Zum wiederholten Male (ich hatte mich schon mal damit beschäftigt) heute mal wieder mein Hauptaugenmerk auf Digitalkameras, genauer gesagt ihre CCD\/CMOS-Sensoren. Die Problematik ist recht einfach erklärt: Seit es die Sensoren gibt, packt man immer mehr Pixel drauf, auch wenn das nun seit zwei Jahren anscheinend zum Stillstand gekommen ist. Analog, wie der Computer über immer mehr Speicher verfügen muss, hat eine Digitalkamera immer mehr Pixel.<\/p>\n
Doch anders, als bei einem RAM-Baustein, kommt es nicht nur darauf an, eine Ladung zu speichern, sondern in endlicher Zeit möglichst viele Photonen, die dann Elektronen aus dem Halbleitermaterial herausschlagen. Je mehr Pixel drauf sind, desto kleiner ist die Fläche jedes Pixels, desto weniger Photonen fallen pro Zeiteinheit drauf und desto weniger Elektronen werden herausgeschlagen. Die Folgen sind drastisch:<\/p>\n
Das Rauschen steigt an, weil zu einem konstanten Eigenrauschen ein immer kleineres Nutzsignal an. Das drückt sich in verrauschten Bildern aus, oder Kameras rechnen es weg, wodurch je nach Algorithmus die Farben knallig oder die Details weich gezeichnet werden.<\/p>\n
Man bewegt sich immer mehr in Richtung „Schönwetterkamera“. Eigentlich sind CCD\/CMOS Sensoren empfindlicher als fotografischer Film. Meine alte 3-MP-Kamera kann ohne Problem bei Tag innerhalb des Hauses Aufnahmen machen, bei starkem Deckenlicht und ruhiger Hand auch bei Kunstlicht ohne Blitz. Bei viel kleineren Sensoren ist das fast unmöglich.<\/p>\n
Die Lösung? Nun es gibt viele. Das eine sind größere Sensoren. Bei Digitalkameras sind Sensorgrößen von 1\/2.5″ und 1\/1.8″ üblich. Die ersten haben beim 4:3 Format Abmessungen von 5,8 x4,3 mm und die anderen 7,2 x 5,3 mm. Typischerweise packt man heute auf die ersten 8-10 MP und die zweiten rund 12-14 MP. Ein Pixel ist dann nur noch 3 \u00b5m\u00b2 groß, also rund 1.7 x 1.7 \u00b5m. Das ist verdammt wenig, nur rund die dreifache Wellenlänge des Lichts. Wenn man die Sensoren größer machen würde, wäre es kein Problem mehr Pixel drauf zu packen. Es gibt ja auch Sensoren im 35-mm-Format, also wie bei alten Negativen (35 x 24 mm). Selbst wenn diese 50 MP aufweisen (derzeit so das Maximum) ist jedes Pixel noch 16.8 \u00b5m\u00b2 groß, belegt also die 5-fache Fläche und ist um den Faktor 5 lichtempfindlicher oder rauschärmer.<\/p>\n
Das wäre eine Entwicklung wie bei anderen Geräten. Wenn man einen Fernseher mit 52\u00b0 Diagonale kauft, ist der ja auch teuer als einer mit 32″. Größere Sensoren haben allerdings auch Folgen. Das Gehäuse wird größer, die Optik ebenso. Auf der anderen Seite sinken die Ansprüche. Die Ansprüche an die Optiken sind bei den kleinen Pixeln sehr hoch – und sie werden nicht von jeder Kamera gehalten. Natürlich gehen dann bei kompakten Kameras keine 20-fach Zooms. Doch habe ich Zweifel an deren Nutzen. Je größer der Zoombereich, desto ruhiger muss man die Kamera halten, bzw. wenn man das Zittern einfrieren will, muss man die Belichtungszeit stark reduzieren. Das ist natürlich kontraproduktiv, wenn man sowieso lichtempfindliche, kleine, Pixels hat.<\/p>\n
