Lexikon Digitalfotografie

Bayer-Sensor

Mit Bayer-Sensor bezeichnet man einen Fotosensor, der, ähnlich einem Schachbrett, mit einem Farbfilter überzogen ist, das meist zu 50% aus Grün, und je 25% aus Rot und Blau besteht. Dabei wird berücksichtigt, dass das menschliche Auge auf Grün empfindlicher reagiert als auf andere Farben. Nach diesem Konzept der Bayer-Matrix (engl. Bayer-Pattern) arbeiten fast alle gebräuchlichen Farb-Sensoren in den Produkten für den normalen Konsumenten. Das Konzept dieses Sensortyps steht im Gegensatz zum Konzept der Foveon X3 Direkt-Bildsensoren. Die „Bayer-Matrix“ oder „Bayer-Filter“ ist nach ihrem Erfinder Bryce E. Bayer benannt, welcher am 5. März 1975 das Patent im Namen der Eastman Kodak Company in den USA einreichte (United States Patent 3,971,065; Patenttitel: Color imaging array).

Spekrale Empfindlichkeit der integrierten Farbfilter

Funktionsweise und Aufbau

Die lichtempfindlichen Zellen einer einzelnen Fotozelle auf dem Halbleiter können nur Helligkeitswerte erfassen. Um Farbinformationen zu erhalten, wird vor jeder einzelnen Zelle ein winziger Farbfilter in einer der drei Grundfarben Rot, Grün oder Blau aufgebracht. Die Filter sind beispielsweise in den ungeraden Zeilen in der Folge Rot-Grün und in den geraden Zeile in der Folge Grün-Blau aufgebracht. Jeder Farbpunkt (Pixel) liefert dementsprechend nur Informationen für eine einzige Farbkomponente an dieser Stelle, so dass für ein vollständiges Bild mit denselben Abmessungen die jeweils benachbarten Pixel derselben Farbe zur Farbinterpolation herangezogen werden müssen. Für Grün werden somit 50% der Pixel errechnet, bei Blau und Rot sind es jeweils 75% der Fläche (oder in einer Zeile 50% und in der Folgezeile 100% der Zeile), die durch Berechnung gefüllt werden müssen. Bei der Farbinterpolation unterstellt man, dass es im Bild zwischen zwei benachbarten Pixeln gleicher Farbe nur zu geringen Farbunterschieden kommt und somit die Grauwerte der Pixel nicht stochastisch unabhängig voneinander sind. Dies muss natürlich nicht in jedem Einzelfall für das zu erfassende Bildmotiv zutreffen.

Interpolation

Bilddatei

Eine Bilddatei ist eine Form, binär codierte Daten elektronisch zu speichern; der Inhalt der Datei wurde entweder digital errechnet (vgl. berechnetes Bild), oder durch Analog-Digital-Wandlung digitalisiert und kann daher vom menschlichen Betrachter unmittelbar weder als Bild erkannt, noch als Text gelesen werden.   Zur Visualisierung wird ein Gerät benötigt, das den Inhalt wieder in analoge Daten zurückwandelt (sog. Analog-Digital-Wandlung); ein solches Gerät ist der Computer, der mit Hilfe einer Bildbetrachtungssoftware das Bild am Monitor visualisieren kann. Man unterscheidet grundsätzlich zwischen einer Rastergrafik , die aus Bildpunkten ( Pixeln ) zusammengesetzt ist, und einer Vektorgrafik , die mit grafischen Primitiven beschrieben wird. Daneben werden verschiedene Grafikformate zur Speicherung der Bilddateien verwendet, beispielsweise JPEG , GIF , PNG , TIF oder das Rohdatenformat (RAW-Format) für Rastergrafiken bzw. WMF , EPS, CDR oder SVG für Vektorgrafiken . Bei Bilddateien einer Digitalkamera handelt es sich immer um Rastergrafiken.

Bilddateien auf dem Computer

Der Bildprozessor - auch als Bildverarbeitungs-Engine, Bildverarbeitungsprozessor oder Bildverarbeitungssystem bezeichnet - ist eine der wichtigsten Komponenten einer Digitalkamera. Neben dem Objektiv und dem Bildsensor spielt er eine wesentliche Rolle bei der Herstellung des digitalen Bildes. Seine Güte ist für die Qualität der Aufnahme mitentscheidend.

