Ein Pixel des fertigen Bildes ist dagegen ein digitaler Bildpunkt. Das ist nicht in jedem technischen Zusammenhang exakt dasselbe wie ein einzelnes lichtempfindliches Element auf dem Sensor. Gerade bei Farbfilteranordnungen und speziellen Sensorarchitekturen lohnt es sich deshalb, zwischen physischem Sensorelement und resultierendem Bildpixel zu unterscheiden.<\/p>\n\n\n\n
Für den fotografischen Alltag reicht meist die vereinfachte Vorstellung vieler lichtempfindlicher Elemente. Wenn es jedoch um Auflösung, Farbinterpolation oder spezielle Sensortechnik geht, wird die Unterscheidung wichtig.<\/p>\n\n\n\n
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Ein kurzer Blick zurück: von CCD zu CMOS<\/h2>\n\n\n\n
Die Geschichte digitaler Bildsensoren ist eng mit CCD<\/strong> und CMOS<\/strong> verbunden. CCD-Sensoren waren lange eine wichtige Technologie in digitalen Kameras. Bei ihnen werden die erzeugten Ladungen schrittweise zur Ausleseelektronik weitergereicht.<\/p>\n\n\n\nCMOS verfolgt eine andere Architektur und erlaubt stärker parallele Auslesestrukturen. Mit der technischen Weiterentwicklung setzte sich CMOS in digitalen Consumer-Kameras zunehmend durch.<\/p>\n\n\n\n
Die Entwicklung blieb dabei nicht stehen. Rückwärtig belichtete und später gestapelte Konstruktionen zeigen, dass auch der heute allgegenwärtige CMOS-Sensor kein feststehendes Konzept ist. Sony brachte beispielsweise 2009 rückwärtig belichtete CMOS-Sensoren in die Serienproduktion und stellte 2012 seine Stacked-CMOS-Technik vor.<\/p>\n\n\n\n
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Der Bildsensor ist die Stelle in der Digitalkamera, an der aus Licht zunächst ein elektrisches und schließlich ein digitales Signal wird. Seine Größe, Auflösung, Architektur und Auslesetechnik beeinflussen deshalb wesentlich, welche technischen Möglichkeiten eine Kamera bietet.<\/p>\n\n\n\n
Für Dich als Fotograf ist aber vor allem der Zusammenhang wichtig: Sensorgröße, Megapixel, Rauschen, Dynamikumfang und ISO sind keine voneinander unabhängigen Datenblattwerte. Sie hängen auf unterschiedliche Weise mit der Erfassung und Verarbeitung des einfallenden Lichts zusammen.<\/p>\n\n\n\n
Wer das verstanden hat, kann technische Angaben zu Kameras wesentlich besser einordnen – ohne daraus eine Rangliste zu machen.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Das digitale Herz der Kamera Objektiv, Blende und Verschlusszeit bekommen beim Fotografieren viel Aufmerksamkeit. Doch am Ende ihrer Reise trifft das Licht auf ein Bauteil, ohne das eine Digitalkamera kein Bild aufzeichnen k\u00f6nnte: den Bildsensor. Er \u00fcbernimmt vereinfacht gesagt die Aufgabe, die fr\u00fcher der Film hatte. Ganz gleich ist beides allerdings nicht. Ein moderner Sensor nimmt Licht nicht einfach nur auf, sondern wandelt es in elektrische Signale um, die anschlie\u00dfend von der Kamera weiterverarbeitet werden. Seine Gr\u00f6\u00dfe, Aufl\u00f6sung und Bauweise beeinflussen deshalb viele Eigenschaften einer Kamera \u2013 von der Bildqualit\u00e4t \u00fcber das Rauschverhalten bis zur m\u00f6glichen Auslesegeschwindigkeit. Definition: Was ist ein Bildsensor? Ein Bildsensor ist ein lichtempfindliches elektronisches Bauteil einer Digitalkamera. Er sitzt hinter dem Objektiv und wandelt das auftreffende Licht in elektrische Signale um. Aus diesen Messwerten entstehen nach weiterer Verarbeitung die digitalen Bilddaten. Die Sensorfl\u00e4che besteht aus