Der Bildsensor

Was zu analogen Zeiten der Film, ist in der Digitalfotografie der Bildsensor. Er fängt das Licht ein und wandelt es in ein Bild um. Jedes Pixel eines Bildsensors ist eine Fotodiode, welche die Helligkeitsinformationen registriert, die durch das Objektiv fallen. Diese Informationen werden dann in elektrische Impulse umgewandelt. Das ganze wird dann durch die Software in ein Bild umgerechnet und auf Speicherkarten geschrieben.

Das klingt recht einfach ist es aber nicht. Licht fällt in sehr unterschiedlicher Weise auf den Sensor und in unterschiedlichen Farben. Wenn man also nur lichtempfindliche Dioden aneinander reiht, bekommt man allenfalls ein schwarzweißes Bild. Damit Farbe ins Spiel kommt braucht man Fotodioden, die für unterschiedliche Farben empfindlich sind. Das sind die 3 Grundfarben Rot-Grün-Blau (RGB). Nun ist das menschliche Sehempfinden nicht für alle Farben gleich empfindlich. Es ergibt sich eine Verteilung von 25% Rot, 50% Grün und 25% Blau.

Schematische Darstellung eines BildsensorsWenn jetzt ein Sensor 10 Megapixel hat, wie viele rot-, grün- und blauempfindliche Pixel hat er dann? Genau: 2,5 Millionen rote, 2,5 Millionen blaue und 5 Millionen grüne Pixel! Aber müsste er bei 3 Farben nicht eigentlich 30 Millionen Fotodioden haben? Im Prinzip ist das wohl richtig, aber jetzt kommt die Software ins Spiel. Die fehlende Pixel werden einfach hinzuinterpoliert. Das hört sich alles recht simpel an. Wenn man allerdings bedenkt, dass die Software die gewonnen Bildinformationen blitzschnell mit  tausenden von gespeicherten Vergleichsbildern abgleicht, die passenden Informationen herausfiltert und zum gerade entstandenen Bild hinzurechnet, weiß man, welche ungeheure Ingenieurleistung hinter dieser Technologie steckt. Grundsätzlich unterscheidet man z.Zt. 3 verschiedene Bildsensoren und eine von Fuji entwickelte Variante.

CCD und CMOS
Digitalkameras arbeiten entweder mit einem CCD- (Charge Coupled Devices) oder CMOS-Sensor  (Complementary Metal-Oxide Semiconductor).

CCD
Am weitesten verbreitet bei Einsteiger-, Mittelklasse- und Profikameras ist der CCD-Sensorchip. Fällt Licht auf ein CCD-Element, werden Elektronen freigesetzt, die sich im zugehörigen Kondensator sammeln. Die elektrische Ladung ist umso höher, je mehr Licht einfällt. Es entsteht ein Datenstrom, der aus einzelnen Helligkeitswerten besteht, welche ein Analog-Digital-Wandler in digitale Daten umrechnet.

CMOS
CMOS-Sensoren werden vor allem in preiswerten Kameras und auch im Profisegment eingesetzt. Sie arbeiten ähnlich wie CCD-Sensoren.CMOS-Zellen lassen sich einzeln adressieren und auslesen. Sie lassen sich günstiger fertigen und verbrauchen weniger Strom.

In letzter Zeit zeichnet sich jedoch ein Trend ab, der im (semi-)professionellen Bereich den Ausschlag für CMOS zu geben scheint. Nach Canon hat nun auch Nikon seinen neuesten Modellen jeweils einen CMOS-Sensor spendiert und man hört, dass andere Hersteller nachziehen wollen.

Der Foveon-Sensor
Dieser Bildsensor unterscheidet sich fundamental von CCD und CMOS. Der Sensor nimmt die RGB-Farben in drei übereinanderliegende Schichten auf, ähnlich wie ein herkömmlicher Film. Während herkömmliche Sensoren jeweils nur eine Farbe pro Pixel auslesen kann, sind es beim Foveon deren drei. Foveons Technik nimmt also ingesamt 75% mehr blaue, 75% mehr rote und 50% mehr grüne Pixel auf als CCD, was zu höherer Schärfeleistung und bessere Farbwiedergabe bei gleicher Pixelauflösung führt.

Der Foveon speichert also auf einem Drittel der Pixel die gleichen Bildinformationen wie CCD und CMOS. Dieser vermeintliche Vorteil wurde im Verkauf dann zum großen Handicap, denn die Verbraucher schielten auf immer höhere Megapixel, die bei diesem Sensor gar nicht erforderlich sind. Das ist wohl der Hauptgrund, warum sich diese Technik bisher nicht auf breiter Front durchsetzen konnte.

Der SMPD Bildsensor-Chip

Im Augenblick geistert ein neuer Typ Bildsensoren durch die Gazetten. Es handelt sich dabei um den neuen SMPD Bildsensor-Chip, der selbst bei sehr wenig Licht noch rauschfreie Bilder liefern soll. Außerdem soll er ca 2000 mal lichtempfindlicher sein, als herkömmliche Sensoren. Warten wir einmal ab, ob dieser Wunderchip marktreife erlangt und was er dann kosten soll!

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