt von der Lampenseite, nicht von der Objektivseite aus. Dadurch gibt es keine Schärfesprünge, wenn sich die Filmdicke ändert, da die Schichtseite ihre Lage nie wechselt. So lassen sich auch gemischte, auf einer Rolle zusammengeschnittene Filmmaterialien scannen, ohne die Schärfe nachregeln zu müssen.

Zu guter letzt sind die Projektoren arm an Schnickschnack und Elektronik und lassen sich daher vortrefflich schlachten.

Gern möchte ich aber von anderen Umbauten hören, da geht bestimmt eine Menge. Bitte ggf. in den Kommentaren melden!

Kleine Noris Modellkunde

Ideal geeignete Modelle von Noris sind wohl (mindestens):

Noris Exclusiv 1000
Noris Exclusiv 2000
Noris Exclusiv 2000 D
Noris Record D
Noris Record D100
Noris Record L
Noris Record L100
Noris Record SM
Noris Record SMD
Noris Record SM1200
Noris Präsident
Noris Präsident D

Alle Modelle mit einem D im Namen können übrigens mit wenigen Handgriffen auf Normal-8 Film umgebaut werden, so sich die beiden Zahnrollen und das N8-Gate noch im Lampenhausdeckel befinden. Praktisch! Die D-Modelle erkennt man auf Fotos schnell am vorderen Spulenarm, auf den eine weisse Adapterhülse geschoben ist.

Nicht geeignet sind wohl die alle „Noris Norimat“ Modelle, leicht am hinten angeflaschten Kassettenrekorder zu erkennen. Sie sind nicht nur mit Elektronik zugebaut, sondern haben offenbar auch keinen regelbaren DC-Motor.

Vermutlich durchaus auch geeignet aber eigentlich „zu edel“ sind wohl die gut 20 verschiedenen „Noris Norisound“ Modelle, die zwar keinen Kassettenrecorder mitbringen, aber überflüssige Hardware für Pistentonwiedergabe bereitstellen. Ggf. raus damit! Viele dieser Modelle sind übrigens auch Zweiformat-tauglich, und das ohne Umbau, per Schalter.

Abraten würde ich von den späten, in Japan von Yamawa oder Chinon gefertigten Modellen Norisound 512, 410, 412 und 510. Die sind auch schnell als Kuckuckseier zu erkennen. Ganz alte Modelle mit offenerem Filmpfad (Record, Record 100, „Super 8“) sind grundsätzlich geeignet, bringen aber keine Filmendeerkennung mit.

Eine ausführliche bebilderte Anleitung des Umbaus befindet sich TTKTKTKTK hier.

Objektiv

Herzstück des optischen Systems ist das Vergrößerungsobjektiv. Diese Objektive haben zum Scannen ideale Eigenschaften: Sie sind „auf nah“ (statt auf unendlich) gerechnet, vignettieren wenig und zeichnen ausgeprochen scharf. Zusätzlich benutzen wir das Objektiv für optimale Leistung in Retrostellung, denn anders als im Vergrößerer liegt das Bild liegt ja nur wenige Zentimeter vor der Frontlinse.

Die detaillierte Bauanleitung für das optische System befindet sich hier.

Das fertig zusammengebaute optische System des Scanners

Beleuchtungseinheit

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 dem Film entwickelt als eine 100W Halogenbirne. Eine LED bietet sich hier also an! Sinnvoll (vor allem zum digitalisieren von Farbumkehrfilm) ist es ausserdem, den Film mit etwas kühler temperiertem Licht (4000-5000K) zu durchleuchten, denn dafür ist der Sensor ausgelegt und zeigt dann 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 unweigerlich Streifen im Ergebnis.

Ich empfehle, eine Lichtquelle auf Basis einer guten, weissen Power-LED selber zu bauen — der Controller macht es einem Leicht, denn er kann sehr präzis regelbaren Konstantstrom vom 0-5 A bei Spannungen von 1,5-32 V liefern. Gut ist es, wenn die LED einen CRI von 95 hat, mehr schadet nicht. Man muss es hier aber auch nicht esoterisch übertreiben, denn das meiste Material bekommt sowieso noch eine leichte, globale (also nicht szenenspezifische) Farbkorrektur als „Basis“.

Eine ausführliche bebilderte Anleitung meines Pingpong-Lichts befindet sich hier.

Ich selbst habe es bei meiner ersten Lichtquelle ein wenig übertrieben, der Forschungstrieb war stark. Ich habe hier einen Tischtennisball mit einer aus Bariumsulfat und Polyvinylalkohol angerührten Firnis von innen benetzt und daraus eine Miniatur-Ulbrichtkugel gebaut. Der größte Vorteil einer solchen Mischkammer ist absolut ungerichtetes Licht an der Austrittspupille, wodurch Kratzer, Staub und Laufstreifen deutlich unsichtbarer werden. Allerdings haben ein paar kürzlich ausgeführte Versuche mit einer einfachen PTFE-Scheibe als Diffusor quasi identische Ergebnisse gebracht. Andere wiederum bevorzugen punktförmige Lichtquellen für den Callier-Effekt (erhöhte Kantenschärfe) und entfernen Kratzer ggf. nachträglich digital. Hier ist Platz für Experimente!

Eine ausführliche bebilderte Anleitung meines Pingpong-Lichts befindet sich [TKTKTKT hier].