Es würde dann zu verschiedenen Klassen kommen – kompakten Knipserkameras mit kleinen Gehäusen und wenigen Pixeln und Kameras mit größeren Gehäusen und mehr Pixeln.<\/p>\n
Das Zweite wäre es, für qualitätsbewusste Anwender eben auch Kameras mit weniger Pixeln anzubieten. Hier sehe ich allerdings am wenigsten Chancen. Denn das Umdenken beginnt erst, wenn man mal verwaschene oder verrauschte Bilder hat und man die gestochen scharfen eines Kollagen mit einer alten Kamera sich ansieht.<\/p>\n
Die dritte Lösung wird wohl die einfachste aber auch suboptimale sein, das „Binnen“. Unter diesem Fachausdruck versteht man das Zusammenfassen von mehreren Pixeln. Das ist bei astronomischen Sensoren üblich um das Eigenrauschen zu unterdrücken. Es muss aber auf dem Chip implementiert sein und nicht erst nach Digitalisierung der Signale. Denn dann hat man ja schon das Rauschen mit verstärkt. So könnte man 2 oder 4 Pixel zusammenfassen. Am geeignetsten wäre die 2×2 Pixeladdition, da dies die Größe einer Elementarmaske ist, die über dem Chip liegt. Als Folge würde die Farbechtheit erhöht werden, weil schon ohne Binning sich die Farbinformation auf vier Pixel verteilt. Aus einem 12 MP Modell würde aber dann eine 3 MP Kamera werden – das ist für viele wohl zu wenig. Die heutigen Kameras nutzen meist kein Binning, sondern nehmen bei kleineren Formaten eben einfach nicht jedes Pixel.<\/p>\n
Die Frage ist übrigens, wofür man so viele Pixel braucht. Ich will hier zwei Argumente dagegen anführen. Jedes Bild muss ja irgendwann angesehen werden. Da sind heute Monitore mit maximal 2560 x 1600 Pixeln. Das sind 30″ Monster, die nur bedingt kompatibel mit heutigen Schreibtischen sind. Viele haben noch einen 22″ mit 1680 x 1050 Pixeln. Das sind 4 bzw. 1.7 MPixel. Dass wir jemals Monitore bekommen, die 12 MP anzeigen ist unwahrscheinlich, denn dann sind die Pixel so klein, dass man sie mit dem Auge nicht mehr erkennen kann.<\/p>\n
Beim Ausdruck sieht es auch nicht besser aus. Handelsübliche Belichter in Labor haben Auflösungen von 200 Zeilen (400 Pixeln) pro Zoll. Beim 10 x 13 Format sind das also rund 1600 x 2000 Pixel. Nun kommt natürlich immer das Argument mit den Vergrößerungen. Das Problem: Vergrößert an, dann nimmt auch der Abstand ab, denn aus 20 cm Entfernung kann man kaum ein DIN-A3 Blatt überblicken. In der Summe benötigt man also nicht mehr Auflösung. Mehr Auflösung braucht man nur für den Fall, dass man einen kleinen Ausschnitt manuell in der Bildverarbeitung ausschneidet, als neues Bild speichert oder ausdruckt und bei der Erstellung vergessen hat, die Zoomfunktion zu benutzen. Okay, und das machen dann 90% der Anwender? Wohl eher 1%.<\/p>\n
Im Prinzip muss sich die Auflösung nach dem Auge richten. Dessen Auflösung beträgt je nach Umgebungsbedingungen 60 bis 120 Bogensekunden, das sind in 35 cm Abstand, (einem typischen Betrachtungsabstand von kleinen Fotos) 0.1 bis 0.2 mm. Daher sind 400 Pixel pro Zoll (0,635 mm\/Pixel) schon mehr als genug. Da man nur einen sehr kleinen Bereich bewusst wahrnimmt und auch dieser sich verschiebt, ist es relativ blödsinnig große Fotos mit hoher Auflösung zu erstellen, die keiner bewusst wahrnehmen kann.<\/p>\n