Die Fotodioden des Bildsensors erkennen lediglich Grauschattierungen. Zur Gewinnung von Farbinformationen werden die einzelnen Pixel mit Farbfiltern für Rot, Grün und Blau (RGB) versehen. Diese Filter sind zumeist nach der Bayer-Matrix angeordnet, d. h., neben je einem roten und einem blauen befinden sich zwei grüne Pixel. Da jede Fotodiode nur die Farbinformationen für genau ein Pixel aufzeichnet, wären ohne Bildprozessor neben jedem roten und blauen Bildpunkt zwei grüne zu sehen.

Der Bildprozessor ist eine Kombination aus Hardware (Prozessoren) und Software (Algorithmen). Er berechnet beispielsweise anhand der vom Bildsensor gelieferten Daten über die Chrominanz (Farbton und Farbsättigung) und Luminanz (Helligkeit) der individuellen Pixel die korrekten Farb- und Helligkeitswerte für jeden einzelnen Bildpunkt. Je besser die verwendeten Algorithmen, umso natürlicher die Farben und umso ausgewogener der Kontrast.

Dieser Prozess der Bilddatenverarbeitung ist äußerst komplex und beinhaltet viele verschiedene Abläufe. Sein Erfolg hängt wesentlich von der "Intelligenz" der verwendeten Algorithmen ab. Die wichtigsten Eigenschaften des Digitalbildes, auf die der Bildprozessor entscheidend Einfluss nimmt, sind:

Farbdarstellung

Der Bildprozessor wertet die Farb- und Helligkeitswerte jedes einzelnen Pixels aus und vergleicht die Informationen mit denen der benachbarten Bildpunkte. Ein komplexer Algorithmus berechnet die korrekte Farbe und Helligkeit des jeweiligen Pixels. Gleichzeitig analysiert der Bildprozessor das gesamte Bild, um die korrekte Kontrastverteilung zu ermitteln. Durch die Anpassung des Gammawertes (Erhöhen oder Verringern des Kontrastumfangs der Mitteltöne des Bildes) werden feine Farbverläufe - etwa bei der menschlichen Haut oder dem Blau des Himmels - realistischer dargestellt.

Rauschunterdrückung

Als Rauschen werden Störungen bezeichnet, die bei allen elektronischen Schaltkreisen auftreten. Auf Digitalfotos zeigt sich Bildrauschen in Form von unregelmäßig auftretenden Bildpunkten, die in Farbe und/oder Helligkeit von der Umgebung abweichen. Verstärkt wird der Effekt durch höhere Umgebungstemperaturen, längere Belichtungszeiten oder höhere ISO-Einstellungen.

Bei hohen ISO-Werten (= hoher Empfindlichkeit des Sensors) wird das elektronische Signal im Bildsensor angehoben und somit gleichzeitig das Rauschen verstärkt, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis sinkt. Der Bildprozessor versucht, Bild- und Störsignale voneinander zu trennen und so das Rauschen zu unterdrücken. Dies ist insbesondere bei Bildbereichen mit feinen Detailstrukturen schwierig. Werden diese fälschlicherweise vom Bildprozessor als Rauschen betrachtet und behandelt, verlieren sie an Zeichnung.

Glatte und scharfe Kanten

Nachdem die Farb- und Helligkeitswerte für jedes Pixel interpoliert wurden, zeichnet der Bildprozessor die Aufnahme etwas weich, um eventuelle Farbabweichungen in einzelnen Pixeln auszugleichen. Um dennoch ein scharfes und detailreiches Bild zu erhalten, werden anschließend Kanten und Konturen nachgeschärft. Die Qualität des Ergebnisses hängt davon ab, wie gut der Bildprozessor Kanten erkennt und diese glatt und ohne Überschärfen reproduziert.

Geschwindigkeit

Besonders angesichts der stetig steigenden Megapixel-Zahl bei Digitalkameras ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Bildprozessors zunehmend wichtig. Um Wartezeiten im Arbeitsablauf möglichst auszuschließen, müssen sie also auch hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit ständig optimiert werden.

