Orthys Fotoguide – Teil 1: Grundbegriffe

Die Welt der Chips

Sensorgröße

Jetzt wissen wir schon einiges über Objektive und dabei haben wir das interessante Thema der Sensorchips noch gar nicht angefangen.

Die Sensorgröße bezeichnet NICHT die Auflösung, sondern die Fläche, welche ein Sensor einnimmt. Wir wollen hier nicht die Haare spalten und genaue Größen angeben. Aber man sollte etwas zu den Verhältnissen sagen.

Eine „große“ Spiegelreflexkamera aus dem Profi-Segment hat eine (Kleinbild = KB) Sensorfläche von rund 864mm², das gängige APS-C-Format für die Mittelklasse- und einsteiger SLRs ist in etwa 328mm² groß, also rund ein Drittel, Four Thirds hat etwa ein viertel der KB-Größe, die meisten Kompaktkameras haben einen 1/2,5″-Sensor, der mit seinen knapp 25mm² noch so etwa ein Vierundreißigstel der Sensorfläche von KB hat. Ein Handychip hat in der Regel 1/3,2″ und damit noch 15,3mm² und somit noch etwa ein Sechsundfünfzigstel der Fläche, eines KB-Sensors. Mittel- und Vollformat-Sensoren lassen wir hier einmal außen vor.

Welche Rolle Spiel die Sensorgröße?

Ich habe im Internet einmal ein sehr schönes Beispiel gelesen. So ein Sensorchip besteht aus vielen Sensorzellen. Eine solche Zelle auf einem Kleinbild-Sensor mit 864mm² hat natürlich viel mehr „Platz“ sie kann größer sein, größere Lichtmengen erhalten und messen. In einem Handy ist es das andere extrem. Da muss bei gleicher Auflösung die arme kleine Sensorzelle mit gerade mal einem Sechsundfünfzigstel an Platz auskommen.

Beispiel: Deine Aufgabe lautet nun mit einem Messbecher Gläser zu füllen und zwar immer bis zum Eichstrich.

Aufgabe eins: 12 Millionen 1-Liter-Gläser (12 Megapixel / Kleinbildformatsensor)

und

Aufgabe zwei; 12 Millionen 1/56-Liter Gläser – also rund 18ml-pro Glas (Handysensor).

Der Messbecher ist jedesmal der selbe. je größer die prozentuale Abweichung von Glas zu Glas ist, umso schlechter.

Jedes dieser Gläser ist ein Sensorpixel und „gefüllt“ wird dieser nicht mit Wasser, sondern mit Licht. Je kleiner er ist, umso schwieriger wird es, genau zu messen, wie viel Licht auf den Sensor gefallen ist. Dabei spielen auch Temperaturen eine Rolle, denn während der „Belichtung“ wird der Chip unterschiedlich warm, was die Messgenauigkeit der Sensoren weiter beeinflusst.

Zu Deiner Aufgabe mit den Gläsern: Ich behaupte jetzt mal, dass Du die obere Aufgabe 1000 Mal wiederholen kannst, meinetwegen auch nur mit 20 Gläsern und Du wirst niemals die geringe prozentuale Abweichung der 1-Liter-Gläser mit kleineren 18ml-Gläsern erreichen. Hinzu kommt noch, dass sich die Sensoren gegenseitig beinflussen (die Gläser stehen also dicht an dicht und der ein oder andere Tropfen Wasser schwäppert rüber). Im Bild macht sich dies durch Rauschen bemerkbar. Es ist kein Problem, wenn ein Tropfen daneben geht, er darf nur nicht in ein anderes Glas schwappen!

Und hier liegt der Vorteil großer Sensoren. Sie sind in der Lage eine viel größere Lichtmenge aufzunehmen, ihre Messtoleranz wächst hierdurch.

Um großen Sensoren die nötige Menge an Licht zur Verfügung zu stellen, benötigt man größere Objektive und das wiederum erklärt auch, warum diese bei Spiegelreflexkameras (SLRs) so viel größer sind, als bspw. bei einem Handy. Mit dem Sensor wächst also auch die Optik und ihr Auflösungsvermögen.

Eine weitere Rolle spielt hier die Empfindlichkeit. Wie erwähnt müssen kleine Sensoren auf viel kleinere Lichtmengen „reagieren“. Sie müssen also, um eine vergleichbare Bildinformation aufzunehmen viel empfindlicher reagieren.

Verrauscht
Bild aus Anno 2008, aufgenommen mit der Panasonic Lumix-Z1 (6 Megapixel). Hier rauscht es schon gewaltig, da die Kamera beim ISO-Level ein ordentliches Schippchen draufpackt und gleichzeitig den Sensor an die Kotzgrenze "pusht".
NichtVerrauscht
Bild von 2010, aufgenommen mit der EOS450D bei 12 Megapixel. Abgesehen von der Auflösung und dem aktuelleren Sensor, spielt die EOS450 dank großem APS-C-Seonsor und hoher Lichtstärke des Objektivs in einer ganz anderen Liga.

Dunkelstrom

In diesem Zusammenhang steht das Phänomen des „Dunkelstroms“. Sowohl Wärme, als auch Leckströme sorgen dafür, dass Sensoren immer einen Teil Energie „behalten“. Es ist nicht beeinflussbar welche Menge, oder in welchem Abschnitt. Nimmt jedoch die Messempfindlichkeit der Sensorzellen zu, so nimmt auch der Einfluss von „Dunkelströmen“ zu – es entsteht Bild- und Farbrauschen.


