| Alles über Kamera-Sensoren |
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Typische Dateiformate von den
verschiedenen Digitalkameras
| "Mega-Pixel" | Dateiformat | Bezeichnung | "echte" Pixel *) |
| 320 x 240 | QVGA | ||
| 640 x 480 | VGA | ||
| 848 x 480 | WVGA (16:9) | ||
| 240 x 576 **) | VHS-"Qualität" | ||
| (0,4 MP) | 720 x 576 **) | (höchste DVD-Q.) | |
| 0,8 | 1024 x 768 | XGA | |
| (0,9 MP) | 1280 x 720 | HD-TV (720p) | |
| (1,0 MP) | 1280 x 800 | (16:10) | |
| (1,0 MP) | 1366 x 768 | WXGA (16:9) | |
| 1,3 | 1280 x 960 | SXGA | |
| 2 | 1600 x 1200 | UXGA | |
| (2,0 MP) | 1920 x 1080 | Voll HD-TV | |
| 3 | 2048 x 1536 | EXGA | 1638 x 1229 |
| 4 | 2272 x 1704 | - | 1818 x 1363 |
| 5 | 2560 x 1920 | - | 2048 x 1536 |
| 6 | 2848 x 2136 | - | 2278 x 1709 |
| 7 | 3072 x 2304 | - | 2458 x 1843 |
| 8 | 3264 x 2448 | - | 2611 x 1958 |
| (8) | 3456 x 2304 | (3:2 Format) | |
| 9 | 3488 x 2616 | - | 2790 x 2093 |
| 10 | 3648 x 2736 | - | 2918 x 2189 |
| (10) | 3872 x 2592 | (3:2 Format) | |
| 12 | 4000 x 3000 | - | 3200 x 2400 |
| (12) | 4288 x 2848 | (3:2 Format) | |
| 14 | 4320 x 3240 | 3456 x 2592 | |
| 16,7 | 4608 x 3456 | 3686 x 2765 | |
| (16,7) | 4992 x 3328 | (3:2 Forma) | |
| (21) | 5616 x 3744 | (3:2 Forma) |
| *) Max. 80% der Pixel einer Digitalkamera (Erklärung s.u.) **) PAL-TV arbeitet grundsätzlich mit 576 Zeilen. In der Breite gibt es 240 bzw. max. 720 "Pixel". Um ein 4:3 Bild zu erreichen, werden sie so weit auseinander gezogen, dass sie 768 quadratischen Pixel entsprechen. Bei 16:9 Sendungen werden sie noch weiter auseinander gezogen, so dass sie 1024 Pixel entsprechen. |
Wie entstehen die "Pixel"?
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Wer sich jetzt wundert,
warum im Folgenden eine 2 MP-Kamera beschrieben wird, dem sei gesagt, dass zum
Startzeitpunkt dieser Website die Canon SLR D30 nur 3,1 MP hatte und
stolze 6500.- DM kostete.
__________________________ Üblicherweise liefert z.B. eine 2 MP-Kamera Bilddateien von 1600
x 1200 Pixel. Das sind 1.920.000 Pixel. Das Wort "Pixel" setzt sich
übrigens aus den Begriffen "Picture" und "Element" (= Bildpunkt)
zusammen. Fällt z.B. ein dünner roter Lichtstrahl auf eine rot-empfindliche Zelle, so entsteht nicht etwa ein rotes Pixel. An den vier Eckpunkten der betreffenden Zelle wird aus den jeweils benachbarten Zellen die Farbe eines Pixels berechnet. Das ist aber jeweils ein abgeschwächtes Rot, da drei von vier Nachbarzellen nicht beleuchtet wurden. Es ergeben sich folglich vier rötliche Pixel.