Die Bildprozessoren unterschiedlicher Hersteller tragen verschiedene Bezeichnungen:

Canon - DIGIC
Nikon - EXPEED
Olympus - TruePic
Panasonic - VENUS Engine

Das „Charge Coupled Device“ (CCD; übersetzt etwa „ladungsgekoppeltes Bauteil“) ist ein integriertes elektronisches Bauteil zum Transport elektrischer Ladungen. CCDs wurden im Jahr 1969 von Willard Boyle und George E. Smith in den Bell Laboratories zur Datenspeicherung entworfen.

Animation: Ladungstransfer in einem CCD 'Eimerkettenprinzip'

Ein CCD funktioniert wie eine Eimerkette. Anstatt eines Eimers mit Wasser reicht eine CCD-Zelle die in ihr gespeicherte elektrische Ladung an die nächste Zelle weiter und wird selber mit der Ladung aus ihrem zweiten Nachbarn aufgefüllt. Somit entspricht die CCD einem analogen Schieberegister, bei dem der „Inhalt“ einer Speicherzelle in die benachbarte Zelle verschoben wird. Sind einige dieser Zellen lichtempfindlich oder mit Photodioden kombiniert, spricht man vom CCD-Fotosensor.

Ein CCD ist eine Kette von Kondensatoren, der Ladungstransport wird durch mindestens zwei überlappende Taktsignale gesteuert. Die Verschiebung geschieht also elektrostatisch. Derzeit (2006) sind Taktfrequenzen in CCD-Fotosensoren bis zu 50 MHz üblich.

Das CCD-Prinzip findet Anwendung z. B.:

• Zur sequenziellen Ausgabe simultaner elektrischer Signale, z. B. in CCD-Sensoren.
• Als Verzögerungsketten von elektrischen Signalen.
• Als Zwischenspeicher zum analogen Abtasten von elektrischen Signalen, z. B. in Speicher-Oszilloskopen.

Formen

CF-Karten gibt es nicht nur als Speicherkarten. Obwohl das der häufigste Anwendungsbereich ist, existieren unter anderem GPS-Empfänger, Kameras, serielle oder WLAN-Karten in der Bauform CF-II (siehe Standards weiter unten).

Schnittstelle

Die Schnittstelle ist (E)IDE-kompatibel.

Aufbau

Drei Ansichten einer CompactFlash-Typ-I-Karte

Loox 720 CF-II slot

Ein Microdrive

Eine 256 MB CompactFlash-Typ-I-Karte von innen.

Der Klassiker: CF-Karte zur Bildspeicherung

Marktanteil

Bei digitalen Speichermedien (z. B. für Digitalkameras) war die CompactFlash-Technologie lange Zeit Marktführer, wurde aber in den letzten Jahren von der SecureDigital-Card (SD) verdrängt.

Lediglich bei digitalen Spiegelreflexkameras und bei digitalen High-End-Kompaktkameras setzt man auch bei den neueren Modellen noch auf CompactFlash-Karten, vor allem wegen der höheren Schreibgeschwindigkeit und den größeren verfügbaren Speicherkapazitäten. Allerdings geht auch hier bei Modellen für das Amateur- und Einsteigersegment der Trend zu SD-Cards. Profikameras verwenden noch durchgängig CF-Karten als Standard.

Vorteile sind die Robustheit der Karten, das einfachere Hantieren, das gute Preis-Kapazitäts-Verhältnis und die gute Verfügbarkeit von Karten mit großer Speicherkapazität. Es gibt sogar Karten mit besonderem Spritzwasserschutz.

Ferner gibt es für den CF-Steckplatz günstige Adapter, mit denen beliebige andere Speicherkarten in Kameras am CF-Steckplatz genutzt werden können. Insofern hat man mit CF alle Freiheiten und kann auch zukünftige Speichergrößen und Standards nutzen.

