Vom Fotografieren...
2.1: Megapixelwahn und warum weniger manchmal mehr ist
Um sich darüber klar zu werden, was Megapixel sind und warum sie gefährlich für das Bild sein können, stellen wir uns nochmal eben den Sensor vor, auf dem Millionen und Abermillionen dieser kleinen Dingelchen nebeneinander stehen. Jeder dieser Subpixel hat die Aufgabe, auftreffende Lichtteilchen zu zählen und in einen elektrischn Impuls umzuwandeln. Je stärker dieser Impuls, desto mehr Licht, desto heller. Es ist also eine analoge Zählung, keine digitale Nutzung nach dem Muster "Licht an, Licht aus".
Heute sollen Digitalkameras vor allem 2 Anforderungen erfüllen - abgesehen von dem ständigen Kundenwunsch, eine Kamera möge alles können und nix kosten: Sie soll möglichst viele Pixel haben und dabei möglichst klein werden.
Da hat die Industrie zusammen mit dem Kunden sich selbst einen Vogel geschossen. Denn es ist mitnichten so, dass mehr Pixel ein besseres Bild liefern müssen, vor allem, wenn die Kamera auch noch immer kleiner wird.
Logischer Weise baut man in eine kleine Kamera, die in die Hose passen soll, einen kleineren Chip ein, der das Licht auffängt. Und ein kleineres Objektiv, weil es natürlich so ist, dass ein großes Objektiv einfach nicht passt.
Und jetzt kommen wir zu einem Punkt, an dem die Logik zuschlägt. Die Art von Logik bei der man denkt: "Ach, das hätte ich wissen müssen".
Die Frage ist nämlich: Wenn durch ein kleineres Objektiv in der gleichen Zeit Licht auf einen kleineren Sensor fällt, ist dann die gleiche Menge Licht messbar?
Die Antwort lautet natürlich nein. Durch ein großes Objektiv fällt selbstverständlich mehr Licht (man spricht von Lichtstärke) in die Kamera, als durch ein Kleines. Wobei groß und klein hier erstmal wirklich den Durchmesser und die Länge meint.
Um das mal vergleichen zu können, 2 Bilder. Das erste Bild zeigt eine Fuji Finepix F40fd mit 8,3 Millionen Pixel auf einem Sensor, der gerade mal 7,7mm breit und 5,8mm hoch ist. Bzw. es zeigt die Objektivöffnung:
Das nächste Bild zeigt dagegen die Objektivöffnung einer Nikon D200 mit angesetztem Objektiv. Deren Sensor ist 23,5mm breit und 15,7mm hoch und mit knapp 10 Millionen Lichtaufnehmern bestückt:
Um sich mal die Größe zu vergegenwärtigen, habe ich beide Kameras auch einmal von oben geknipst. Da die Brennweite nicht bei beiden identisch ist, ist natürlich kein direkter Maßstab gegeben, aber ich denke es hat eh schon jeder eine Kompakte und eine Spiegelreflex gesehen:
Zurück zum Thema: Jetzt stellt Euch vor, durch die beiden Objektive fällt eine bestimmte Zeit lang Licht auf den Sensor. Durch welches Objektiv kommt mehr Licht?
Und dann stellt Euch weiterhin vor: Wenn jetzt die Menge Licht durch das Objektiv gekommen ist, trifft sie auf einer Fläche von 44,66 Quadratmillimetern in der Fuji auf 8,3 Millionen Sensoren.
Während eine ungleich größere Menge Licht in der Nikon auf 10 Millionen Sensoren trifft, die sich über 368,95 Quadratmillimeter verteilen!
Und jetzt passieren komische Dinge: Das erste was passiert ist noch recht einfach zu verstehen: In der Nikon kommt mehr Licht an, das von den Sensoren ausgewertet wird. Der Signalpegel, also das was der einzelne Sensor an Licht aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt an den Chip weitergibt, ist deutlich höher, denn er zählt ja nicht nur Licht an / Licht aus, sondern eben auch die Intensität.
In der Fuji ist das Signal nicht nur deutlich schwächer, es ist auch noch so, dass die Sensoren so nah beieinander stehen und dabei so klein sind, dass nicht jedes Lichtteil einem einzelnen Punkt zugeordnet werden kann, sondern teilweise benachbarte Punkte das selbe Lichtteilchen zählen.
Das bedeutet folgendes: bei der Fuji wird das Bild zusätzlich unschärfer, als es bei der D200 würde, weil der Sensor nicht jede Kante als solche eindeutig erkennen kann. Da wir als Schärfe aber den Übergang von Hell zu Dunkel an klaren Kanten definieren, haben wir ein Problem, wenn diese Kanten nicht sauber gezeichnet sind.