Würde aber ein blauer Lichtstrahl auf
die rote Zelle fallen, dann würde er gar nicht bemerkt! Welchen Effekt das auf die Darstellung einer weißen oder schwarzen Linie (die ja Anteile aller Farben haben.) haben kann, wird an dem folgenden Beispiel deutlich. Links die vier Testbildchen, aufgenommen mit einem auf die Zellengröße abgestimmten Objektiv, rechts mit einem "zu scharfen". (Quelle: computerfoto)
Der gleiche Effekt zeigt sich übrigens manchmal auch bei den zusammenlaufenden Linien des ISO-Testbildes bei RAW-Bildern, da dann die kamerainternen Algorithmen nicht aktiv sind und "zu scharfe" Fotos nicht verhindert werden. |
Was sind "echte" Pixel
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Die
Ermittlung der tatsächlichen Auflösung von Digitalkameras (→
Grafik) zeigt, dass bei älteren Kameras nur ca. 70% der theoretisch
möglichen "Zeilen/Bildhöhe"
erreicht wurden. Aber mehr als ca. 80% sind aus physikalischen Gründen
nicht möglich. Wer mir
nicht glaubt: Einfach das gleiche Motiv mit beiden Vorgaben
fotografieren und dann am PC das kleinere Bild auf die Größe des
Originalbildes hochrechnen. Vermutlich werden sich die beiden Bilder
nicht nennenswert unterscheiden.
Von einem (guten) Scanner wird eine Linie auch dann exakt gezeigt, wenn sie nur ein Pixel breit ist (Beispielbild), da üblicherweise in höherer Auflösung eingescannt und dann heruntergerechnet wird. Deshalb nutzt ein eingescanntes Bild die bei der jeweiligen Dateigröße maximal mögliche Bildqualität voll aus. |
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Die von einigen Kameras angebotene
Möglichkeit, auf SW-Bilder umzuschalten, ist völliger Unfug. Man kann
auch dann nicht auf die Zusammenfassung von jeweils 4 Zellen verzichten,
was sonst eine Vervielfachung der Auflösung bedeuten würde. Da die
Zellen aber jeweils nur für eine bestimmte Farbe empfindlich sind, muss
grundsätzlich zunächst die Farbe für ein Pixel ganz normal ermittelt und
dann in Grauwerte umgesetzt werden. |
Die verschiedenen Sensor-Typen
| Durch die Bestimmung der "Zeilen/Bildhöhe" (durch ein entsprechendes Testbild) ist übrigens ein völlig neutraler Vergleich verschiedener Kameras möglich; gleichgültig wie groß der Sensor ist und wie die Pixel berechnet wurden. |
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CCD-Sensor Fast alle kleinen Digitalkameras arbeiten mit CCD-Sensoren. Sie bestehen aus einer großen Anzahl Fotodioden. Das Auslesen der Signale geschieht hier zeilenweise nacheinander ("Eimerkette"). Daher der Name Charge-coupled Device". Bei diesem Vorgang muss das Objektiv durch einen Verschluss abgedeckt werden, damit kein Licht einfällt. Bei Video ist kann dieser Verschluss nicht benutzt werden, was zu sog. "Smear" führt. |
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Bei CMOS-Sensoren ist zu
jeder Fotozelle ein Kondensator parallel geschaltet. So kann jedes
Signal direkt erfasst werden. Nachteil ist, dass diese Elektronik viel
Platz benötigt, wodurch dazwischen weniger lichtempfindliche
Sensorzellen pro cm² des Sensors möglich waren. Bei den rel. großen
Sensorflächen der SLR-Kameras war das aber kein Problem. Allerdings
hatten sie dadurch deutlich weniger
MP/cm² als die kleinen CCD-Kompaktkameras.
Beispiel: Zwei 12 MP
Canon-Kameras: Die SLR 450D hat 3,7 MP/cm²; die Ixus 960 hat 43
MP/cm².
Unbestreitbarer Vorteil der CMOS-Sensoren ist ihre hohe Geschwindigkeit. Die von der Werbung hochgelobte "sensationelle Lichtempfindlichkeit" (doppelt so hoch wie bisher) bezieht sich allerdings auf bisherige kleine CMOS-Sensoren. Verglichen mit guten CCD-Sensoren gleicher Größe und MP-Anzahl ist die Lichtempfindlichkeit des BSI keineswegs höher, eher niedriger. |
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X3 Sensor von Fa. Foveon Seit 2002 gibt es einen ersten Sensor, bei dem
jede Zelle für alle drei Grundfarben empfindlich ist. Er macht sich
zunutze, dass Silizium mit zunehmender Tiefe mehr und mehr Farben
absorbiert. So wird zunächst der blaue, dann der grüne und dann der rote
Anteil erkannt. |
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Die SuperCCD-Sensoren der Firma Fuji
sind um 45° gedreht.
