Der Bildsensor ist das wohl wichtigste Bauteil, das Herz einer Digitalkamera. Er nimmt die Bildinformationen auf und leitet diese digital weiter. Wie entsteht ein Digitalbild?
Bildsensor
Als ich mit Fotografieren begann, brauchte man als Basis für Fotografien einen Negativ- oder Diapositivfilm. Die heutigen Bildsensoren sind kleine Wunderwerke, welche immer wieder durch Qualitätssprünge begeistern können.
Der Bildsensor ist das Herz der Kamera. Mit ihm wird das Lichtbild, welches Sie von Ihrem Sujet einfangen wollen, in für den Computer lesbare digitale Sprache umgewandelt und auf der Speicherkarte abgelegt. Sie können das Bild sofort auf dem Bildschirm Ihrer Digitalkamera begutachten. Der Bildsensor beeinflusst
die Schärfentiefe
die rechnerische Brennweite des Objektivs (Einfluss Crop-Faktor auf die Bildausschnittgrösse)
Blätter leuchten im Gegenlicht, Nikon D7000, Nikkor Micro f/3.5 85 mm, 127 mm KB, 1/250s, f/8, ISO 400
Sensorgrössen
Je nach Preisklasse der Digitalkameras sind die Sensoren kleiner oder grösser. Mittelklassige Spiegelreflexkameras (zum Beispiel Nikon D5300, D7200) weisen einen Sensor der Grösse 18 x 24 mm (Nikon DX, APS-C-Sensor) auf, hochklassige Modelle das Vollformat 24 x 36 mm (zum Beispiel Nikon D750) oder das Mittelformat für Profis. Das analoge Filmmaterial hatte bei Kleinbildkameras die Grösse von 24 x 36 mm. » Nikon D750 – Vollformatkamera
Günstige Kompaktkameras und Smartphones enthalten meistens einen Bildsensor, welcher eine deutlich kleinere Fläche aufweist. Dadurch ist die Bildqualität auch gut von den Halb- oder Vollformaten der Spiegelreflex- und Systemkameras zu unterscheiden. In Smartphones wird die schlechtere Bildqualität durch viel Computertechnologie beinahe ausgeglichen. Der Gewinn eines grösseren Sensors schlägt sich nicht nur in der Schärfe, sondern auch in der Empfindlichkeit, bzw. der rauscharmen Aufnahmen bei schlechten Lichtverhältnissen nieder. Zudem weisen grössere Sensoren in der Regel einen höheren Dynamikumfang auf.
Nebst der Grösse des Sensors in Millimetern unterscheiden sich die Sensoren in der Anzahl der vorhandenen Pixel. Der Sensor der Nikon D5600 besteht aus 6000 Spalten und 4000 Reihen Pixel. Das macht 24 MP (6000 multipliziert mit 4000 = 24’000’000. Für das Ausdrucken eines Fotos im Format A3 (ca. 30 x 40 cm) reicht eine Auflösung von 8.6 MP (3600 x 2400 Pixel, entspricht 200 dpi Druckauflösung).
Immer kleinere Fotodioden
Wenn sich auf einem kleinen Sensor von 13.2 x 8.8 mm 20 Megapixel tummeln, finden Sie auf jedem Quadratmillimeter 170’000 Pixel. Die gleiche Menge an Fotodioden hat auf dem Halbformatsensor viel mehr Platz. Dort finden Sie pro Quadratmillimeter nur 65’000 Stück.
Schematische Aufbau Bildsensor
Jede Fotodiode hat einen vorgeschalteten Farbfilter, welche die Helligkeitswerte für die Farbe Grün, Rot oder Blau ermitteln. Das Licht wird durch kleine Mikrolinsen auf die Dioden gelenkt. Die Kamerasoftware rechnet dann die Werte aus den umliegenden Sensoren zusammen und erzeugt einen bestimmten Helligkeits- und Farbtonwert für jeden Pixel. Diese Berechnung nennt man Interpolation.
Beim JPG-Format wendet die Kamerasoftware die Einstellungen für Weissabgleich, Farbton, Schärfe usw. direkt an. Das umgerechnete Bild wird angezeigt.
Speichern Sie hingegen Ihr Bild im Rohformat – auch RAW-Format oder digitales Negativ genannt – haben Sie die unverarbeiteten Werte Ihres Bildes und können zuhause am PC verlustfreie Korrekturen, Schwarz-Weiss-Umwandlungen und vieles mehr vornehmen.
Wie entsteht ein digitales Bild?