Das versucht man, per Software zu korrigieren, indem alle Kompakten mehr oder weniger stark scharfzeichnen. Das sieht man aber nicht, wegen des zweiten Effekts:
Da das Signal der einzelnen Sensoren furchtbar schwach ist, wird es künstlich angehoben um auf Niveau zu kommen, dass der Sensor auswerten kann. Das wird i.d.R. verkauft als Erhöhung des ISO-Wertes, also der Empfindlichkeit. Wenn ich also bei einer Digitalen den ISO-Wert von 100 auf 200 erhöhe, verdoppelt sich natürlich nicht die Empfindlichkeit des Sensors. Ich klaue ihm sogar Licht, da in der Regel bei der gleichen Menge Licht beim Sprung von ISO 100 auf ISO 200 die Belichtungszeit und damit die Menge des einfallenden Lichtes halbiert wird!
Was vielmehr passiert ist, dass das Ausgangssignal der Sensoren bevor es den Chip erreicht angehoben wird. Jetzt gibt es aber Sensoren, die sich nicht sicher sind, ob und wie viel Licht sie denn jetzt gezählt haben. Bei einer Anhebung des Signals passiert es aber eher, dass ein Sensor auf "Jo, hier auch Licht" geht, als das er den Mund hält und sich als schwarzen Punkt outet.
Das Ergebnis ist sogenanntes Farbrauschen: Bunte Pixel im Bild an Stellen, an denen sie eigentlich nicht sein sollten. Zu stark verstärkte elektrische Impulse, die zu solchen Störungen führen.
Die Software in den digitalen Kleinkameras geht dann hin und versucht, das Rauschen rauszurechnen. Sind zum Beispiel grüne Punkte in einer schwarzen Fläche, nimmt sie an, dass die nicht dahin gehören und "zaubert die weg". Dummerweise funktioniert das nicht sauber: Die Kamerasoftware kann nicht wissen, welche Punkte gewollt sind und welche nicht. Sie kann das nur raten. Und egal die wievielte Softwareversion wir haben: sie können es immer noch nicht gut. Das Ergebnis ist aber, dass Bildinformationen verloren gehen, das Bild wird "weicher", als unschärfer, es gehen Details verloren. Das genaue Gegenteil in jeder Hinsicht zu dem oben genannten Nachschärfen.
Um es vereinfacht zu sagen: je kleiner die Optik und je kleiner der Sensor und je größer die Megapixel-Zahl, um so mehr Rauchen und um so weniger klare Konturen.
Wo ist jetzt die Grenze?
Bei digitalen Spiegelreflexen hat man lange Zeit das sogenannte APS-C-Format angewendet, dessen Abmessungen oben stehen. Das schien ein guter Kompromiss aus Rauscharmut und einer Menge Pixel. Die Nikon D200 hat ja 10 Millionen und ist schon recht rauscharm, die D300 noch mehr. Heute geht man mehr und mehr dazu über, sogenannten "Vollformatsensoren" zu bauen. Die sind ungleich teuer, haben dafür aber dann ungefähr 36mm Breite und 24mm Höhe, entsprechen also dem Format eines Kleinbildnegatives (was, nur kurz zur Erinnerung und abgesehen von APS und Pocket und so weiter, damals das schlechteste(!) Negativformat war, verglich man es mit Mittelformat oder Großformat!).
Hier steht ganz klar die Qualität im Vordergrund, insbesondere auch bei hohen ISO-Werten.
Bei den Kompakten sieht das leider anders aus. Hier geht man heute bis zu 12 Millionen Pixel auf Sensoren, die winziger als winzig sind. Die Software kann das nicht kompensieren und die Ergebnisse sehen allesamt... übel aus, sofern nicht sehr viel Umgebungslicht vorhanden ist. Bestimmte Marken wie Panasonic versuchen das durch ultra bunte Farben zu kompensieren, Fakt ist aber, dass nahezu alle kompakten Kameras heute für die Tonne sind, wenn man einen gewissen Qualitätsanspruch hat. Weil sie einfach zu viele Lichtrezeptoren auf zu wenig Platz unterbringen.
Für den Kunden ist das eine echt üble Situation, denn leider gibt es heute kaum noch Kompakte mit guten Sensoren. Wer mehr darüber wissen will, sollte sich mal die Seite "6mpixel.org" ansehen, die ja auch schon länger bei mir verlinkt ist.
Wie übel es ist, habe ich übrigens gemerkt, als ich die Fuji für Unterwasser gekauft habe. Trotz des meiner Meinung nach besten Sensors und einer "vergleichsweise" kleinen Auflösung, bin ich total unzufrieden und nehme die Kamera über Wasser wirklich nur dann in die Hand, wenn es nicht anders geht.
