Pixel Binning - Wo Verzicht zu Gewinnen führt!

Der Gewinn an Auflösung bei den Bildsensoren, hat für manche Bereiche der Fotografie nicht immer nur positive Folgen. So müssen entweder größere Sensoren her oder mehr Pixel auf der gleichen Fläche untergebracht werden. Dazu müssten die Pixel kleiner werden, die Objektive mehr leisten und die Prozessoren mehr Daten mit größerer Schnelligkeit verarbeiten. Alles Dinge, die nicht nur zum Vorteil reichen, sondern zwangsläufig auch zu höheren Anforderungen innerhalb der gesamten Imaging Chain führen würden. Deshalb haben sich die Entwicklungsingenieure intelligente Tricks einfallen lassen, die es gestatten, mit nur minimalen Zugeständnissen an die Bildqualität von den Vorteilen hoher Auflösungen zu profitieren.

Einer davon ist längst eine Selbstverständlichkeit und kaum jemand redet mehr darüber: Die Verwendung mehrerer Pixel zum Erfassen der Farbe eines Bildpunktes. Nicht jedem ist bewusst, dass in der Regel vier Pixel des Sensors mit unterschiedlichen Filtern für die Farben Rot, Grün (meist 2x) und Blau zur Bestimmung der Farbe eines einzigen Bildpunktes herangezogen werden. Das verringert eben die Auflösung des daraus resultierenden Bildes.

Kleinere Pixel bieten auch einen geringeren Signal/Rausch-Abstand, was die Gefahr von Bildrauschen erhöhen und die Detailwiedergabe negativ beeinflussen kann. Der Dynamikumfang wird eingeengt und die Sensorempfindlichkeit eingeschränkt.

Weitere Nachteile bringen die kleinen Sensoren mit ihren hohen Auflösungen im Videomodus. Selbst für 4K oder gar 8K werden nicht die vollen Auflösungen der Bildsensoren und häufig auch nicht die gesamte Bildfläche benötigt, um die zurzeit höchste TV-Qualität zu erreichen. Zudem führen beim Filmen die großen Datenmengen, die wegen der schnellen Bildfolgen mit hoher Geschwindigkeit verarbeitet werden müssen, zu einer Dauerbelastung des Prozessors. Durch die starke Beanspruchung erhitzen sie sich und verstärken damit die Gefahr des Bildrauschens. Eine echte Zwickmühle, auf dem Weg der Kameraingenieure zu mehr Bildqualität bei Stills und Video.

Ein Trick, sich aus diesem Dilemma zu befreien, ist das seit längerem bekannte Pixel Binning. Gemeint ist die per Software erreichte Kombination mehrerer Bildpunkte zu einem. Der Verlust an Auflösung ist beim Filmen verkraftbar, die Vorteile, die sich daraus ergeben aber immens. Durch die größere Fläche der zusammengeschalteten Pixel wird das Signal für den erfassten Bildpunkt verstärkt, die Lichtempfindlichkeit und Dynamik werden erhöht, wobei gleichzeitig die Gefahr von Rauschen verringert wird. Zur Rauschminderung trägt auch die geringere Datenmenge, die verarbeitet werden muss, bei, weil der Prozessor weniger belastet und die Hitzebildung minimiert werden kann.

Pixel Binning

Letztlich verbirgt sich hinter dem Pixel Binning die intelligente Umgehung mehrerer Probleme der Bilderfassung, für die letztlich ein skalierbarer Sensor erforderlich wäre: Ein Sensors, der je nach Aufgabe die Pixelgröße, deren Anzahl und nicht zuletzt auch seine eigene physische Größe variieren könnte, um den Gegebenheiten, wie Objektivauflösung, Lichtempfindlichkeit, Dynamik, Rauschen oder auch der beabsichtigten Bildwirkung wie etwa eines besonders angenehmen Bokehs entsprechen zu können.

Pixel Binning ist ein effektiver Trick, mit dem die Auflösung reduziert wird, um so andere Parameter der Bilderfassung zu verbessern. Es ist aber auch ein weiterer Schritt zur Einbindung von künstlicher Intelligenz in alltäglich genutzte Aufnahmesysteme. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Optimierung der Algorithmen zur Steuerung und Analyse der von den Kameras erfassten Signale, werden zukünftige Bildsensoren sich immer flexibler den Gegebenheiten und Anforderungen der Aufnahmesituation anpassen lassen und so immer bessere Voraussetzungen für gelungene Bilder, seien es nun Fotos oder Videos, schaffen.

Faszination Fototechnik 11 / 2017

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