Standards

• Bauformen
  • CF-Typ I (42,8 mm × 36,4 mm × 3,3 mm)
  • CF-Typ II (42,8 mm × 36,4 mm × 5,0 mm), mitunter fälschlich als "Microdrive-kompatibel" bezeichnet, da alle Microdrives Typ-II-Karten sind.

Der einzige Unterschied ist also die Dicke der Bauform. Daher funktionieren Typ-I-Karten auch in einem Typ-II-Slot. Erstere sind aber weitaus häufiger.

Während die äußere Form unverändert blieb, machte der Fortschritt neue CF-Standards nötig.

• CompactFlash 1.0 (1994)
  • 8,3 MB/s (PIO Mode 2)

• CompactFlash+, auch CompactFlash I/O (1997)
  • Karten, die keine Speicherfunktion haben, sondern beispielsweise Radioempfang ermöglichen.

• CompactFlash 2.0 (2003)
  • 16,6 MB/s (PIO Mode 4)
  • 128 GB mögliche Kapazität, wie bei IDE
  • Ende 2003 wurde die Integration stark beschleunigender DMA-Zugriffe beschlossen; bei CF 2.0-Karten ab Mitte 2004 integriert.

• CompactFlash 3.0 (2004)
  • 66 MB/s (UDMA 66)
  • 25 MB/s im PC-Card-Modus
  • Karte per Passwort schützbar

• CompactFlash 4.0 (2006)
  • 133 MB/s (UDMA 133)
  • Karte per Passwort schützbar
  • Kapazität bis 137 GB

Diese Standards sind auf- und abwärtskompatibel.

Daten verfügbarer CF-Karten

Diese Angaben variieren natürlich je nach Hersteller und Produktreihe. Ebenso wird unter Bezeichnungen wie "Pro, Ultra und Extreme" recht Unterschiedliches verstanden. Beim Marktführer Sandisk erreichen Ultra II-Karten eine Übertragungsrate von über 10 MB/s (lesen) bzw. 9 MB/s (schreiben), Extreme III über 20 MB/s bzw. über 30 MB/s ab 2008 (lesen und schreiben) und Extreme IV über 40 MB/s (lesen und schreiben).

Anwendungsgebiete

Da sie keine beweglichen Teile besitzen, eignen sich CF-Karten außerdem für den Einsatz in rauhen Industrie- oder Mobilumgebungen. Häufig werden sie dort als einziger Festspeicher benutzt. Die Industriecomputer einiger Hersteller können wahlweise mit fest integriertem CF-Slot oder IDE-Port konfiguriert werden. In diesem Fall wird die CompactFlash-Karte meist neu partitioniert und mit einem anderen Dateisystem als dem standardmäßig ausgelieferten formatiert. Für Linux- oder QNX-Systeme ist das gängige Praxis.

Aufgrund der Ähnlichkeit zum PC-Card-Standard ist es für Hersteller einfach, diese Karten auch als CF-Variante anzubieten; sie werden dann als CF I/O bezeichnet. So sind PDAs aufrüstbar mit Digitalkamera, GPS-Empfänger, Radio-Empfänger, Netzwerkkarte, WLAN-Karte, Modemkarte, serieller Schnittstelle, USB-Host-Adapter oder gar Grafikkarte zum Anschluss externer Monitore.

Das DX-Format ist ein Sensorformat der digitalen Spiegelreflexkameras von Nikon.

Durch das gegenüber Kleinbild verkleinerte Format ist ein Formatfaktor zu berücksichtigen. Dieser wird für das DX-Format üblicherweise mit 1,5 angegeben. Die tatsächlichen Formate der Sensoren variieren geringfügig, siehe nachfolgende Tabelle:

Da einige der Sensoren auch für Digitalkameras von Pentax, Konica Minolta und Sony verwendet werden, hat sich das DX-Format faktisch auch bei diesen Herstellern zum Standard entwickelt. Es wird dort aber nicht als DX-Format bezeichnet.

Als erster Hersteller führte Nikon 2002 spezielle Objektive für das kleinere Sensorformat ein, die DX-Nikkore. Diese sind auf den verkleinerten Bildkreis ausgelegt und zeigen bei Verwendung an Kleinbildkameras teilweise massive Vignettierung (Randabschattung).