Photographie kommt vom Griechischen und bedeutet in etwa Mit Licht malen, mit Licht zeichnen oder schreiben.
In der Digitalfotografie werden die Bilder durch ein Zusammenspiel von vielen elektronischen Bauteilen erzeugt und können gleich begutachtet und später am Computer verändert werden.
Licht trifft auf Sensor
Bildsensor einer Nikon D7000, nikon.de
Durch die Linsengruppen eines Objektivs dringen die Strahlen ins Innere der Fotokamera.
Das Licht des Motivs trifft dort lichtempfindliche Dioden, welche zum optimalen Einfangen des Lichts mit Mikrolinsen versehen sind. Die Fotodioden erzeugen aus dem Helligkeitswert des Lichts einen bestimmten Strom und leiten die Informationen an die Kamerasoftware weiter. Keine Ladung bedeutet schwarz, eine maximale Ladung weiss. Dazwischen sind bei einer Farbtiefe von 8 Bit 254 weitere Graustufen unterscheidbar, bei 12 oder 14 Bit (Raw-Format) das Mehrfache davon. Die Grösse des Sensors hat einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität der Abbildung, weil grössere Pixel eine grössere Lichtempfindlichkeit ermöglichen.
Bayer-Filter
Prinzip des Bayer-Filters
Da eine Fotodiode nur Helligkeitswerte speichern kann, ergäben die Werte ein Schwarzweiss-Bild. Über den Fotodioden wird deshalb ein schachbrettartiges Muster von blauen, roten und grünen Farbfiltern angebracht. Von Grün sind doppelt so viele Filter vorhanden, da das menschliche Auge grüne Helligkeits- und Farbwerte besonders gut unterscheiden kann. Man nennt dies Bayer-Filter.
In einem Quadrat von 2 x 2 Pixeln wird also der Helligkeitswert von Rot, Blau und zweimal Grün erfasst und von der Kamera gespeichert. Sie können sich vorstellen, dass dies noch kein übliches Bild ergibt. Wenn Sie im RAW-Format fotografieren, werden die ermittelten Werte genauso pro Pixel gespeichert. Sie müssen dann das Bild erst in einem RAW-Konverter wie Lightroomentwickeln, haben da aber die Möglichkeit, einen grossen Einfluss auf Ihr Bild zu nehmen. So sind Korrekturen der Helligkeit von 1-2 Belichtungsstufen sehr gut verlustfrei machbar und den Weissabgleich bestimmen Sie erst in Ruhe am PC. » Wie entsteht ein digitales Bild?
Fujifilm entwickelte eine Alternative zum Bayer-Filter, den X-Trans-Sensor. Bei diesem ist jede Farbe in jeder Zeile vertreten, was durch ein kompliziertes Rot-Blau-Grün-Pixel-Muster erzeugt wird.
Informationen verarbeiten
Für die Ausgabe eines JPG–Bildes wertet der Bildprozessor mit einem Algorithmus die Informationen jedes einzelnen Pixels aus und vergleicht diese mit den Nachbar-Pixeln. Die Software interpretiert die Farben, die Helligkeit und die Kontrastverteilung für jeden einzelnen Pixel über das ganze Bild. Zudem wird das Bild weich gezeichnet und an Kanten und Konturen geschärft. Ist die Rauschunterdrückung eingeschaltet, versucht die Software die Störsignale von den korrekten Signalen zu trennen. Erst jetzt entsteht ein „Bild“, wie wir es kennen. Jeder Hersteller verwendet für die RAW-Konvertierung ein „eigenes Rezept“.
Sie haben ein JPG-Bild. Sie können das digitale Bild gleich ausdrucken oder jemandem senden.
Wenn Sie nun das JPG-Bild weiterverarbeiten möchten, haben Sie weniger Möglichkeiten als im RAW-Format, da die Grundinformationen der einzelnen Fotodioden im JPG-Format nicht mehr differenziert vorhanden sind.
Die beiden Beispielen (symbolisch 2 x 2 Pixel zweifarbig) zeigen auf, wie ein JPG komprimiert wird – aus zwei Farben entsteht eine (rechte Grafik, symbolisch ein Pixel).
Das digitale Negativ
Viele Kameras haben die Möglichkeit, die Bilder im RAW-Format (Roh-Datei) zu speichern. Somit erübrigen sich Einstellungen von Farbtemperaturen, Weissabgleich, Kontrast etc. Diese können, nebst Belichtungskorrekturen von bis zu zwei Stufen verlustfrei mit einem Rohformat-Konverter nachträglich am PC bearbeitet werden.
