Fotolexikon Fototechnik

Bildsensor

Baum am Freudenberg, Nikon D7000, Nikkor f/1.8 35mm, 52mm KB, 1/125s, f/11, ISO100

Baum am Freudenberg - ein digitales Bild entsteht

Der Bildsensor ist das wohl wichtigste Bauteil einer Digitalkamera. Er nimmt die Bildinformationen auf und leitet diese digital weiter. Wie entsteht ein Digitalbild?

Blätter im Gegenlicht - Motivideen

Blätter leuchten im Gegenlicht, Nikon D7000, Nikkor Micro f/3.5 85mm, 127mm KB, 1/250s, f/8, ISO400

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.

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.

Grösse der Sensoren

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 oder das Mittelformat für Profis. Das analoge Filmmaterial hatte bei Kleinbildkameras die Grösse von 24 x 36 mm. » Nikon D750 – Vollformatkamera

Günstige Kompaktkameras und Handys enthalten oft einen billigen Bildsensor, welcher eine deutlich kleinere Fläche aufweist. Dadurch ist die Bildqualität auch gut von den Halb- oder Vollformaten der Spiegelreflexkameras zu unterscheiden. Der Gewinn schlägt sich nicht nur in der Schärfe, sondern auch in der Empfindlichkeit, bzw. der rauscharmen Aufnahmen bei schlechten Lichtverhältnissen nieder.

Immer kleinere Fotodioden

Wenn sich auf einem kleinen Sensor von 13.2 x 8.8mm 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

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 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?

Photografie 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

Bildsensor einer Nikon D7000

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 über zweihundert Graustufen unterscheidbar. 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

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.

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 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 korrigierbar und den Weissabgleich bestimmen Sie erst in Ruhe am PC.

Informationen verarbeiten

Für die Ausgabe eines JPG–Bildes wertet der Bildprozessor mit einer Software die Informationenjedes einzelnen Pixels aus, vergleicht diese mit den benachbarten und berechnet die korrekten Farben, Helligkeit, Kontrastverteilung über das ganze Bild. Zudem wird das Bild weichgezeichnet un an Kanten und Konturen geschärft. Ist die Rauschunterdrückung eingeschaltet, versucht die Software die Störsignale von den korrekten Signalen zu trennen.

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 nicht mehr differenziert vorhanden sind.

Die beiden Beispielen (symbolisch 2×2 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



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