Weiter geht es im nächsten Teil:
2.2: Brennweite und was das ist
Um sich darüber klar zu werden, was Megapixel sind und warum sie gefährlich für das Bild sein können, stellen wir uns nochmal eben den Sensor vor, auf dem Millionen und Abermillionen dieser kleinen Dingelchen nebeneinander stehen. Jeder dieser Subpixel hat die Aufgabe, auftreffende Lichtteilchen zu zählen und in einen elektrischn Impuls umzuwandeln. Je stärker dieser Impuls, desto mehr Licht, desto heller. Es ist also eine analoge Zählung, keine digitale Nutzung nach dem Muster "Licht an, Licht aus".
Heute sollen Digitalkameras vor allem 2 Anforderungen erfüllen - abgesehen von dem ständigen Kundenwunsch, eine Kamera möge alles können und nix kosten: Sie soll möglichst viele Pixel haben und dabei möglichst klein werden.
Da hat die Industrie zusammen mit dem Kunden sich selbst einen Vogel geschossen. Denn es ist mitnichten so, dass mehr Pixel ein besseres Bild liefern müssen, vor allem, wenn die Kamera auch noch immer kleiner wird.
Logischer Weise baut man in eine kleine Kamera, die in die Hose passen soll, einen kleineren Chip ein, der das Licht auffängt. Und ein kleineres Objektiv, weil es natürlich so ist, dass ein großes Objektiv einfach nicht passt.
Und jetzt kommen wir zu einem Punkt, an dem die Logik zuschlägt. Die Art von Logik bei der man denkt: "Ach, das hätte ich wissen müssen".
Die Frage ist nämlich: Wenn durch ein kleineres Objektiv in der gleichen Zeit Licht auf einen kleineren Sensor fällt, ist dann die gleiche Menge Licht messbar?
Die Antwort lautet natürlich nein. Durch ein großes Objektiv fällt selbstverständlich mehr Licht (man spricht von Lichtstärke) in die Kamera, als durch ein Kleines. Wobei groß und klein hier erstmal wirklich den Durchmesser und die Länge meint.
Um das mal vergleichen zu können, 2 Bilder. Das erste Bild zeigt eine Fuji Finepix F40fd mit 8,3 Millionen Pixel auf einem Sensor, der gerade mal 7,7mm breit und 5,8mm hoch ist. Bzw. es zeigt die Objektivöffnung:
Das nächste Bild zeigt dagegen die Objektivöffnung einer Nikon D200 mit angesetztem Objektiv. Deren Sensor ist 23,5mm breit und 15,7mm hoch und mit knapp 10 Millionen Lichtaufnehmern bestückt:
Um sich mal die Größe zu vergegenwärtigen, habe ich beide Kameras auch einmal von oben geknipst. Da die Brennweite nicht bei beiden identisch ist, ist natürlich kein direkter Maßstab gegeben, aber ich denke es hat eh schon jeder eine Kompakte und eine Spiegelreflex gesehen:
Zurück zum Thema: Jetzt stellt Euch vor, durch die beiden Objektive fällt eine bestimmte Zeit lang Licht auf den Sensor. Durch welches Objektiv kommt mehr Licht?
Und dann stellt Euch weiterhin vor: Wenn jetzt die Menge Licht durch das Objektiv gekommen ist, trifft sie auf einer Fläche von 44,66 Quadratmillimetern in der Fuji auf 8,3 Millionen Sensoren.
Während eine ungleich größere Menge Licht in der Nikon auf 10 Millionen Sensoren trifft, die sich über 368,95 Quadratmillimeter verteilen!
Und jetzt passieren komische Dinge: Das erste was passiert ist noch recht einfach zu verstehen: In der Nikon kommt mehr Licht an, das von den Sensoren ausgewertet wird. Der Signalpegel, also das was der einzelne Sensor an Licht aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt an den Chip weitergibt, ist deutlich höher, denn er zählt ja nicht nur Licht an / Licht aus, sondern eben auch die Intensität.
In der Fuji ist das Signal nicht nur deutlich schwächer, es ist auch noch so, dass die Sensoren so nah beieinander stehen und dabei so klein sind, dass nicht jedes Lichtteil einem einzelnen Punkt zugeordnet werden kann, sondern teilweise benachbarte Punkte das selbe Lichtteilchen zählen.
Das bedeutet folgendes: bei der Fuji wird das Bild zusätzlich unschärfer, als es bei der D200 würde, weil der Sensor nicht jede Kante als solche eindeutig erkennen kann. Da wir als Schärfe aber den Übergang von Hell zu Dunkel an klaren Kanten definieren, haben wir ein Problem, wenn diese Kanten nicht sauber gezeichnet sind.