Der Bildsensor ist das wohl wichtigste Bauteil, das Herz einer Digitalkamera. Er nimmt die Bildinformationen auf und leitet diese digital weiter. Wie entsteht ein Digitalbild?
Bildsensor
Als ich mit Fotografieren begann, brauchte man als Basis für Fotografien einen Negativ- oder Diapositivfilm. Die heutigen Bildsensoren sind kleine Wunderwerke, welche immer wieder durch Qualitätssprünge begeistern können.
» Digitale Fotografie
Aufbau des Bildsensors
Der Bildsensor ist das Herz der Kamera. Mit ihm wird das Lichtbild, welches Sie von Ihrem Sujet einfangen wollen, in für den Computer lesbare digitale Sprache umgewandelt und auf der Speicherkarte abgelegt. Sie können das Bild sofort auf dem Bildschirm Ihrer Digitalkamera begutachten. Der Bildsensor beeinflusst
Sensorgrössen
Je nach Preisklasse der Digitalkameras sind die Sensoren kleiner oder grösser. Mittelklassige Spiegelreflexkameras (zum Beispiel Nikon D5300, D7200) weisen einen Sensor der Grösse 18 x 24 mm (Nikon DX, APS-C-Sensor) auf, hochklassige Modelle das Vollformat 24 x 36 mm (zum Beispiel Nikon D750) oder das Mittelformat für Profis. Das analoge Filmmaterial hatte bei Kleinbildkameras die Grösse von 24 x 36 mm. » Nikon D750 – Vollformatkamera
Günstige Kompaktkameras und Smartphones enthalten meistens einen Bildsensor, welcher eine deutlich kleinere Fläche aufweist. Dadurch ist die Bildqualität auch gut von den Halb- oder Vollformaten der Spiegelreflex- und Systemkameras zu unterscheiden. In Smartphones wird die schlechtere Bildqualität durch viel Computertechnologie beinahe ausgeglichen. Der Gewinn eines grösseren Sensors schlägt sich nicht nur in der Schärfe, sondern auch in der Empfindlichkeit, bzw. der rauscharmen Aufnahmen bei schlechten Lichtverhältnissen nieder. Zudem weisen grössere Sensoren in der Regel einen höheren Dynamikumfang auf.
» Schwarzweiss sehen lernen | » Wie entsteht ein gutes Bild? | » Beutzeroberfläche in Lightroom anpassen
Megapixel MP
Nebst der Grösse des Sensors in Millimetern unterscheiden sich die Sensoren in der Anzahl der vorhandenen Pixel. Der Sensor der Nikon D5600 besteht aus 6000 Spalten und 4000 Reihen Pixel. Das macht 24 MP (6000 multipliziert mit 4000 = 24’000’000. Für das Ausdrucken eines Fotos im Format A3 (ca. 30 x 40 cm) reicht eine Auflösung von 8.6 MP (3600 x 2400 Pixel, entspricht 200 dpi Druckauflösung).
Immer kleinere Fotodioden
Wenn sich auf einem kleinen Sensor von 13.2 x 8.8 mm 20 Megapixel tummeln, finden Sie auf jedem Quadratmillimeter 170’000 Pixel. Die gleiche Menge an Fotodioden hat auf dem Halbformatsensor viel mehr Platz. Dort finden Sie pro Quadratmillimeter nur 65’000 Stück.
Jede Fotodiode hat einen vorgeschalteten Farbfilter, welche die Helligkeitswerte für die Farbe Grün, Rot oder Blau ermitteln. Das Licht wird durch kleine Mikrolinsen auf die Dioden gelenkt. Die Kamerasoftware rechnet dann die Werte aus den umliegenden Sensoren zusammen und erzeugt einen bestimmten Helligkeits- und Farbtonwert für jeden Pixel. Diese Berechnung nennt man Interpolation.
Beim JPG-Format wendet die Kamerasoftware die Einstellungen für Weissabgleich, Farbton, Schärfe usw. direkt an. Das umgerechnete Bild wird angezeigt.
Speichern Sie hingegen Ihr Bild im Rohformat – auch RAW-Format oder digitales Negativ genannt – haben Sie die unverarbeiteten Werte Ihres Bildes und können zuhause am PC verlustfreie Korrekturen, Schwarz-Weiss-Umwandlungen und vieles mehr vornehmen.
Wie entsteht ein digitales Bild?
Photographie kommt vom Griechischen und bedeutet in etwa Mit Licht malen, mit Licht zeichnen oder schreiben.