sehr vielen lichtempfindlichen Elementen. Vereinfacht kann man sie sich als winzige Messstellen vorstellen, die registrieren, wie viel Licht w\u00e4hrend der Belichtung auf sie trifft. Damit ist der Bildsensor eine der zentralen Schnittstellen zwischen Optik und digitalem Bild: Das Objektiv erzeugt ein optisches Bild \u2013 der Sensor macht daraus messbare Daten. Wie aus Licht ein digitales Bild wird W\u00e4hrend der Belichtung f\u00e4llt das vom Objektiv geb\u00fcndelte Licht auf den Sensor. In dessen lichtempfindlichen Bereichen, den Photodioden, werden Photonen in elektrische Ladung umgesetzt. Je mehr Licht eine Photodiode empf\u00e4ngt, desto st\u00e4rker ist grunds\u00e4tzlich das erzeugte Signal. Bei modernen CMOS-Sensoren befinden sich au\u00dferdem elektronische Schaltungen zur Auslesung und Verarbeitung auf beziehungsweise in Verbindung mit dem Sensor. Das zun\u00e4chst analoge Signal wird schlie\u00dflich digitalisiert und steht der weiteren Bildverarbeitung zur Verf\u00fcgung. CMOS-Sensoren erlauben durch ihre Architektur eine schnelle und vergleichsweise energieeffiziente Auslesung. Dabei gibt es einen wichtigen Punkt, der leicht \u00fcbersehen wird: Ein einzelnes lichtempfindliches Sensorelement erkennt zun\u00e4chst vor allem die Menge des einfallenden Lichts, nicht einfach direkt dessen Farbe. Bei den meisten \u00fcblichen Kameras sorgt deshalb ein Farbfiltermuster \u00fcber den lichtempfindlichen Elementen daf\u00fcr, dass unterschiedliche Bereiche beispielsweise rotes, gr\u00fcnes oder blaues Licht erfassen. Aus diesen Informationen berechnet die Kamera beziehungsweise sp\u00e4ter der RAW-Konverter die Farbwerte des fertigen Bildes. Der Bildsensor liefert also nicht einfach ein bereits fertiges Foto. Zwischen dem einfallenden Licht und dem Bild auf dem Display liegen mehrere Schritte der Erfassung, Digitalisierung und Verarbeitung. Warum die Sensorgr\u00f6\u00dfe wichtig ist Wenn von Bildsensoren gesprochen wird, tauchen schnell Begriffe wie Vollformat, APS-C, Micro Four Thirds oder 1-Zoll-Sensor auf. Sie beschreiben unterschiedliche Sensorformate. Die Sensorgr\u00f6\u00dfe hat mehrere praktische Auswirkungen. Bei gleichem Bildwinkel und gleicher Aufnahmeposition beeinflusst sie unter anderem, welche Brennweite ben\u00f6tigt wird und welche Sch\u00e4rfentiefe sich bei vergleichbarer Bildgestaltung ergibt. Deshalb spielt der sogenannte Crop-Faktor beim Vergleich verschiedener Kamerasysteme eine Rolle. Auch bei der Bildqualit\u00e4t kann die Sensorfl\u00e4che relevant sein. Ein gr\u00f6\u00dferer Sensor bietet grunds\u00e4tzlich mehr Fl\u00e4che zum Sammeln von Licht. Wie gut eine Kamera dieses Potenzial tats\u00e4chlich nutzt, h\u00e4ngt allerdings zus\u00e4tzlich von Pixelgr\u00f6\u00dfe, Sensortechnik, Ausleseelektronik und Bildverarbeitung ab. Die einfache Aussage \u201egr\u00f6\u00dferer Sensor gleich besseres Bild\u201c greift daher zu kurz. Ein kleinerer Sensor kann beispielsweise eine kompaktere Kamera erm\u00f6glichen und bei Natur- oder Telefotografie durchaus praktische Vorteile bieten. Ein gr\u00f6\u00dferer Sensor wiederum kann unter bestimmten Bedingungen Vorteile bei Rauschen und Dynamikumfang bieten und erm\u00f6glicht andere Kombinationen aus Bildwinkel und Sch\u00e4rfentiefe. Die Sensorgr\u00f6\u00dfe ist deshalb keine Qualit\u00e4tsnote, sondern zun\u00e4chst eine technische und gestalterische Eigenschaft des Kamerasystems. Sensorformate im kurzen \u00dcberblick 1-Zoll-SensorMit etwa 13,2 \u00d7 8,8 mm gr\u00f6\u00dfer als viele Sensoren klassischer Kompaktkameras, aber kleiner als Micro Four Thirds. Der Crop-Faktor gegen\u00fcber Vollformat betr\u00e4gt ungef\u00e4hr 2,7. Micro Four ThirdsEtwa 17,3 \u00d7 13 mm gro\u00df und mit einem Crop-Faktor von 2 ein vergleichsweise kompaktes Sensorformat. APS-CJe nach Hersteller ungef\u00e4hr 22 bis 24 \u00d7 15 bis 16 mm gro\u00df. Der Crop-Faktor liegt typischerweise bei etwa 1,5 beziehungsweise 1,6. VollformatMit ungef\u00e4hr 36 \u00d7 24 mm entspricht dieses Format in seinen Abmessungen dem Aufnahmeformat des klassischen Kleinbildfilms. Sensorgr\u00f6\u00dfe und Megapixel sind zwei verschiedene Dinge Ein h\u00e4ufiger Denkfehler besteht darin, Sensorgr\u00f6\u00dfe und Aufl\u00f6sung miteinander gleichzusetzen. Eine Kamera mit 40 Megapixeln besitzt nicht automatisch einen gr\u00f6\u00dferen Sensor als eine Kamera mit 24 Megapixeln. Die Megapixelzahl beschreibt zun\u00e4chst, aus wie vielen Bildpunkten das resultierende Bild aufgebaut werden kann. Die Sensorgr\u00f6\u00dfe beschreibt dagegen die physische Fl\u00e4che des Sensors. So k\u00f6nnen zwei gleich gro\u00dfe Sensoren sehr unterschiedliche Aufl\u00f6sungen besitzen. Eine hohe Aufl\u00f6sung kann praktisch sinnvoll sein, wenn Du gro\u00dfe Ausdrucke erstellen m\u00f6chtest oder h\u00e4ufig Bildausschnitte verwendest. Gleichzeitig steigen unter anderem die Anforderungen an Objektiv, Fokussierung, Aufnahmetechnik, Verarbeitung und Speicherplatz. Mehr Megapixel sind deshalb nicht automatisch besser \u2013 aber ebenso wenig grunds\u00e4tzlich schlechter. CMOS, BSI und Stacked \u2013 was steckt dahinter? In heutigen Digitalkameras dominieren CMOS-Sensoren. Die fr\u00fcher ebenfalls verbreiteten CCD-Sensoren spielen in aktuellen Fotokameras nur noch eine geringe Rolle. CMOS erm\u00f6glicht unter anderem schnelle Ausleseverfahren und einen vergleichsweise niedrigen Energiebedarf. Innerhalb der CMOS-Technik gibt es unterschiedliche Bauweisen. Bei einem BSI-Sensor \u2013 Back Side Illuminated, also r\u00fcckw\u00e4rtig belichtet \u2013 ist der Aufbau so gestaltet, dass das Licht die lichtempfindlichen Bereiche erreichen kann, ohne zuvor in gleichem Ma\u00df durch dar\u00fcberliegende Verdrahtungsstrukturen behindert zu werden. Dadurch kann Licht effizienter genutzt werden. Ein Stacked Sensor trennt bestimmte Sensorbereiche auf unterschiedliche Ebenen. Pixelbereich und Verarbeitungsschaltungen k\u00f6nnen dadurch st\u00e4rker unabh\u00e4ngig voneinander optimiert werden. Das schafft unter anderem M\u00f6glichkeiten f\u00fcr leistungsf\u00e4higere und schnellere Signalverarbeitung auf engem Raum. Solche Begriffe beschreiben also nicht einfach verschiedene Sensorgr\u00f6\u00dfen, sondern unterschiedliche technische Konstruktionen. Was bedeutet der Bildsensor in der fotografischen Praxis? Stell Dir vor, Du fotografierst am Abend eine Stra\u00dfenszene. Das Licht wird schw\u00e4cher, Menschen bewegen sich und Du m\u00f6chtest trotzdem eine ausreichend kurze Belichtungszeit verwenden. Du erh\u00f6hst den ISO-Wert. Dabei wird der Sensor nicht pl\u00f6tzlich lichtempfindlicher wie ein Film, den Du gegen einen empfindlicheren Film austauschst. Vereinfacht gesagt ver\u00e4ndert die Kamera die Verarbeitung beziehungsweise Verst\u00e4rkung des vom Sensor erzeugten Signals. Mit steigender ISO-Einstellung wird dadurch auch das im Signal vorhandene