Das Digital Negative (DNG, dt. digitales Negativ) ist ein von Adobe im September 2004 vorgestelltes Rohdatenformat, das die verschiedenen proprietären RAW-Formate ersetzen soll.

Offener RAW-Standard

Adobe legte die Spezifikationen des Formats offen und stellt weiterführende Informationen zur Verfügung. Selbstredend unterstützen die hauseigenen Bildbearbeitungsprogramme Adobe Photoshop (ab CS), Photoshop Elements (ab Version 3.0) sowie Adobe Photoshop Lightroom das DNG-Format. Aber auch andere Programme, so zum Beispiel die Bildbearbeitungsprogramme Aperture, PhotoLine und SilverFast, können DNG bereits lesen bzw. verarbeiten.

Vorteile von DNG

Die DNG-Daten haben im Gegensatz zu den herstellerspezifischen RAW-Formaten Vorteile vor allem bei sicherer und bedenkenloser Langzeitarchivierung sowie bei der flexiblen Verarbeitung. So besteht nicht mehr die Bindung an die Kameraherstellersoftware und es gibt keine Gefahr für mögliche Inkompatibilität zwischen älteren Kameras und neuester RAW-Software. Man hat vielmehr die freie Wahl, je nach Budget und persönlichen Erfordernissen, welche Software man für die Konvertierung der DNG-Files nutzen möchte. Sämtliche wichtigen Softwareunternehmen unterstützen bereits das DNG-Format.

Hardware-Unterstützung

Ende 2005 etabliert sich das öffentliche RAW-Format Adobe DNG immer stärker in der Fotoindustrie, auch bei Kameraherstellern. Im semiprofessionellen Bereich sind die Marken Samsung (Pro 815), Ricoh (GR Digital, GX100 - Funktioniert derzeit nicht mit Apple Aperture, Fehlermeldung: "Nicht unterstütztes Bildformat") und Pentax (K10D) die ersten, die kameraintern Adobe-DNG-Formate generieren können. Im professionellen Segment sind es Leica (Digital-Modul-R und M8), sowie Hasselblad/Imacon (H2D). Für die Zukunft wird erwartet, dass noch mehr Kamerahersteller Adobe DNG implementieren und somit den RAW-Workflow für Fotografen vereinfachen und sicherer machen.

Digitale Kamerarückteile enthalten Bildsensoren zur digitalen Bildaufzeichnung. Sie werden an der Rückseite von Analogkameras angebracht und ermöglichen so digitales Fotografieren mit diesen. Sie sind vor allem im Bereich der Mittelformat- und Großformatkameras verbreitet. Bei den Mittelformatkameras wird das Rückteil anstatt der Rollfilmkassette angebracht.
Hersteller dieser Rückteile sind unter anderem die Firmen Hasselblad, Imacon, Leica, Leaf, Eyelike/Jenoptik, Phase One und Sinar.

Das erste derartige Digitalrückteil für eine Kleinbild-Spiegelreflexkamera stellte Minolta Mitte der 80er Jahre für die Minolta 9000 vor. Mit diesem sogenannten Still Video Back-Verfahren hielt die Digitaltechnik Einzug in die Fotografie. Weitere Beispiele sind die Kodak DCS100 und das Digitalrückteil für die Leica R8/R9.

Der Vorteil von Rückwänden besteht für die Fotografen darin, dass sie ihre alten, meist sehr teuren Kameras und ihr Zubehör weiterbenutzen können, also nicht ein weiteres Kameragehäuse kaufen müssen.

Bauarten von Bildsensoren

Digitale Kamerarückteile werden in 2 unterschiedlichen Bauarten angeboten:

Scan-Rückteile

Nach dem Scanprinzip werden die Bildpunkte nicht gleichzeitig, sondern zeilenweise nacheinander erfasst. Dadurch ergeben sich - abhängig von der Auflösung - Erfassungszeiten von etwa 40 Sekunden bis über 4 Minuten. Es werden gegenwärtig Rückteile angeboten, die eine Auflösung von über 14.000 x 17.000 Pixel (über 250 Millionen Pixel ohne Interpolation) erreichen. Aus dem Scanprinzip leitet sich der eingeschränkte Einsatzbereich in der Profifotografie für Repros und Stillleben ab. Vereinzelt finden sich auch Anwendungen in der Landschaftsfotografie. Die lange Belichtungszeit ergibt sich aus der sequentiellen Belichtung jeder Zeile des Bildes.

