Donnerstag, den 30. Juni 2011

Beste Bildqualität mit 6 Megapixeln!

30. Juni 2011

Der beste Kompromiss für eine Kompaktkamera ist ein Sensor mit 6 Millionen Pixeln oder besser eine Pixelgröße von > 3µm.

Eine Digitalkamera mit 12 Millionen Pixeln ist besser, als eine mit 6 Millionen. ‘Stimmt’ werden Sie jetzt vielleicht sagen, weil Sie immer gehört haben, dass viele Pixel gut sind.

Stimmt nicht (!!!), müssen wir leider sagen, wenn es sich um eine Kompaktkamera handelt.

Wir, das sind die Mitarbeiter der Firma Image Engineering, ein unabhängiges Testlabor für digitale Kameras, das unter anderem die Tests für die Zeitschriften Color Foto und c’t durchführt.

Seit einiger Zeit beobachten wir, dass die Bildqualität der digitalen Kameras schlechter wird anstatt besser. Der Grund hierfür ist, dass die Bildsensoren in der Kamera in immer mehr und damit kleinere Pixel aufgeteilt werden. Welche Konsequenzen das hat, möchten wir auf dieser Website verdeutlichen.

Der Grund, warum wir sie ins Leben gerufen haben, ist die Spirale in der wir uns derzeit befinden und aus der wir ausbrechen müssen. Die meisten Menschen haben gehört, dass viele Pixel eine gute Kamera ausmachen und kaufen deshalb die Kameras mit den meisten Pixeln. Die Hersteller produzieren also Kameras mit immer mehr Pixeln, damit sie sich gut verkaufen. Was auf der Strecke bleibt, ist die Qualität der Bilder.

Diese Website ist ein kleiner Beitrag zur Aufklärung und wird hoffentlich in der Öffentlichkeit und auch von den Herstellern entsprechend wahrgenommen.

kompromiss.jpg
6 Megapixel- Der beste Kompromiss zwischen Pixelanzahl und Bildstörung.
Hier ist überspitzt dargestellt: die Zunahme der Details mit mehr Pixeln und die Zunahme der Störungen, wenn die Pixel zu klein werden.

1995- In diesem Jahr kamen die ersten kompakten Digitalkameras auf den Markt (Casio QV-10, Kodak DC 40 etc.). Diese Kameras hatten eine sehr geringe Pixelanzahl und lieferten deshalb Bilder, die auf Papier gedruckt nicht wirklich ansehnlich waren. Die Fotopresse bemängelte die geringe Pixelzahl und die Hersteller reagierten mit entsprechenden Kameras. Bereits 1996 gab es dann die Kameras mit 800.000 Pixeln und 1998 wurde die 2 Megapixel Kamera zum Standard.

Nun war die Pixelanzahl ausreichend, um ein 10 x 15 cm Bild in sehr guter Qualität zu drucken und auch der A4 Ausdruck sah sehr ordentlich aus. Zu dieser Zeit galt tatsächlich: „Je mehr Pixel, desto besser das Bild.“ Die Zahl der Pixel stellten den Flaschenhals für die Qualität dar. Jeder, der sich eine Kamera kaufte, hat das mitbekommen und es setzte sich in den Köpfen der Menschen fest.

Die Zeit ging ins Land und wir erreichten zur Photokina 2004 die 6 Megapixel im Bereich der Kompaktkameras. Die Experten sind sich einig, dass 6 Megapixel unter üblichen Aufnahmebedingungen einer durchschnittlichen Aufnahme auf Kleinbildfilm entsprechen. Von da an ging es leider mit der Bildqualität stetig bergab.

Die Anfang 2005 erschienenen 8 Megapixel Modelle zeigten bereits extreme Bildstörungen (das sogenannte Rauschen) bei mäßigen Lichtverhältnissen und Abbildungsfehler der Objektive wurden immer deutlicher. Diesen Problemen, die sich bei den heutigen 10 und 12 Megapixel Modellen noch verstärken, versucht man mit softwareseitiger Rauschunterdrückung und Bildverarbeitung bei zu kommen, was jedoch nur bedingt funktioniert. Und deshalb gilt heute leider:

Je mehr Pixel desto schlechter das Bild!“
Doch warum ist das so? Nun, Kompaktkameras sollen klein und preiswert sein. Aus diesem Grunde werden Bildsensoren in die Kameras eingebaut, die recht klein sind. Das meint Sensoren in Formaten mit beispielsweise 7,5 x 9,4 mm oder in den kleinen Kameras 5,4 x 6,8 mm. Damit diese Kameras entsprechend viele Pixel liefern, werden die gleich klein bleibenden Sensoren immer feiner unterteilt.

sensor-gros.jpg sensor-klein.jpg

Das lässt für jedes Pixel natürlich entsprechend weniger Licht übrig mit der Folge, dass die Lichtempfindlichkeit der Kamera abnimmt und sich das Rauschen stärker bemerkbar macht. Gleichzeitig sollen die mehr Pixel ja auch zu einer besseren Detailwiedergabe (Auflösung) führen, was bessere Objektive mit einer höheren Auflösung und geringeren Abbildungsfehlern (chromatische Aberration) voraussetzt. Jedoch sind bessere Objektive auch größer und werden dem Wunsch nach einer ‘kleinen’ Kamera nicht gerecht.

