Fototechnik: Bildsensoren - klein oder groß?

Bildsensoren
Die Diskussion über die optimale Größe von Bildsensoren für Foto- und Videokameras scheint bei vielen Fotografen zu einem Glaubenskrieg auszuarten. Für Viele wird sie, gemeinsam mit der auf dem Sensor untergebrachten Anzahl der Pixel, als das entscheidende Qualitätskriterium herangezogen. Doch Sensorgröße und Pixelzahl beeinflussen nicht nur die Bildqualität, sondern auch die Baugröße und das Handling von Kameras und Objektiven sowie auch deren kreative Möglichkeiten für die Bildgestaltung. Viele der Sensorgrößen und hohen Pixelzahlen nachgesagten Vorzüge relativieren sich bei genauerem Hinsehen oder entpuppen sich sogar als unbegründete Vorurteile, deren Ursprung weit in die Frühzeiten der Digitalfotografie hineinreichen oder falscher Analogie zur Fotografie auf Film geschuldet sind.

Pixelzahl und Sensorgröße

Es ist richtig, dass sich auf einer größeren Sensorfläche auch mehr Pixel unterbringen lassen und die Pixel kleiner werden müssen, wenn sie in gleicher Menge auf einem kleineren Chip Platz finden sollen. Nur stimmt es nicht, dass diese dann auch zwangsläufig aufgrund ihrer geringeren Größe eine schlechtere Bildqualität liefern würden. Das Hauptaugenmerk der Sensorforschung gilt der Entwicklung kleinerer, effektiverer Pixel und nicht etwa größerer lichtempfindlicherer Pixel. Daher ist davon auszugehen, dass moderne Sensoren mit hoher Auflösung inzwischen eine bessere Bildqualität liefern als ältere mit größeren Formaten und größeren Pixeln. Die Lieferanten für Bildsensoren orientieren sich in ihrer Forschung an den Bedürfnissen des Marktes, dessen Tendenz zu kleineren Sensoren neigt. Moderne Techniken ermöglichen es heute, kleinere Sensoren mit kleineren, aber effektiveren Pixeln herzustellen, die in der Bildqualität den großen Sensoren in nichts nachstehen. Das beweisen nicht nur die Smartphones mit ihren winzigen, hochauflösenden Kameras sondern beispielsweise auch die Premium Aufnahmesysteme renommierter Hersteller mit ihren 1-Zoll-Chips. Die augenblickliche Oberklasse beim Wettlauf um Pixelrekorde spielt im Bereich von 40 bis 60 Megapixeln und Spitzenwerten von 100 Megapixeln. Die 40-Megapixel-Grenze haben dabei auch schon Smartphone Kameras erreicht. Die wesentlichen Vorzüge größerer Sensoren sind also nicht unbedingt nur in der Auflösung zu suchen, zumal viele ältere Objektive für die aktuellen Vollformatkameras diese oft gar nicht bewältigen können. Ab 50 Megapixel stoßen selbst manche neu auf den Markt gekommene Objektive an ihre Grenzen.

Pixeldichte und Rauschen

Kleinere Pixel, so lautet eine Faustregel, können weniger Licht einfangen als größere. Als Vergleich werden oft zwei nebeneinander stehende Eimer herangezogen, mit denen die Photonen wie beispielsweise Regenwasser aufgefangen werden. Natürlich wird der Eimer mit dem größeren Durchmesser mehr Regentropfen bzw. Photonen auffangen als ein kleinerer. Doch der Vergleich hinkt. Das aus den Photonen erzeugte Signal lässt sich verstärken. Moderne Pixel verfügen über verbesserte Verstärker die den für die Bildqualität wichtigen Signal-Rauschabstand optimieren. Die Faustregel gilt also immer nur, wenn auch die größeren Pixel auf den größeren Sensoren, in gleicherweise optimiert wurden. Kleinere Pixel wiederum sind besser dazu in der Lage, feine Muster zu erfassen, beispielsweise, wenn es darum geht, Artefakte wie etwa Moirée-Effekte zu vermeiden und eine hohe Detailwiedergabe zu erreichen. Nicht die Pixeldichte spielt heute die entscheidende Rolle, sondern die Effektivität und Qualität der Pixel sowie die Verfahren der Signalverstärkung und die zur Trennung von Signal und Rauschen. Steht weniger Licht zur Verfügung muss die ISO-Empfindlichkeit der Pixel erhöht werden. Das hatte in der analogen Fotografie zumeist ein gröberes Korn zur Folge und führt in der digitalen Fotografie zu höherem Bildrauschen. Ein Grund für das Bildrauschen bei höheren Empfindlichkeiten ist auch der Größe und der Lage der Pixel zueinander geschuldet. Aber auch hier haben innovative Technologien dazu geführt, den Signal-Rauschabstand zu verbessern, so dass auch mit kleineren, dicht beieinander liegenden Pixeln bei wenig Licht immer bessere Ergebnisse erzielt werden können. Heute liefern schon 1“ große Sensoren mit einer Dichte von 20 Megapixeln exzellente Ergebnisse selbst bei wenig Licht. Die Bildqualität wird zukünftig also auch bei den Kameras mit kleineren Sensoren, wie APS oder MFT mit der von heutigen Vollformatkameras vergleichbar sein.

