Sensorgröße Digitalkamera

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Eine Bildaufnahmevorrichtung ist ein Gerät zur flächigen Erfassung von Lichtbildern mit elektrischen oder mechanischen Mitteln. Meist werden halbleitergestützte Sensoren eingesetzt, die bis in den mittleren Infrarotbereich vordringen. Aber auch flächige Halbleiter-Detektoren zur Erfassung von hochenergetischen ionisierenden Strahlungstypen wie Röntgen- und Gammastrahlen gibt es. Die technischen Möglichkeiten zur Erfassung eines Bilds im Sicht- bis Infrarotbereich basieren häufig auf flächigen Arrays, deren Signalauslesung auf elektronischem Weg erfolgt.

Besonders bei Infrarot wird dies auch als Focus Plane Array (FPA) bezeichnet. 2. Beispiel für sichtbare und nahinfrarote Bildsensoren: Silizium-Sensoren haben ein verhältnismäßig niedriges Rauschen, das durch den Einsatz von Schwarzsilizium noch weiter verringert werden könnte. Beispielhafte Sensoren für andere Spektralbereiche: Bildwandler-Röhren und Restlicht-Verstärker, einschließlich der Mikrokanal-Platte (MCP), werden verwendet, um ein Bildsignal zu verstärken oder in sichtbare Strahlung umzuwandeln; sie werden nicht Bild-Sensoren genannt, obwohl sie oft essentielle Eigenschaften solcher Signale haben.

Dies sind besondere, sehr kleine Sensorik für das Abtasten kleiner Bilder mit einer hohen Bildauflösung, wie z.B. elektronische Lichtmikroskope oder Refraktometer. Dies sind mit einer strahlenempfindlichen Schutzschicht ausgestattete Detektor für digitale Röntgenstrahlung (TFA-Sensor). Die nebenstehende Abbildung zeigt die gebräuchlichen Sensorgrössen für digitale Video- und Fotoapparate.

Unter Ausschluss der Mittelformat-Sensoren ist ein 56-facher Unterschied in der Größe (bezogen auf die Sensorfläche) zwischen dem kleinen und dem großen in Kompakt- und SLR-Kameras verwendeten Aufnehmer ersichtlich. Die Preise für die Sensoren steigen mit der Fläche. Diese Abmessungen basieren auf den Werten der vidicon Röhre. Bei der Digitalfotografie wird die abgerundete Gesamtanzahl der Pixel in Megapixel (MP) als Indikator für die prinzipiell erzielbare Bildauflösung herangezogen.

Bildsensorik von digitalen Kameras

Die Bildaufnahme ist eine der wesentlichen Bestandteile einer Digitalkamera. Die erste Digitalkamera von 1975 mit 0,01 Megapixeln sieht heute altmodisch aus. Siliziumwafer mit mehreren Fullsize-Bildsensoren: Der prinzipielle Aufbau eines Bildkonverters: Die heute in digitalen Kameras verwendeten Bildkonverter haben oft eine identische Struktur.

Der konventionelle Fühler setzt sich aus vielen Einzelschichten zusammen, die jeweils eine besondere Aufgabenstellung erfüllen. Darüber hinaus besitzen viele Fühler einen Tiefpaß. Durch die Mikrolinse wird das erzeugte Bild für jedes einzelne Bildpunkt konzentriert und auf den idealen Weg zur Fotodiode geleitet. Aufnehmer mit Bayer-Filter haben jetzt einen Farb-Filter mit den Lichtfarben schwarz, weiß und schwarz.

Weil jedes Bildelement nur eine einzige Bildfarbe "erkennen" kann, wird die verbleibende Farbinformation für jedes Bildelement eingelesen. Je nach Struktur des Bausteins hängt es davon ab, ob sich diese unmittelbar unter dem Farbfilter befinden oder ob das Leuchtmittel erst in die Verkabelung des Aufnehmers eindringen muss. Ursprünglich nutzten die Hersteller diese Vorzüge nur bei kleinen Bildverstärkern (z.B. 1/2,3 Zoll), jetzt ist das BSI-Design auch bei großen Messköpfen zu haben.

Die erste APS-C Kamera mit BSI-Sensor war die Samsung NX1 (Testbericht), das erste Model mit Vollformat-Sensor war die Sony Alpha 7R II (Testbericht). Für Fotoapparate mit kleinerem Bildwandler (1,0 inch und kleiner) sind BSI Sensoren zur Zeit Standard, so dass der nachteilige Effekt der kleinen Bildfläche etwas kompensiert werden kann.