Eine Weiterentwicklung, die 2007 von der Fa. Seitz unter Mitarbeit des Sensorherstellers DALSA zur Marktreife gebracht wurde, erlaubt kürzere Belichtungzeiten (ab etwa einer Sekunde). Hiermit sind auch Aufnahmen von bewegten Szenen möglich. Das zugrundeliegende Prinzip ist die Verwendung mehrerer, direkt nebeneinander angeordneter Scanzeilen auf einem Chip. Während der Sensor mechanisch das Bild abfährt, werden synchron zum Bild der Inhalt einer Scanzeile elektronisch zur nächsten verschoben, so dass insgesamt mehr Licht erfasst bzw. die Belichtungzeit verkürzt werden kann.

Chip-Rückteile

Wie in handelsüblichen Digitalkameras wird ein CCD- oder CMOS-Chip eingesetzt, allerdings hat dieser eine größere Fläche und eine höhere Pixelanzahl. Gegenwärtig markieren Chiprückteile mit 50 Millionen Pixel den technischen Stand. Mit der Verfügbarkeit hochauflösender Chiprückteile scheint sich der Trend zur digitalen Bilderfassung auch bei Profis der Landschaftsfotografie durchzusetzen.

Große Datenmengen

Bei Auflösungen von 20 Millionen bis über 250 Millionen Pixeln und entsprechend großen Bildverarbeitungssensoren kostet eine Rückwand oft über 20.000 Euro, daher werden sie fast ausschließlich von Profifotografen genutzt. Durch die hohe Anzahl der aufgezeichneten Pixel besteht ein großer Platzbedarf beim Speichern, die Dateigrößen können bis zu 1500 MB für ein Bild erreichen.

In Studios besteht die Möglichkeit, die Kamera direkt an einen PC anzuschließen, so dass es keine Probleme mit der Speicherung der großen Datenmengen gibt. Viele Kameras können direkt über den PC gesteuert werden, das Bild ist dann zur Kontrolle direkt auf dem Monitor verfügbar.

Geschichte

Erfindungsphase

Die Geschichte der Digitalkamera nimmt mit der 1963 von David Paul Gregg an der Stanford University erfundenen Videodisk-Kamera ihren Anfang, und obwohl ihre Bilder nur ein paar Minuten (auf eben jener Videodisk) gespeichert werden konnten, so ist sie doch die erste Kamera, die optische Bilder digital speichern kann.

Das erste Patent auf alle flachen (Bild-)Schirme, die optische Bilder stabil (solid-state) aufnehmen und aufbewahren können, wird 1968 beantragt. U.S. patent # 3,540,011

Im Jahre 1969 wurde dann die Basis des CCD (charged coupled device) von Willard Boyle und George Smith erfunden. Das CCD, ursprünglich als Datenspeicher entwickelt, ist ein lichtempfindlicher Chip, mit dem Bilder gespeichert werden können. Diese Erfindung ist der endgültige technische Durchbruch auf dem Weg zur digitalen Fotografie.

1970 bauen Bell-Wissenschaftler die erste Solid-State-Video-Kamera, die das CCD als Bildaufzeichnungssensor benutzt. Man beachte, dass es sich hierbei noch um eine Videokamera handelt, da es schwieriger war, ein einzelnes Bild zu speichern als einen kleinen Film.

Ein weiteres wichtiges Patent wird 1972 an den Erfinder Willis A. Adcock von Texas Instruments ausgegeben. Es beschreibt eine filmlose, elektronische Kamera, wobei noch ein Fernsehbildschirm als Sucher empfohlen wird.

Kommerziell erhältlich wurde das CCD 1973, welches von Fairchild Imaging entwickelt und produziert wurde. Es hatte eine Auflösung von 100 × 100 Pixel (0,01 Megapixel). 1974 fand Dr. Gil Amelio eine Möglichkeit, CCDs einfach und industriell zu fertigen.

1975 ist die Geburtsstunde der ersten „richtigen“ Digitalkamera. Konstruiert wurde sie von Steve J. Sasson von Kodak. Sie verwendete das CCD von Fairchild als Bildsensor, benötigte 23 Sekunden, um ein einziges Bild auf eine Digitalkassette zu speichern, und wog gut 4 kg.

Die Fairchild MV-101 war dann 1976 die erste kommerziell erhältliche CCD-Kamera, die ebenfalls den Bildsensor von Fairchild mit 0,01 Megapixel verwendete

Weitere Entwicklung

Digitale Kompaktkamera

Digitale Spiegelreflexkamera

CCD-Sensor auf flexibler Leiterplatte

KB-äquivalente Brennweitenangabe auf einem Digitalkameraobjektiv

Kompakte Digitalkamera mit ein- und ausgefahrenem Zoomobjektiv

Die Computertechnik (und damit verbunden die Digitalfotografie) ist einer starken Innovationsgeschwindigkeit ausgesetzt. Damit ist ein schneller „modischer“ Verschleiß aller Geräte (bereits nach wenigen Monaten ist ein ehemals neues Gerät veraltet) verbunden. Bedingt durch diese beiden Voraussetzungen entstand eine stürmische Belebung des gesamten Fotohandels, der vor Einführung der Digitalkameras als gesättigt und technologisch ausgereizt galt.

Obwohl auch heute noch viele Fotografen ihre Bilder als Papierabzüge sehen wollen, hatte eine Fotobranche den digitalen „Zug der Zeit“ verpasst: die Fotolabore. Hierbei waren im Wesentlichen fünf Ursachen verantwortlich:

1. Die Fotolabore befanden sich zu diesem Zeitpunkt in einem Preiskrieg, bei dem zu Zwecken der Marktbereinigung auch unter Herstellungspreis produziert wurde. Daher gibt es seit dieser Zeit nur ein Großlabor (die restlichen Anbieter besitzen nur unbedeutende Marktanteile), das fast alle Fotoannahmestellen (Center, Drogerien, Tankstellen usw.) beliefert.
2. Die Hybridtechnik APS (ein Film mit elektronischer Speicherschicht) wurde als weltweiter Standard eingeführt. Bedingt durch Streitigkeiten zwischen den weltweiten Marktführern, aber mit vier Jahren Verzögerung. Damit war in den Fotolaboren (die bei dieser Markteinführung eingebunden waren) ein wesentlicher Teil des Investitionsvolumens gebunden.
3. In den Anfangsjahren der digitalen Fotografie war diese entweder sehr teuer oder sehr schlecht. In den Fotolaboren schätzte man das künftige Auftragsvolumen digitaler Arbeiten falsch ein und investierte in den folgenden Jahren nur unbedeutende Summen.
4. Die Hersteller von Tintenstrahldruckern nutzten diese Marktlücke und besetzten sie seither immer noch erfolgreich.
5. Im weltweiten Vergleich gibt es nur in Kerneuropa die Fotofertigung in Großlaboren. Den weltweit größten Anteil haben Fotoautomaten, die vor Ort stehen. Auch in Deutschland ist deren Anteil in den letzten Jahren immer weiter gestiegen.

Digitalkameras werden seit Anfang des 21. Jahrhunderts zunehmend in andere Geräte integriert:

• Fast alle modernen Mobiltelefone enthalten eine eingebaute Digitalkamera. Mittlerweile werden hier auch Modelle mit bis zu fünf Megapixel gebaut.
• Bei Personal Digital Assistants sind einfache Digitalkameras integriert.
• Video-Camcorder besitzen Fotofunktionen, die ähnlich wie Digitalkameras arbeiten.

Andererseits verfügen viele digitale Fotoapparate über die Möglichkeit, Filme in VGA-Qualität mit Ton aufzunehmen oder die digitalen Signale ohne Zwischenspeicherung direkt an die Schnittstelle zu übertragen. Damit können diese Digitalkameras auch als Webcam genutzt werden.