Sensorgröße und Kamerabaugröße

Um Kameras kompakt halten zu können oder auch in Mobiltelefonen zu integrieren waren kleine Sensoren die Voraussetzung. Welche Fortschritte hier in der Sensorminiaturisierung erreicht wurden zeigen die aktuellen beeindruckenden Bildqualitäten. Kleinere Bildsensoren ermöglichen inzwischen bei vielen Gelegenheiten nicht nur eine vergleichbare Bildqualität, sie eröffnen auch ganz neue Möglichkeiten. Ohne sie wären die gewaltigen Zoombereiche mit bis zu sechzigfachen Brennweiten in den kompakten Zoomkameras, die einen Vollmond nahezu formatfüllend abbilden können oder mit denen sich Kleintiere aus ausreichender Fluchtdistanz mit der Kamera einfangen lassen, nicht möglich. Auch in der professionellen Fotografie setzen sich für bestimmte Anwendungen Kameras mit kleineren Bildsensoren mehr und mehr durch. Bergfotografen aber auch Tier- und Abenteuerfotografen, die ihr Equipment oftmals über Tage und unter extremen Bedingungen transportieren müssen, sind um jedes Gramm, das sie weniger mitzuschleppen haben, froh. Kleinere Kameras mit kleineren Superteleobjektiven ermöglichen Action-, Sport- und Tieraufnahmen aus der Hand, für die bei großformatigen Aufnahmesystemen ein Stativ unverzichtbar wäre.

Auswirkungen auf die Bildgestaltung

Ein wesentliches Argument für größere Sensoren war die mit ihnen einfach zu erreichende, sanfte Hintergrundschärfe – auch unter der aus dem Japanischen abgeleiteten Bezeichnung „Bokeh“ bekannt. Umgekehrt bringen kleinere Sensoren in kritischen Bereichen eine größere Schärfentiefe. Hochöffnende Objektive mit Lichtstärken höher als 1:2.0 liefern einen ebenso weichen Unschärfeverlauf wie Objektive für größere Aufnahmeformate. War früher auch in der digitalen Fotografie eine Qualitätsentscheidung, ob ein Aufnahmesystem mit größerem oder kleinerem Format eingesetzt wurde, so wird diese heute vor allem von der fotografischen Aufgabe bestimmt. Es ist ein Kompromiss, den der Fotograf zwischen Qualität, Gewicht, den gestalterischen Absichten und auch dem Preis abzuwägen hat. Ein sphärische 360°- Panorama wird ein System mit größeren Sensoren ungleich schwieriger machen als eines, das eine oder mehrere Kameras mit winzigen Sensoren verwendet, deren Auflösung sich schließlich soweit addiert, dass Betrachter darin interaktiv auf jedes Detail zoomen können.

Auf der vom 20. bis 25. September 2016 unter dem Motto „imaging unlimited“ stattfindenden photokina in Köln werden die Besucher für jede Aufgabe maßgeschneiderte Aufnahmesysteme mit großen und kleinen Bildsensoren erleben und vergleichen sowie die für ihre Aufgaben und Absichten optimale Lösungen auswählen können.

Faszination Fototechnik 06 / 2016

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2 Kommentare

Sehr guter und differenzierter Beitrag! Als Ergänzung: Es ist auch zu einem hohen Anteil die viel saubere Qualität der Materialien, der Leiterbahnen und der Mikrolinse über dem "Pixel". Die Herstellungsverfahren sind gerade in den letzten Jahren erheblich verbessert worden.

Christopher K.

von Christopher K.
01. Juni 2016, 17:37:04 Uhr

Dieser Artikel ist interessant und gleichzeitig sehr tendenzös: Es werden einfach kleinere Sensoren unterstützt und es wird gesagt, dass diese "gleich" gut, wie grosse Sensoren seien. So kann man beispielsweise lesen: "Die Bildqualität wird zukünftig also auch bei den Kameras mit kleineren Sensoren, wie APS oder MFT mit der von heutigen Vollformatkameras vergleichbar sein". Interessant ist dabei, dass von KÜNFTIGEN APS-C oder MFT die Rede ist und diese mit HEUTIGEN Vollformatkameras verglichen wird. Man sollte eigentlich HEUTIGE mit HEUTIGEN vergleichen, dann stimmt die Aussage selbstverständlich nicht (Man nehme nur mal eine Nikon D810 und vergleiche die mit irgeneiner APS-C Kamera). Oder man kann da lesen, dass "hochöffnende Objektive mit Lichtstärken höher als 1:2.0 liefern einen ebenso weichen Unschärfeverlauf wie Objektive für größere Aufnahmeformate". Das ist deshalb falsch, weil das Bokeh abhängig ist vom Iris-Durchmesser des Objektives. Und da hat nun mal ein Objektiv für Vollformat bei Blende 2 eine viel grössere Öffnung als ein Objektiv mit f/2.0 an einer Kamera mit kleinerem Sensor. Es handelt sich dabei um physikalische Grössen und nicht um Meinungen oder Standpunkte. Das Fazit ist wahrscheinlich: In ganz vielen Aufnahmesituationen reicht ein kleinerer Sensor aus, wenn genügend Licht vorhanden ist und die grössere Schärfentiefe bei kleineren Sensoren ist meist ein Vorteil für den Fotografen. Und jetzt sollten die Nutzer einfach mal lernen, mit einem kleineren Sensor Bilder zu machen und dann mal eine Kamera mit grossem Sensor verwenden. Vielleicht wird dann kein Unterschied erkannt. Dann ist ja gut. Wahrscheinlich merkt man aber, dass da eine andere Qualität rauskommt, sofern man das entsprechende Motiv und die richtige Verwendung des Fotos hat.

Habakus

von Habakus
01. Juni 2016, 15:07:24 Uhr

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