Mittwoch, den 29. August 2007

Lichtempfindlichkeit

Die Tatsache, dass die Sensoren recht klein bleiben und in immer kleinere Pixel unterteilt werden, führt zu Problemen mit der Lichtempfindlichkeit. Die Erklärung hierfür ist einleuchtend. Das Objektiv lässt nach wie vor die gleiche Menge an Licht auf den gesamten Sensor fallen. Werden die Pixel immer kleiner und zahlreicher, bleibt für jedes Pixel weniger Licht übrig. Nun setzt jedes Pixel Licht in Elektronen um, die wir uns der Anschaung halber einmal als Wasser vorstellen, wobei das Pixel selber einen Eimer darstellt. Je nachdem, wie viel Licht auf das Pixel fällt, füllt sich der Eimer. Wenn er voll ist und noch mehr Licht ankommt, dann läuft er über. Das Ergebnis sind weiße Flächen im Bild.

park.jpg
Das “Überlaufen” der Eimer: Obwohl das Bild korrekt belichtet ist, sind Details in den hellen Bereichen (Wolken), sowie in den dunklen Bereichen (Schatten des Baumes) nicht mehr zu erkennen.

Wird ein großes Pixel in beispielsweise 4 kleine unterteilt, bedeutet das: die Eimer werden kleiner und bekommen auch nur noch ein Viertel des Wassers ab. Es wird eine bestimmte Mindestmenge an Wasser benötigt. Weil auf dem Transport hier und da schon einmal ein Tropfen danebenfällt oder aus einem anderen Eimer herüber schwappt, wird die aufgefangene Menge verfälscht.

Diese Mindestmenge ändert sich auch bei den kleinen Pixeln nicht. Das bedeutet, dass bei den kleinen Pixeln die minimale Lichtmenge 4 mal so groß sein muss, damit die notwendige Menge für jedes Pixel zusammenkommt. Gleichzeitig werden die Eimer auch kleiner, was zu einem schnelleren Überlaufen führt - das heißt, der Unterschied zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Bereich im Bild, der jeweils noch Details zeigt (Dynamikumfang), wird geringer. Um die geringere Empfindlichkeit wieder aufzufangen, wird das Signal aus dem Sensor verstärkt, womit auch kleinere „Wassermengen“ sichtbar gemacht werden. Jedoch stören die Tropfen des Verschüttens oder Überlaufens in Form von Rauschen das Bild.

Bitte klicken Sie auf ein Bild, um dessen Details zu sehen.

komplettbild-casio-exilim-z1200-iso-100.jpg
Komplettbild, ISO 100

Die folgenden Bildausschnitte sind aus Fotos von 4 verschiedenen Kameras mit unterschiedlicher Pixelanzahl gleich gewählt. Für jedes Bild gilt jeweils:

oben li.: Fuji F31 fd mit 6.3 Megapixeln, re.: Olympus 725 SW mit 7.1 Megapixeln
unten li.: Canon 950 IS mit 8.0 Megapixeln, re.: Casio Exilim Z1200 mit 12.1 Megapixeln

Die Kameras mit mehr als 6 Megapixeln wurden zufällig ausgewählt. Sie zeigen, basierend auf unseren Testerfahrungen, jedoch ein durchaus typisches Verhalten. Aus Gründen der Glaubwürdigkeit unserer Darstellungen haben wir uns für die Nennung der Kameratypen entschieden, wobei wir den Pixelwahn insgesamt und nicht einen bestimmten Hersteller oder Kameratyp besonders kritisieren wollen.

wald-ausschnitte-iso-100-mitte2.jpg wald-ausschnitte-iso-400-mitte.jpg
Bildmitte, ISO 100 Bildmitte, ISO 400

In “Bildmitte, ISO 100″ kann man besonders bei der Olympus, aber auch bei der Canon in den Baumstämmen, dem Weg und den Gebüschen auf der linken Seite ein “Glattbügeln” der Strukturen verzeichnen. Der Unterschied der Detailwiedergabe zwischen der 6.3 und der 12.1 Megapixelkamera ist jedoch nicht auffallend. Es ist sogar ersichtlich, dass auch die Casio “glattbügelt” und für sie leicht erkennbare Konturen scharf zeichnet. Dabei treten bei der Speicherung (JPEG Kompression) dann Störungen, zum Beispiel in Form von weißen Pünktchen auf (wie hier in den Gebüschen links).

In “Bildmitte, ISO 400″ wird sehr eindeutig, dass die Fuji F31 fd als einzige Kamera, die in diesem Vergleich die niedrigste Pixelanzahl hat, die höchste Detailwiedergabe aufweist, während die anderen nur noch “verschwommen” wirken.

wald-ausschnitte-iso-100-boden-links.jpg wald-ausschnitte-iso-400-boden-links.jpg
Bildrand, ISO 100 Bildrand, ISO 400

In den Ausschnitten von Bildrand, ISO 100 sieht man wenige Details bei der Olympus und nur mäßige bei der 8 und 12.1 Megapixelkamera. Bei den Letztgenannten wirken die Grashalme wie ineinander verschmolzen, einzelne Halme und Details auf dem Boden sind bei der 6.3 Fuji jedoch zu erkennen. Ganz deutlich ist es dann bei Bildrand, ISO 400: Die 6.3-Megapixelkamera weist als Einzige noch Details auf.

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