Die Pixel werden inzwischen so klein, dass das physikalische Phänomen der Beugung dazu führt, dass die Detailwiedergabe bei kleineren Blendenöffnungen (teilweise schon ab Blende 3,5) abnimmt. Hinzu kommt, dass die Dateigrößen bei Kameras mit 12 Megapixeln ausgepackt bei 36 MB pro Bild liegen. Diese Datenflut führt bei vielen Bildern zu enormen Bearbeitungszeiten und zu großem Speicherbedarf. Entscheidend für die gezeigten Probleme ist also eigentlich nicht die Anzahl der Pixel, sondern deren Größe. Nur, die Pixel größer machen heißt den Sensor vergrößern und damit auch die Kamera mit Objektiv, was jedoch, wie der Name ja schon sagt, bei Kompaktkameras unerwünscht ist.

Digitale SLRs mit vielen Pixeln sind o.k.
Für digitale Spiegelreflexkameras gilt diese Betrachtung so nicht, weil der Sensor dieser Kameras und damit jedes Pixel sehr viel größer ist. Dadurch werden die Kameras lichtempfindlicher und zeigen geringeres Rauschen. Die hochwertigen Objektive liefern die notwendige Auflösung und die Kameras sind auf große Datenmengen ausgelegt.

Der beste Kompromiss für eine Kompaktkamera ist ein Sensor mit 6 Millionen Pixeln oder besser eine Pixelgröße von > 3µm.

Wir haben für Sie die Sensorgrößen einmal im Vergleich und im Foto dargestellt und berechnet, wie viele Pixel auf dem Sensor Platz finden, wenn jedes Pixel 3µm groß sein soll, was wir als Mindestmaß für eine gute Bildqualität ansehen.

Sensorgrößen im Vergleich

Sensorgröße Pixelanzahl
[Megapixel]
Sensorgröße Pixelanzahl
[Megapixel]
35 mm 96 MP 2/3″ 6 MP
APS-C 37 MP 1/1,8″ 4 MP
4/3″ 27 MP 1/2,5″ 2,7 MP

Pixelanzahl berechnet für 3µm Pixelgröße.

Hier nochmal die realen Sensoren fotografiert:

Bildsensoren

Bitte lesen Sie weiter: Lichtempfindlichkeit

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Donnerstag, den 30. Juni 2011

Chromatische Aberration

30. Juni 2011

Es gibt einen Abbildungsfehler, den Objektive an Kameras zeigen und der mit höher werdender Auflösung immer klarer hervortritt: die chromatische Aberration. Dabei handelt es sich um einen leicht unterschiedlichen Abbildungsmaßstab für die einzelnen Lichtwellenlängen (Farben). Das heißt, wenn ein Bild zum Beispiel ein Auto zeigt, so wird das rote Bild etwas kleiner als das grüne und das blaue.

De facto zeigt das Resultat in der Bildmitte ein normales Ergebnis und zum Bildrand hin bekommen hochkontrastige Kanten einen Farbsaum. Dieses Phänomen wird mit zunehmender Pixelanzahl immer stärker sichtbar. Es lässt sich jedoch über die Bildverarbeitung in der Kamera nahezu vollständig beheben, sofern die Kamera dieses auch tut. Die üblichen Bildbearbeitungsprogramme bieten meist keine geeigneten Werkzeuge, um chromatische Aberration zu korrigieren.

chromatische-aberration.jpg

Mittwoch, den 17. Oktober 2007

Auflösungsmessung

17. Oktober 2007

Der ISO 12233 Standard befasst sich mit der Auflösung digitaler Kameras. Er beifndet ishc der zeit in der Überarbeitung.

Hierfür habe ich zusammen mit einer Reihe von Kollegen ein neues Verfahren entwickelt, das in Kürze der öffentlichkeit zugänglich gemacht wird. Bis dahin kann das aktuelle Verfahren verwendet werden.

Wer die Auflösung digitaler Kameras nach der aktuellen ISO 1233 messen möchte, der benötigt ein Test Chart, das sich unter Image Engineering IE Testcharts findet.

Auswertesoftware dazu gibt es zum einen von der CIPA als Unterstützung für die visuelle Analyse.

Für die SFR Analyse gibt es ebenfalls eine Freeware als download von der I3A.

Mittwoch, den 17. Oktober 2007

Leitfaden digitale Fotografie

17. Oktober 2007
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p>Von der ECI (European Color Initiative) und dem adf (arbeitskreis digitale fotografie) wurde im Jahr 2004 der Leitfaden Digitale Fotografie unter meiner Federführung erstellt und liegt bei den genannten Organisationen zum Download bereit.

Der Leitfaden Digitale Fotografie.

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