Durch diesen technischen Trick ist der Abstand von Zellenreihe zu
Zellenreihe in senkrechter und waagerechter Richtung deutlich geringer
als bei konventionellen Sensoren und somit ist die Auflösung in diesen
beiden Richtungen entsprechend besser. |
Größe der Kamera-Sensoren
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Verglichen mit dem Kleinbild-Format sind die Kamera-Sensoren extrem klein. Ein 1/2,7"-Sensor hat weniger als ein Viertel der Fläche eines Minox-Negativs. Das setzt hoch auflösende Objektive voraus.
Je kleiner der Sensor, desto
geringer ist die Bilddiagonale. Per Definition ist das die jeweilige
Standard-Brennweite (= Brennweite, die etwa den
gleichen
Bildwinkel ergibt, wie
43,3 mm bei KB; dh. ca. 53°).
Die geheimnisvolle Bezeichnung für die Sensorgröße einer Kamera ist
übrigens eine Angabe, die noch aus den 50er Jahren
stammt! Sie bezeichnet die Länge der Diagonale (in Zoll)
einer Bildaufnahmeröhre(!). Damals wurden nur ca. die inneren 2/3
des Durchmessers für die Bild-Erzeugung genutzt.
Dieses Bild zeigt die
Größenverhältnisse der verschiedenen Kamera-Sensoren. |
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1/2,7" ; 1/2,33" ; 1/1,7" Sensoren Die rel. großen 1/1,7" Sensoren werden heute leider nur noch in wenige, hochwertigere Kameras eingebaut. Die sehr kleinen 1/2,7" Sensoren befinden sich überwiegend in "Lifestyle-" und "Superzoom"-Kameras, weil diese Mini-Sensoren sehr flache Kameras bzw. kleine und lichtstarke Superzoom-Objektive ermöglichen. "Standard" ist heutzutage der 1/2,33" Sensor. Es
gibt auch Kamera-Sensoren in KB-Größe, die in (sehr
teure)
Spiegelreflexkameras für Profis eingebaut werden. Konventionelle
Objektive sind für solche Digitalkameras aber nicht
optimal. Um das Problem der schrägen Randstrahlen zu reduzieren
(was normale Filme nicht stört!), sollte der Durchmesser der Hinterlinse
möglichst größer als die Sensordiagonale sein. APS-Sensor Fast alle Spiegelreflexkameras für
ambitionierte Amateure haben
einen kleineren Sensor in etwa der Größe des APS-Formats (meist: 23,7 x
15,6 mm).
Sie können problemlos mehr als 10 Millionen lichtempfindliche Zellen
beherbergen. Da die Sensorfläche etwa 10x größer als die eines 1/1,7"
Sensors ist, können die einzelnen Zellen relativ groß (und
lichtempfindlich) sein und deshalb sind auch problemlos hohe ISO-Einstellungen möglich, ohne dass ein starkes
Rauschen
auftritt. 4/3"-Sensor
16:9 Sensoren Neben dem üblichen
Seitenverhältnis von 4:3 und dem 3:2 Format (z.B. APS) gibt es auch das
an die
HDTV-Bildschirme angepasste 16:9 Seitenverhältnis. Über die Größe
der Sensoren sagt das aber nichts aus.
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Sensorgröße und Rauschen Der Einfluss der Sensorgröße darf nicht unerwähnt bleiben. Je größer der Sensor ist, um so größer können - bei gleicher MP-Anzahl - die einzelnen Sensorzellen sein. Und das bestimmt das Rauschverhalten. So kann eine 8MP-Kamera mit kleinem 1/2.5" Sensor stärker rauschen als eine 12MP-Kamera mit großem 1/1,6" Sensor. → mehr Infos |
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Pixel-Mixing Manche Kameras reduzieren das Rausch-Problem
bei hohen ISO-Werten dadurch, dass sie dann mehrere
Sensorzellen zusammenschalten (Pixel-Mixing). Dann ist das Bild
natürlich erheblich kleiner als vorher, aber es zeigt weniger
Rauschen, weil das stärkere Signal nicht so sehr elektronisch
verstärkt werden muss. |
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Waren 1998 noch Kameras mit
2 MP teure Spitzenmodelle, so haben wir uns inzwischen daran gewöhnt,
dass es Jahr für Jahr bei Kompaktkameras neue Pixel-Rekorde gibt. Inzwischen sind 16 MP
schon fast Standard. Gibt es eine Grenze für diese Entwicklung, oder
geht das immer so weiter? Auch zukünftig wird gelten,
dass höhere Auflösungen als 4 MP auf dem Bildschirm (→Beweis)
und auf 10 x 13 cm Papierbildern (→Beweis)
nicht mehr Details zeigen. Das ist übrigens unabhängig von der
Sensorgröße, gilt also auch für SLRs! Rauschen Autofokuszeit Bildfolgezeit Auflösung der Objektive |
Wann sind 12 MP sinnvoll?