Das versucht man, per Software zu korrigieren, indem alle Kompakten mehr oder weniger stark scharfzeichnen. Das sieht man aber nicht, wegen des zweiten Effekts:
Da das Signal der einzelnen Sensoren furchtbar schwach ist, wird es künstlich angehoben um auf Niveau zu kommen, dass der Sensor auswerten kann. Das wird i.d.R. verkauft als Erhöhung des ISO-Wertes, also der Empfindlichkeit. Wenn ich also bei einer Digitalen den ISO-Wert von 100 auf 200 erhöhe, verdoppelt sich natürlich nicht die Empfindlichkeit des Sensors. Ich klaue ihm sogar Licht, da in der Regel bei der gleichen Menge Licht beim Sprung von ISO 100 auf ISO 200 die Belichtungszeit und damit die Menge des einfallenden Lichtes halbiert wird!
Was vielmehr passiert ist, dass das Ausgangssignal der Sensoren bevor es den Chip erreicht angehoben wird. Jetzt gibt es aber Sensoren, die sich nicht sicher sind, ob und wie viel Licht sie denn jetzt gezählt haben. Bei einer Anhebung des Signals passiert es aber eher, dass ein Sensor auf "Jo, hier auch Licht" geht, als das er den Mund hält und sich als schwarzen Punkt outet.
Das Ergebnis ist sogenanntes Farbrauschen: Bunte Pixel im Bild an Stellen, an denen sie eigentlich nicht sein sollten. Zu stark verstärkte elektrische Impulse, die zu solchen Störungen führen.
Die Software in den digitalen Kleinkameras geht dann hin und versucht, das Rauschen rauszurechnen. Sind zum Beispiel grüne Punkte in einer schwarzen Fläche, nimmt sie an, dass die nicht dahin gehören und "zaubert die weg". Dummerweise funktioniert das nicht sauber: Die Kamerasoftware kann nicht wissen, welche Punkte gewollt sind und welche nicht. Sie kann das nur raten. Und egal die wievielte Softwareversion wir haben: sie können es immer noch nicht gut. Das Ergebnis ist aber, dass Bildinformationen verloren gehen, das Bild wird "weicher", als unschärfer, es gehen Details verloren. Das genaue Gegenteil in jeder Hinsicht zu dem oben genannten Nachschärfen.
Um es vereinfacht zu sagen: je kleiner die Optik und je kleiner der Sensor und je größer die Megapixel-Zahl, um so mehr Rauchen und um so weniger klare Konturen.
Wo ist jetzt die Grenze?
Bei digitalen Spiegelreflexen hat man lange Zeit das sogenannte APS-C-Format angewendet, dessen Abmessungen oben stehen. Das schien ein guter Kompromiss aus Rauscharmut und einer Menge Pixel. Die Nikon D200 hat ja 10 Millionen und ist schon recht rauscharm, die D300 noch mehr. Heute geht man mehr und mehr dazu über, sogenannten "Vollformatsensoren" zu bauen. Die sind ungleich teuer, haben dafür aber dann ungefähr 36mm Breite und 24mm Höhe, entsprechen also dem Format eines Kleinbildnegatives (was, nur kurz zur Erinnerung und abgesehen von APS und Pocket und so weiter, damals das schlechteste(!) Negativformat war, verglich man es mit Mittelformat oder Großformat!).
Hier steht ganz klar die Qualität im Vordergrund, insbesondere auch bei hohen ISO-Werten.
Bei den Kompakten sieht das leider anders aus. Hier geht man heute bis zu 12 Millionen Pixel auf Sensoren, die winziger als winzig sind. Die Software kann das nicht kompensieren und die Ergebnisse sehen allesamt... übel aus, sofern nicht sehr viel Umgebungslicht vorhanden ist. Bestimmte Marken wie Panasonic versuchen das durch ultra bunte Farben zu kompensieren, Fakt ist aber, dass nahezu alle kompakten Kameras heute für die Tonne sind, wenn man einen gewissen Qualitätsanspruch hat. Weil sie einfach zu viele Lichtrezeptoren auf zu wenig Platz unterbringen.
Für den Kunden ist das eine echt üble Situation, denn leider gibt es heute kaum noch Kompakte mit guten Sensoren. Wer mehr darüber wissen will, sollte sich mal die Seite "6mpixel.org" ansehen, die ja auch schon länger bei mir verlinkt ist.
Wie übel es ist, habe ich übrigens gemerkt, als ich die Fuji für Unterwasser gekauft habe. Trotz des meiner Meinung nach besten Sensors und einer "vergleichsweise" kleinen Auflösung, bin ich total unzufrieden und nehme die Kamera über Wasser wirklich nur dann in die Hand, wenn es nicht anders geht.
Weiter geht es im nächsten Teil:
2.2: Brennweite und was das ist
unkreativ.net - 6. Apr, 15:25
schön