In der Digitalfotografie werden die Bilder durch ein Zusammenspiel von vielen elektronischen Bauteilen erzeugt und können gleich begutachtet und später am Computer verändert werden.
Licht trifft auf Sensor
Durch die Linsengruppen eines Objektivs dringen die Strahlen ins Innere der Fotokamera.
Das Licht des Motivs trifft dort lichtempfindliche Dioden, welche zum optimalen Einfangen des Lichts mit Mikrolinsen versehen sind. Die Fotodioden erzeugen aus dem Helligkeitswert des Lichts einen bestimmten Strom und leiten die Informationen an die Kamerasoftware weiter. Keine Ladung bedeutet schwarz, eine maximale Ladung weiss. Dazwischen sind bei einer Farbtiefe von 8 Bit 254 weitere Graustufen unterscheidbar, bei 12 oder 14 Bit (Raw-Format) das Mehrfache davon. Die Grösse des Sensors hat einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität der Abbildung, weil grössere Pixel eine grössere Lichtempfindlichkeit ermöglichen.
Bayer-Filter
Da eine Fotodiode nur Helligkeitswerte speichern kann, ergäben die Werte ein Schwarzweiss-Bild. Über den Fotodioden wird deshalb ein schachbrettartiges Muster von blauen, roten und grünen Farbfiltern angebracht. Von Grün sind doppelt so viele Filter vorhanden, da das menschliche Auge grüne Helligkeits- und Farbwerte besonders gut unterscheiden kann. Man nennt dies Bayer-Filter.
In einem Quadrat von 2 x 2 Pixeln wird also der Helligkeitswert von Rot, Blau und zweimal Grün erfasst und von der Kamera gespeichert. Sie können sich vorstellen, dass dies noch kein übliches Bild ergibt. Wenn Sie im RAW-Format fotografieren, werden die ermittelten Werte genauso pro Pixel gespeichert. Sie müssen dann das Bild erst in einem RAW-Konverter wie Lightroom entwickeln, haben da aber die Möglichkeit, einen grossen Einfluss auf Ihr Bild zu nehmen. So sind Korrekturen der Helligkeit von 1-2 Belichtungsstufen sehr gut verlustfrei machbar und den Weissabgleich bestimmen Sie erst in Ruhe am PC. » Wie entsteht ein digitales Bild?
Fujifilm entwickelte eine Alternative zum Bayer-Filter, den X-Trans-Sensor. Bei diesem ist jede Farbe in jeder Zeile vertreten, was durch ein kompliziertes Rot-Blau-Grün-Pixel-Muster erzeugt wird.
Informationen verarbeiten
Für die Ausgabe eines JPG–Bildes wertet der Bildprozessor mit einem Algorithmus die Informationen jedes einzelnen Pixels aus und vergleicht diese mit den Nachbar-Pixeln. Die Software interpretiert die Farben, die Helligkeit und die Kontrastverteilung für jeden einzelnen Pixel über das ganze Bild. Zudem wird das Bild weich gezeichnet und an Kanten und Konturen geschärft. Ist die Rauschunterdrückung eingeschaltet, versucht die Software die Störsignale von den korrekten Signalen zu trennen. Erst jetzt entsteht ein „Bild“, wie wir es kennen. Jeder Hersteller verwendet für die RAW-Konvertierung ein „eigenes Rezept“.
Sie haben ein JPG-Bild. Sie können das digitale Bild gleich ausdrucken oder jemandem senden.
Wenn Sie nun das JPG-Bild weiterverarbeiten möchten, haben Sie weniger Möglichkeiten als im RAW-Format, da die Grundinformationen der einzelnen Fotodioden im JPG-Format nicht mehr differenziert vorhanden sind.
Die beiden Beispielen (symbolisch 2 x 2 Pixel zweifarbig) zeigen auf, wie ein JPG komprimiert wird – aus zwei Farben entsteht eine (rechte Grafik, symbolisch ein Pixel).
Das digitale Negativ
Viele Kameras haben die Möglichkeit, die Bilder im RAW-Format (Roh-Datei) zu speichern. Somit erübrigen sich Einstellungen von Farbtemperaturen, Weissabgleich, Kontrast etc. Diese können, nebst Belichtungskorrekturen von bis zu zwei Stufen verlustfrei mit einem Rohformat-Konverter nachträglich am PC bearbeitet werden.
» Die digitale Dunkelkammer
» Die Brennweite bestimmt den Bildausschnitt
» Fotos scannen und digitalisieren
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Seitencode: dt105
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