Die Konstruktion eines konventionellen FSI-Sensors und eines gestapelten BSI-Sensors im Vergleich: Während die Konstruktion konventioneller Bildkonverter lange Zeit keine weiteren besonderen Merkmale hatte, kündigte Sony 2012 den so genannten Stacked-Sensor an. Wurde die Stapelbauweise zunächst nur für kleinere Sensorik (bis ca. 1/2,3 Zoll) verwendet, so wird sie nun auch für größere Modelle angeboten.

Die Cyber-shot DSC-RX100 IV (Testbericht) und die Sony Cyber-shot DSC-RX10 II (Testbericht) zwei Modelle mit einem gestapelten CMOS-Sensor im 1,0-Zoll-Format wurden im Sommersemester 2015 vorgestellt. Diese wird im spiegelfreien Flagschiff Sony Alpha 9 (Testbericht) wiederverwendet. Alle drei digitalen Fotokameras haben eine besonders große Bildfrequenz (bis zu 20 Frames pro Sek. in Vollauflösung mit der Alpha 9), und die RX-Modelle können auch Videoaufnahmen mit bis zu 1000 Frames pro Sek. aufnehmen.

Ein weiterer Pluspunkt aller Exmor RS-Chips, wie Sony seine gestapelten CMOS-Sensoren nennt, ist, dass sie einen Anti-Verzerrungs-Shutter haben. Anders bei Fotoapparaten mit konventionellen Aufnehmern. Der X-Trans-Sensor, den die Firma FUJI-Film in einer Vielzahl von digitalen Fotoapparaten einsetzt, unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht nicht von konventionellen Bildkonvertern. Bei unseren Versuchen erzielen Geräte mit X-Trans CMOS-Sensoren in der Regel sehr gute Leistungen, während Geräte wie der X-T2 von der Firma FUJI-Film (Testbericht) oder der X-Pro2 (Testbericht) im Vergleich zu vergleichbaren DSLM mit konventionellen Bayer-Filtern besser abschneiden.

Die Digitalkamera erzeugt, wie bereits in diesem Beitrag erwähnt, ein Farbbild mit Hilfe eines Farb-Filters vor den jeweiligen Fotodioden. Wenn das bläuliche Signal nur auf die obere Sensorebene wirkt, wirkt sich das grüne Signal nur auf die Mitte und das rote auf die unterste Sensorebene aus. Die Tatsache, dass sich Sensorik mit dieser Technologie noch nicht durchsetzen konnte, ist zum Teil auf die nicht überzeugende Abbildungsqualität bei höherer Sensorempfindlichkeit zurückzuführen.

Sogar die modernen Bildkonverter, die in den Fotoapparaten der Serie Sigma dp Quattro (Testbericht der Sigma dp2 Quattro) eingesetzt werden, zeigen ein starkes Bildrauschen und eine kaum überzeugende Farbwiedergabe bei Sensorempfindlichkeiten von etwa ISO 1.600. Die CCD-Sensoren waren vom Anfang der digitalen Fotografie bis zur Hälfte des ersten Jahrzehntes des 20. und 20. Jahrhunderts der dominierende Geber.

Diese wurden im Laufe der Zeit durch moderne CMOS-Sensoren ersetzt, die unter anderem durch einen eigenen Verstärker pro Bildpunkt (ActivePixelSensor) wesentlich rauschärmer es Bildsignal ausgeben. Danach kommt die D850 ("Testbericht") mit 45,4 Megapixeln. Für Fotoapparate mit APS-C Sensoren sind die 28 Mio. Punkte des Samsung NX1 (Testbericht) der momentane Spitzenwert, aber 24 Mio. Punkte wurden seit einiger Zeit nicht mehr durchbrochen.

Beispielhaft seien hier die Sensorik der Canon EOS 80D (Testbericht), der X-T2-Fuji-Film ( "Testbericht") oder die K-3 II-Pentax (Testbericht) genannt. Bei den Modellen mit Micro Four Thirds Sensor sind es 20 Mio. Pixel (Panasonic Lumix DC-G9 (Testbericht)), bei den Modellen mit 1,0-Zoll-Sensor (Sony Cyber-shot DSC-RX100 V (Testbericht)).

Fotoapparate mit noch kleinerem Sensor haben eine durchschnittliche Auflösung von 16 bis 20 Megapixeln. Für digitale Fotoapparate aller Kategorien gilt derzeit eine Untergrenze von 12 Megapixeln. Ein viel wichtigerer Faktor ist die Sensorgröße. Sensor im Größenvergleich: Die Sensorgröße: Einfach ausgedrückt bestimmt die Grösse eines Bildverstärkers, wie viel Strom er aufnehmen kann.

Klassische Sensorik in digitalen Kameras reicht von 1/2,3 inch bis zum Vollformat/Kleinbild. Dazu gehören unter anderem Kameras von 43,2 x 32,9 bis 67,4 x 53,9 Millimeter, solche haben nur professionelle Kameras mit austauschbaren Objektiven. Die Sensorik im 35mm-Format ist so groß wie ein Kleinbildfilm und misst entsprechend 36 x 24mm. Bei der APS-H Klasse sind die Fühler etwas kleiner.

Fotoapparate mit APS-C Sensor beinhalten Ausführungen mit einem Bildkonverter zwischen 22,3 x 14,9 und 23,6 x 15,7 Millimeter. In der 1,0-Zoll-Klasse mit den Maßen 13,2 x 8,8 Millimeter wurden vor kurzem nur noch Kompakt- und Bridge-Kameras eingebaut; das gleiche trifft auf Bildkonverter mit geringeren Maßen (2/3 Inch, 1,1/7 Inch, 1/2,3 Inch) zu. Vollformat-, APS-C- und Mikro Four Thirds-Sensoren im Direktvergleich: Gut zu wissen, dass sich die Zollangaben für Bildverstärker auf die Grösse der bisher eingesetzten Röhren und nicht auf die wirksame Fläche des Sensors beziehen.

Im 1,0-Zoll-Standard haben sie daher keine 25,4 Millimeter Bilddiagonale, sondern nur 15,9 Millimeter. Im Fotografenalltag ist die Grösse eines Messfühlers unter anderem für den so genannten Crop-Faktor von Bedeutung. Bei vielen Sony-Sensoren gibt es besondere Phasenerkennungspixel: Sie können noch mehr: Dual-Pixel-CMOS und Phasenerkennungspixel: Wurden früher ausschließlich Bildaufnahmen gemacht, haben sie heute noch andere Aufgabenstellungen zu erfüllen.

So verfügen zum Beispiel Fotoapparate von Sony, FUJI-Film oder Olympic über so genannte Phasendetektionspixel auf den Bildkonvertern. Mit zwei Fotodioden pro Bildpunkt setzt Canon eine sensorgestützte Phasenerkennung um: Canon geht mit seinen Fotoapparaten einen anderen Weg, der als Dualpixler CMOS AF bezeichnet wird. Die Bildpunkte des Messkopfes sind in zwei Fotodioden aufgeteilt, die zur Fokussierung separat abgelesen werden.

Mit den Einzelbilddaten der beiden Fotodioden kann die Canon EOS 6D Mark IV (Testbericht) für Dual-Pixel-RAW-Aufnahmen genutzt werden. Fotoapparate mit Stromsensoren bieten heute Bildresultate, die zu Anfang der digitalen Fotografie undenkbar waren. Bei einem " organischen Sensor " wird anstelle von Silikon ein organischer photoleitender Belag verwendet: " organischer Sensor " fotografiert mit einem wesentlich gr?

Einerseits können durch neue Sensorik verbesserte Bildqualitäten erzielt werden. Als Beispiel sei hier der "Organic Sensor" erwähnt. Diese wurde von der Firma Pansonic in Kooperation mit der Firma FUJI-Film GmbH erstellt und beinhaltet einen OPF (Organic Photoconductive Film) anstelle von Silikon. Verglichen mit konventionellen Fühlern ist der Fühler viel lichtsensitiver, der Dynamikbereich viel grösser und der Rolling-Shutter-Effekt wird durch einen Global-Shutter unterdrückt.

Zusätzlich kann bei diesem Fühlertyp ein integriertes ND-Filter realisiert werden. Möglicherweise werden die ersten Geräte mit "Organic Sensor" bis zu den Sommerolympiaden in Tokio im Jahr 2020 auf den Markt kommen. Gebogene Sensorik könnte das Objektivdesign erheblich vereinfachen: Mit einem gekrümmten Bildsensor würde die Linsenkonstruktion erheblich vereinfacht, da das Motiv - wie vom Glas natürlich "vorgeschrieben" - gewölbt werden kann.