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