2010 hat Canon hier richtig Probleme gehabt, denn da hat die Canon EOS 7D, eine Kamera der geobenen Mittelklasse, „Geisterbilder“ gezaubert, sprich: Bei Reihenaufnahmen war ein Geisterbild des vorhergegangenen Bildes zu sehen. Sehr ärgerlich, bei einer so teuren Kamera. Canon hat nie Stellung genommen, woran es nun explizit lag, sondern still und leise das Problem über eine neue Firmware behoben, welche die Serienbildrate geringfügig senkte. Ob diese Senkung allerdings dem Refresh des Sensors diente, oder einfach um ihn „abkühlen“ zu lassen und die Dunkelströme zu entfernen, ist nicht geklärt worden. Fakt ist, dass solche Problem in Zukunft eine größere Rolle spielen werden!

Der Formatfaktor (Cropfaktor) – Beschnitt am Bildrand

Brennweite ist nicht gleich Brennweite. Designtechnische Merkmale von Kameras geben Ausschlag, wie ein Objektiv an einer Kamera wirkt. Wir bleiben bei Canon: Hier wird im Einsteigersegment bis zum Mittelfeld ein APS-C-Sensor verbaut (siehe unten). Dieser ist in etwa 2/3 kleiner als ein Kleinbildsensor. Nun lassen sich zwischen den Modellen von Canon die Objektive tauschen. Die Kameras sind also bis auf den Sensor technisch sehr ähnlich gebaut. Wenn also ein Objetiv sein Bild auf einen großen Sensor werfen will, dann muss es auch ein relativ „großes“ Bild liefern. Ist der Sensor nun kleiner, wie bei den Mittelklasse-Modellen, so ragt dieses Bild an den Rändern „über den Chip hinaus. Dies wird natürlich ein Stück weit durch das Design der Kamera (bspw. durch den Abstand Sensor zu Objektiv) kompensiert. Aber komplett bekommt man eben diesen „Verschnitt“ nicht weg. (Nebenbei hat dieser Umstand auch wieder Auswirkungen auf den gewählten Bildausschnitt; Stichwort: Raumverkürzung).

Würde man also ein und das selbe Bild mit ein und dem selben Objektiv einmal auf einer APS-C und einmal auf einer Kleinbildkamera sehen, so würde es auf der APS-C-Kamera am Rand beschnitten und somit „gezoomt“ wirken. Dieser Effekt nennt sich „Crop-Faktor“ oder Formatfaktor. Der Crop-Faktor drückt aus, zu welchem Teil der „Rand des Bildes“ beschnitten wird.

Der Formatfaktor drückt also die scheinbare „Brennweitenverlängerung“ durch den kleineren Sensor in Verhältnis zum Kleinbildformat aus. Wir bleiben bei Canon, hier ist das Verhältnis von APS-C zu Kleinbild etwa 1,6 , was bedeutet dass bspw. 32mm auf einer Kleinbild-Kamera 32/1,6 = ca 20mm an eine APS-C-Kamera ähneln. Da sich hierbei aber die Schärfentiefe nicht verändert, ist die Bildwirkung trotzdem eine andere (und wieder: Raumverkürzung).

Das hat etwas „eigenwillige“ Auswirkungen. eine 18-55mm Linse (wie das Canon-Standard-Kit) wäre an einer normalen Kleinbildkamera ganz klar ein Weitwinkelobjektiv. Bei den meisten Kleinbildkameras sind 43mm gerade einmal die „Normalbrennweite“. Will man ein ähnliches Bild auf einen APS-C-Sensor zaubernm benötigt man aber ein Objektiv mit rund 28mm. Also sind hier 28mm „Normalbrennweite“. Das 18-55mm ist also ein WW und ein leichtes Zoom. Seine beste Abbildungsleistung hat es aber in der Tat um die 28mm. Top!

Weiterführende Links:

Der Chip und das Geheimnis der ISO-Level

Man kann die Lichtempfindlichkeit des Sensors zu einem gewissen Grad „steuern“. Mit wachsender Empfindlichkeit nimmt das Rauschen zu (siehe erstes Kapitel). In Digitalkameras gibt es die ISO-Level noch, wenn sie auch etwas anderes auslösen, ist die Messkala beibehalten worden. Man stellt hier die Messempfindlichkeit der Sensorzellen ein. Bei ISO100 sind die Sensorzellen „gutmütig“. Wenn viel Licht vorhanden ist, bekommt man so ein schönes scharfes und rauschfreies Bild. Ab ISO400 trennt sich die Spreu vom Weizen. Das Bild wirkt etwas „unschärfer“, dafür bekommt man aber auch bei diffusen Lichtverhältnissen noch ein Bild. Ab ISO800 kommt man so langsam in den Bereich der „Aufnahme bei Kerzenschein“.

Im Kapitel über Belichtung/Belichtungszeiten werden wir auf die ISO-Level noch einmal zu sprechen kommen müssen. Hier soll diese Information erst einmal reichen.

Wer nun also noch ein wenig mit mir disktuieren will: Ab ins Forum …

Dieses war der erste Streich, doch der zweite… oh, warum rattert meine Festplatte so komisch?

PCO(2010)

Und hier die Links zu den „alten Guides“, für all jene, die etwas mehr darüber wissen möchten: