Sensor     Pixel    Bit     Bytes

Kilo Mega Giga
 

Die Umrechnung von Pixeln
funktioniert genauso wie bei den Längen und Gewichten:

 

1000 Pixel sind 1 Kilopixel.
1000 Kilopixel sind 1 Megapixel oder1 Million Pixel.
Und1000 Megapixel sind 1 Gigapixel.
1000 Gigapixel ergeben ein Terrapixel.

 

Ein Foto mit ca. 3000 mal 2000 Pixeln ist ein 6-Megapixel-Bild.
 

Eine 10 Megapixel-Kompakt-Kamera macht unter Umständen

bessere Fotos als eine 16 Megapixel-Kompakt-Kamera.
 
Die Sensorgröße macht's
Die Bildqualität einer Digitalkamera hängt von vielen
Faktoren ab, entscheidend aber von der Größe des Bildsensors.

Auf einen 1/8"- Sensor (7,2 x 5,3 mm) fällt nur noch 8,6 Prozent der Lichtmenge,

die einem APS-Sensor (22,2 x 14,8 mm) zur Verfügung steht.


Sensorformate
Die Größe der Sensoren ist nicht genormt.

Nur das Vollformat (auch Kleinbildformat) hat historisch aus Analogzeiten die feste Größe 24 mm x 36 mm = 854qmm. APS-C stammt zwar auch aus Analogzeiten, aber hier gibt es digital unterschiedliche Größen.

Deshalb die folgende Übersicht:
Format                                                           Länge             Breite               Fläche  qmm
Kleinbild (Vollformat)                                        36                   24                    864                        
APS-C, Mittelwert, davon                                 22,2               14,8                 328,56    
-    Pentax K5                                                  23,6               15,7                  370,52                    
-    DX (insbesondere Nikon)                          23,7               15,6                  369,72                       
-    Canon ( diverse Größen)                          22,3               14,9                  332,27                        
-    Sony APS-C                                              21,5               14,4                  309,6    
Four-Thirds                                                      17,3               13,0                  224,90                       
1 Zoll (z.B. Lumix DMC-FZ1000)                     13,2                 8,8                  116,16                       
1/2" Sensor zB Sony EX1/EX3                         6.97               3.92                  27,32                        

 

 

Die Pixeldichte pro qmm  ist ein guter Indikator für die Bildqualität und Bildrauschen

 

Nikon mit   24MP      APS-C Sensor                     64.913 Pixel / qmm   Vollformat  27.963 Pixel / qmm   Pixelpitch 6,0 µm

Nikon mit 10MP        APS-C Sensor                     27.047 Pixel / qmm

Sony mit 18 MP          ½“ Sensor                       658.858 Pixel / qmm

Haselblad Digitale Mittelformat-Spiegelreflexkamera mit großem Sensor

50 M Pixel (6132×8176).    Sensormaß: 36,7×49,1 mm     1802 qmm    27.747 Pixel / qmm

 

 

Je größer ein Sensor bei gleicher Auflösung ist, desto rauschärmer und lichtempfindlicher ist er.

 

Verantwortlich für das Bildrauschen ist hauptsächlich die Größe der Fotodioden und deren Abstand zueinander.

Sind die Fotodioden extrem klein, können sie weniger Licht aufnehmen als größere Fotodioden.

Den Abstand der einzelnen Fotodioden zueinander nennt der Fachmann Pixelpitch.

Die Größe und der Abstand der Fotodioden sind der Grund dafür, dass bei Kompaktkameras das Bildrauschen

viel schneller auffällt als bei Spiegelreflexkameras. Deren Sensor ist schließlich um ein Vielfaches größer

und damit auch die einzelnen Fotodioden.

Weniger empfindliche Sensoren müssen über die ISO-Einstellung verstärkt werden, wodurch die Fehlinformationen der Pixel mit verstärkt werden.

 

CCD-Sensor

Fast alle kleinen Digitalkameras arbeiteten bisher 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".

CMOS-Sensor

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.

