{"id":11235,"date":"2015-08-03T17:13:57","date_gmt":"2015-08-03T15:13:57","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=11235"},"modified":"2015-08-03T17:13:57","modified_gmt":"2015-08-03T15:13:57","slug":"best-with-6-mpixeln","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2015\/08\/03\/best-with-6-mpixeln\/","title":{"rendered":"„Best with 6 MPixeln“"},"content":{"rendered":"

Michael K. hat mir den Link zu einer Kamera geschickt, die nur 2,26 MPixel<\/a> hat – und das bei einem Vollformatsensor. Die Kamera ist so lichtempfindlich dass man nach dem Datenblatt selbst in mondhellen Nächten die Szene wie bei anderen Kameras bei Tag aufnehmen können umgerechnet sind es 4 Millionen ISO. Wer noch mit Film gearbeitet hat weiß: normaler Film hatte 100 bis 400 ISO, 800 ISO Film wurde schon sichtbar grobkörnig., Das brongt mich zu meinem Thema, das nicht neu ist, aber man kann es ja mal wieder ausgraben oder?<\/p>\n

Es gibt die Webseite 6Mpixel<\/a>. Sie entstand, als die ersten Digitalkonsumerkameras aufkamen die mehr als 6 Mpixel hatten und sich in Zeitschriften Testberichte über schlechtere Bildqualität häuften und auch Privatpersonen die Erfahrung machten, dass die Bildqualität abnimmt. Sie konnte eines nicht ändern: den Pixelwahn. Er ist in den letzten Jahren bei den Digitalkameras etwas abgeschwächt, bei den in Tabletts oder Smartphones eingebauten Kameras geht er weiter. Warum ist der Pixelwahn schlecht?<\/p>\n

Nun es ist eigentlich ganz einfach: egal ob Film mit Silberkorn-emulsion oder einem CCD mit einem lichtempfindlichen Halbleiter, es passiert immer das gleiche: Lichtteilchen (Photonen) treffen auf ein Element und lösen durch die übertragene Energie etwas aus. Bei Film eine chemische Reaktion, bei CCD übertragen sie Energie auf ein Elektron das dann das Atom verlassen kann. Beide Techniken brauchen eine gewinne Mindestmenge an Photonen, damit man eine Belichtung von dem normalen Rauschen unterscheiden kann. Das Rauschen entsteht bei einem CCD durch die Temperatur. Gemäß Maxwellscher Verteilung haben bei einer bestimmten Temperatur nicht alle Teilchen die gleiche Energie. Einige haben eine höhere und andere eine niedrige bei einigen riecht es aus das sich auchb durch diese Energie sich ein Elektron ablösen kann.<\/p>\n

Ein Maß für die Qualität eines Detektors ist daher die Quantenausbeute. Sie liegt bei CCD in der spitze bei 80%, fotografischer Film liegt deutlich unter 10%. Das sind allerdings Spitzenwerte. Die 80% erreicht man nur mit Kühlung um das thermische Rauschen zu vermindern und auch nicht über den ganzen Spektralbereich. Das Hubble Weltraumteleskop bei dem die Detektoren nicht gekühlt werden können, hat eine Spitzenausbeute von 30-40% bei der WPFC3 Kamera. Doch selbst ohne Kühlung ist ein CMOS-Sensor wie er in einer Konsumerkameras verwendet wird weitaus empfindlicher als fotografischer Film – bei derselben Größe eines fotografischen Elements.<\/p>\n

Bei Film ist wegen der unregelmäßigen Natur des Filmkorns recht schwer die Auflösung anzugeben. Man misst sie meistens mit der Fotografie eines Linienmusters das immer enger wird. Wenn man gerade noch zwei Linien unterscheiden kann bevor es in einen Brei von Hell-Dunkel übergeht hat man die Auflösung. Diese wird in Linienpaaren pro Millimeter angegeben. Kleines Detail am Rande: Bei Raumsonden hat man noch lange die Auflösung ihrer Bilder in Kilometer pro Linienpaar“ angegeben. Die Umrechnung für die Mpixel die bei CCD üblich ist ist relativ einfach:<\/p>\n

Um ein Linienpaar zu unterscheiden braucht man zwei Pixel (eines dunkel, eines weiß). Multipliziert man dies mit der Angabe pro Millimeter und der Länge bzw. Breite des Detektors so bekommt man die Pixel in der jeweiligen Dimension. Ein typischer nicht besonders lichtempfindlicher Farbfilm für Hobbyknipser hatte eine Auflösung von 125 Linienpaaren pro Millimeter. Das Kleinbildformat hatte Abmessungen von 24 x 35 mm. So erreichte sich die äquivalente Pixelmenge so:<\/p>\n

Länge: 35 mm x 125 Linienpaaren\/mm * 2 Pixeln\/Lininenpaar = 8750 Pixel<\/p>\n

Breite: 24 mm x 125 Linienpaaren\/mm * 2 Pixeln\/Lininenpaar = 6000 Pixel<\/p>\n

Gesamt: 6000 Pixel * 8750 Pixel = 52,5 Mpixel<\/p>\n

So gesehen scheint fotografischer Film immer noch deutlich besser als die Sensoren bei den heutigen Konsumerkameras zu sein. Allerdings muss man bei dem Vergleich berücksichtigen, dass dort die Sensorgröße viel kleiner sind „Vollformat“ Sensoren, die also das Kleinbildformat als Sensorgröße haben, erreichen durchaus 50 Mpixel und fotografischer Film erreicht diese hohen Werte nur bei hohen Kontrasten, das liegt an der physikalischen Eigenschaft des Filmkornes. Er ist deswegen auch hervorragend geeignet um als Mikrofilm Text aufzunehmen (hoher Kontrast von schwarzen Buchstaben zu weißem Blatt). Bei niedrigem Kontrast also ähnlicher Helligkeit sieht es deutlich anders aus. Dann erreicht derselbe Film nur noch 40 Linienpaare\/mm, was 5,4 MPixeln entspricht. Das sind die Werte eines typisches Films für Kleinbildkameras mit 125 ISO Empfindlichkeit. Für Vergrößerungen oder schwierigere Lichtbedingungen ging man schon früher bei Kameras auf das Mittelformat über mit deutlich größeren Negativen.<\/p>\n

Nun ist eines unbestritten: selbst billigste CMOS-Sensoren sind fotografischem Film in Bezug auf Lichtempfindlichkeit überlegen. Das gilt aber nur für gleiche Pixelzahlen und Sensorgrößen. Ich habe mir mal eine gebrauchte Canon EOS mit 8 MPixeln und APS-C gekauft. Die bildet in 15 s Belichtungszeit mehr Sterne ab als mein Teleskop mit einer Kleinbildkamera in 10 Minuten. Bei vollem Sonnenschein im Sommer sind die Bilder selbst bei geringster Belichtungszeit leicht überleblichtet.<\/p>\n

Das leitet zum dritten Kriterium über: den Lichtverhältnissen. Eine Kamera die astronomische Aufnahmen machen soll wird sicher größere Pixel haben als eine die nur draußen bei Sonnenschein Aufnahmen machen soll. Da unser Auge durch die sich schließende Iris und verschiedene Sensortypen (Zäpfchen und Stäbchen) die Fähigkeit hat sich an sehr unterschiedliche Lichtverhältnisse anzupassen, täuscht man sich leicht über die Helligkeitsverhältnisse in der Umgebung:<\/p>\n