Rauschen st\u00e4rker relevant. Hier zeigt sich, warum Sensortechnik in der Praxis wichtig ist: Wie viel Licht erfasst werden kann, wie gro\u00df das nutzbare Signal gegen\u00fcber verschiedenen Rauschanteilen ist und wie die Daten ausgelesen werden, beeinflusst den fotografischen Spielraum. \u00c4hnliches gilt bei Motiven mit sehr hellen und sehr dunklen Bereichen. Wie gro\u00dfe Helligkeitsunterschiede der Sensor in einer Aufnahme sinnvoll erfassen kann, beschreibt sein Dynamikumfang. Moderne Sensorarchitekturen werden unter anderem darauf optimiert, mehr Licht nutzbar zu machen, Rauschen zu reduzieren, gr\u00f6\u00dfere Ladungsmengen zu speichern oder Daten schneller auszulesen. Ein Bildsensor arbeitet nicht allein Dem Sensor wird gerne ein sehr gro\u00dfer Anteil an der Bildqualit\u00e4t zugeschrieben. Das ist verst\u00e4ndlich, aber fotografisch nur ein Teil der Geschichte. Vor dem Sensor sitzt das Objektiv. Blende und Verschlusszeit bestimmen zusammen mit dem vorhandenen Licht die Belichtung. Die Fokussierung entscheidet dar\u00fcber, wo die Sch\u00e4rfe liegt. Anschlie\u00dfend beeinflussen Signalverarbeitung, RAW-Entwicklung, Rauschreduzierung und weitere Bearbeitung das Ergebnis. Und \u00fcber allem steht nat\u00fcrlich die eigentliche Fotografie: Motiv, Licht, Perspektive und Bildgestaltung. Ein moderner Sensor kann Dir technisch erstaunliche M\u00f6glichkeiten geben. Ein interessantes Foto findet er deshalb noch lange nicht f\u00fcr Dich. Abgrenzung: Sensor, Pixel und Photosite Die Begriffe Sensor, Pixel und Photosite werden im Alltag h\u00e4ufig etwas locker verwendet. Der Sensor ist das gesamte elektronische Bauteil. Auf seiner Fl\u00e4che befinden sich die einzelnen lichtempfindlichen Strukturen. Daf\u00fcr wird h\u00e4ufig der Begriff Photosite verwendet. Ein Pixel des fertigen Bildes ist dagegen ein digitaler Bildpunkt. Das ist nicht in jedem technischen Zusammenhang exakt dasselbe wie ein einzelnes lichtempfindliches Element auf dem Sensor. Gerade bei Farbfilteranordnungen und speziellen Sensorarchitekturen lohnt es sich deshalb, zwischen physischem Sensorelement und resultierendem Bildpixel zu unterscheiden. F\u00fcr den fotografischen Alltag reicht meist die vereinfachte Vorstellung vieler lichtempfindlicher Elemente. Wenn es jedoch um Aufl\u00f6sung, Farbinterpolation oder spezielle Sensortechnik geht, wird die Unterscheidung wichtig. Ein kurzer Blick zur\u00fcck: von CCD zu CMOS Die Geschichte digitaler Bildsensoren ist eng mit CCD und CMOS verbunden. CCD-Sensoren waren lange eine wichtige Technologie in digitalen Kameras. Bei ihnen werden die erzeugten Ladungen schrittweise zur Ausleseelektronik weitergereicht. CMOS verfolgt eine andere Architektur und erlaubt st\u00e4rker parallele Auslesestrukturen. Mit der technischen Weiterentwicklung setzte sich CMOS in digitalen Consumer-Kameras zunehmend durch. Die Entwicklung blieb dabei nicht stehen. R\u00fcckw\u00e4rtig belichtete und sp\u00e4ter gestapelte Konstruktionen zeigen, dass auch der heute allgegenw\u00e4rtige CMOS-Sensor kein feststehendes Konzept ist. Sony brachte beispielsweise 2009 r\u00fcckw\u00e4rtig belichtete CMOS-Sensoren in die Serienproduktion und stellte 2012 seine Stacked-CMOS-Technik vor. Der Bildsensor ist die Stelle in der Digitalkamera, an der aus Licht zun\u00e4chst ein elektrisches und schlie\u00dflich ein digitales Signal wird. 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