BSI-CMOS
Bei der Herstellung von CMOS-Sensoren werden zunächst die Sensorzellen und dann die Elektronik aufgebracht. Jahrelang wählte man die einfachste (und billigste) Lösung und brachte die Farbfilter und Mikrolinsen über der Elektronik an.
Um die notwendige Anzahl von Sensorzellen auf den kleinen Sensorflächen der Kompaktkameras unterzubringen, war zwischen der Elektronik aber nicht mehr genug Platz und es kam deshalb nicht genug Licht bei den Zellen an. Da entwickelte man 2008 eine aufwendige Methode, die Sensorzellen von der "Rückseite" her freizulegen und brachte Filter und Linsen direkt auf den Sensorzellen an. Deshalb spricht man von einem "Rückseitig-belichtetem CMOS" (BSI).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bit und Bytes

 

Ein Graustufenbild  zeigt, dass 256 Helligkeits -

unterschiede ja schon einen ziemlich gleichmäßigen

Eindruck hinterlassen und man im Normalfall keine

Stufen mehr erkennt.

Wenn man nun für jede der Grundfarben Rot, Grün

und Blau 256 Werte verwendet,

dann kann man damit Fotos hinreichend gut darstellen.

Eine Speicherung mit einem Bit würde den Zustand

0 und 1 beschreiben, in unserem Bild hätten wir dann

schwarz oder weiß.

Bei 2 Bit hätten wir  die Möglichkeiten  00 / 11 / 01 / 10  

somit Schwarz, Weiß und 2x Grau.

Bei 8 Bit   zB.  01001110  haben wir 256 Möglichkeiten

die Helligkeit zu definieren.

Ein Farbbild braucht also pro Grundfarbe 8 Bit,

was insgesamt 24 Bit ergibt.

Solche Bilder werden gewöhnlich als Jpg-Dateien

gespeichert.

Eine Jpg-Datei hat also für jede der RGB-Grundfarben jeweils 256 Abstufungs-Möglichkeiten, so dass sich eine Kombinationsmöglichkeit von 256 mal 256 mal 256 Farben ergibt, also 16.777.216 Farben.

 

Jeder Jpg-Datei stehen die gleichen 16,7 Millionen Farben zur Verfügung.

Zunächst einmal erscheint die Zahl von 16,7 Millionen Farben riesig.

Das menschliche Auge ist nicht in der Lage, so viele Farben zu unterscheiden.

Dennoch sollte man schon jetzt im Sinn behalten, dass es "nur" 256 Abstufungen pro Grundfarbe sind.

Unter gewissen Bedingungen kann auch dies für eine stufenfrei aussehende Darstellung zu wenig sein.

 

RAW  hat 14 Bit   mal 3 Farben  = 42 Bit
Jedes einzelne Pixel auf dem Sensor kann damit 16.384 unterschiedliche Helligkeitsstufen annehmen

und bei drei Farbkanälen fast 4,4 Billionen Farben darstellen lassen.
 

Das RAW-Format wird in der Kamera oft  verlustfrei  komprimiert,  daher haben Bilder auf dem Speicher oft unterschiedliche  Größen.

 

Die 16-Bit-Tiff-Datei hat 16 Bit pro Farbkanal,  daher in Wirklichkeit 48 Bit und hat somit 65.536 Abstufungen   (statt 256 beim Jpg).

48 Bit ergibt rechnerisch unvorstellbare 281.474.976.710.656 Farbmöglichkeiten. (281 Billionen)

 

 

Speicherplatz

 

JPEG       8 Bit   (  256 Farbstufen )  =  1 Byte  Speicherplatz

 

24 Bit     ( 3 Farbkanäle  Jpeg Bild )  = 3 Bytes   =   1 Pixel 

 

Ein Foto mit 3000 x 2000 Bildpunkten ( Pixel )   hat   6.000.000 Bildpunkte   x 3 Bytes 

= 18.000.000 = 18 MB

 

Tonwertspreizung 1.jpg
Tonwertspreizung 2.jpg
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