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Da 95% aller Amateure ihre Bilder am Bildschirm betrachten, können sie
den Unterschied zwischen 6 und 12 MP gar nicht sehen, wohl aber das
stärkere Rauschen bzw. die schlechtere Bildqualität. Und daran ändert
sich auch nichts, wenn man auf 6MP umschaltet. Natürlich habe ich gelegentlich Motive, bei denen mehr als 6 MP hilfreich wären, aber bei 98% meiner Motive sind 6 MP völlig genug. Jedenfalls kenne ich sehr viel mehr Motive, wo rauscharme 1600 ISO (bei 6MP) wichtiger sind als 12 MP. Gelegentlich auf 12 MP (bei 100 ISO) umschalten zu können, würde mir zwar gefallen, aber nicht, wenn ich dafür bei allen Bilder ein höheres Rauschen in Kauf nehmen muss. Beispielbilder Hier habe ich nun beispielhaft drei Bilder einer guten(!) 6MP-Kamera herausgesucht. Aus ihnen habe ich einen gleich großen 1:1 Ausschnitt herausgeschnitten (Entspricht einem Ausschnitt aus einem 48 x 34 cm Poster.). |
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Die Luftaufnahme hätte bei 12 MP
sicherlich noch mehr Details gezeigt (wenn die
Plexiglasscheibe des Fliegers das zulassen würde).
Auf einem typischen Familienfoto wird man sicherlich nicht noch mehr Details erwarten.
Bei Portraits zeigen 6MP-Kameras - mit zunehmenden Alter der Person - bereits zu viele Details ... |
... und wer benötigt 14MP oder gar 16MP?
| Zweifellos sind die
Methoden zur Rauschunterdrückung in den letzten Jahren immer weiter
verbessert worden. Eine 16MP-Kamera liefert heutzutage wesentlich
rauschärmere Bilder als selbst eine 12MP-Kamera vor einigen Jahren. Aber
liefern sie wirklich mehr Details als eine 12MP-Kamera? Um
das festzustellen muss man exakt das gleiche Motiv mit beiden Kameras
fotografieren, auf gleiche Größe bringen und dann 1:1 betrachten (→Hinweis). Bis heute (22.08.2011) habe ich noch
keine 16MP Kamera mit kleinem Sensor (1/2,3") gesehen, die mehr Details
gezeigt hätte als eine gute 12MP-Kamera. Das ist aus den o.g. Gründen
(Auflösungsvermögen der kleinen Optik) auch nicht zu erwarten. Welche
Vorteile haben dann aber 16MP-Kameras???? Natürlich sehen manche Bilder von 16MP-Kamera - reduziert auf 2MP - sehr gut aus, aber das ist doch wirklich kein Beweis, dass Kameras unbedingt 16MP haben müssen. Sie werden oft nicht wegen, sondern trotz der 16MP gekauft, weil sie etliche sinnvolle Sonderfunktionen bieten, die alte Kameras nicht hatten. Traurig, dass die Fotoindustrie (um den vermuteten Käuferwunsch abzudecken) fast nur noch 16MP-Kameras anbietet. Das kommt mir so vor, als würde die Automobilindustrie annehmen, alle Autokäufer seien begeisterte Autobahn-Raser und man müsse deshalb nur PS-starke Sportflitzer anbieten. Auch wer nur einen simplen Stadtwagen benötigt, muss dann einen solchen Sportwagen kaufen. Zugegeben, man kann auch mit einem 400 PS Porsche zum Bäcker fahren, aber man hat dann ein teures Auto kaufen müssen, das man niemals wirklich ausnutzen wird! |
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www.Henner.info
Letzte Überarbeitung:
15.01.2012