Funktionsweise

Das fotografische Bild entsteht in einer Digitalkamera in folgenden Schritten. Die mit * gekennzeichneten Punkte entfallen bei einer Speicherung im Rohdatenformat:

1. Scharfstellung des Bildes
2. Abschätzen einer sinnvollen Belichtungszeit und Blende
3. optische Projektion durch das Objektiv
4. optische Filterung durch Tiefpass-, Infrarot- und RGB-Filter
5. Wandlung der Lichtintensitäten in analoge elektrische Signale in diskreten Elementen
6. Digitalisierung der Signale durch Analog-Digital-Wandlung
7. Bildverarbeitung der Bilddatei:
   1. Umrechnung von Signalen in Helligkeiten
   2. * Farb-Rekonstruktion
   3. * Rauschunterdrückung
   4. * Entfernen bekannter Fehler des Bildaufnahmesystems (defekte Pixel, Übersprechen, Nachschärfen, Randabschattung, Verzeichnung, chromatische Aberration)
8. * Komprimierung der Bilddatei
9. Speicherung der Bilddatei.

Bei einer Digitalkamera gelangt Licht durch eine Linse, welche das Bild auf den Sensor wirft, in das Kameragehäuse. Vor dem Sensor durchläuft das Licht in der Regel einen Infrarot-, einen Tiefpass- sowie einen Farbfilter. In Kombination werden meist auch Mikrolinsen eingebaut, die das Licht auf die sensitiven Bereiche des nachfolgenden Bildwandlers fokussieren. Hierbei handelt es sich um eine vollständig analoge Signalverarbeitung.

Der A/D-Wandler führt eine Bildwandlung durch, die aus den Schritten Diskretisierung und Quantisierung besteht.

Die Diskretisierung bezeichnet die Bilderzerlegung in diskrete, also nicht-kontinuierliche Einheiten, bei der Quantisierung wird die Signalstärke durch eine natürliche Zahl repräsentiert. Da bei Kameras, die den RGB-Farbraum verwenden, pro Pixel außer bei der Rohdatenspeicherung drei Farbwerte gespeichert werden müssen, findet nach der Transformation in den entsprechenden Farbraum in der Regel eine Farbinterpolation statt. Dabei werden die zwei nicht registrierten Farbwerte aus den Werten der umliegenden Zellen interpoliert, das heißt nach einer Regel „geschätzt“ (educated guess).

Nach der optionalen Korrektur von Abbildungsfehlern erfolgt die Kompression zur Reduktion des Datenvolumens, wenn das Bild wie im allgemeinen nach der JPEG-Methode gespeichert wird. Inwieweit auch Rohdaten (Raw-Format) komprimiert werden, hängt vom proprietären Format des jeweiligen Herstellers ab.

Bildwandlung

Es werden grundsätzlich zwei Sensortypen unterschieden: Flächensensor und Zeilensensor.

Beim Flächensensor registriert der Bildwandler entweder gleichzeitig die drei Grundfarben (One-shot-Kameras) oder nacheinander (Three-Shot-Kameras). Es existieren im Wesentlichen zwei verschiedene marktgängige Flächensensor-Typen, der weit verbreitete CCD-Sensor (zum Beispiel in Kameras von Canon, Hewlett-Packard, Kodak, Nikon, Olympus, Panasonic, Pentax, Samsung oder Sony) mit der Variante des Super-CCD-Sensor (nur Fujifilm) sowie der CMOS-Sensor.

Eine Sonderstellung nimmt der Foveon-Sensor ein, der in Sigma-Kameras zum Einsatz kommt. Dabei handelt es sich um einen dreischichtigen Sensor, der rotes, grünes und blaues Licht mit jedem Bildpunkt aufzeichnet. Dem interessanten Prinzip zum Trotz hat auch die zweite mit Mikrolinsen ausgestattete Generation nicht zum durchschlagenden Erfolg geführt.

Zeilensensoren werden in Scannerkameras eingesetzt, die nach dem Scannerprinzip funktionieren, das heißt, sie arbeiten ähnlich wie ein Flachbettscanner und tasten das Bild zeilenweise ab.

Bildverarbeitung

In einem digitalen Fotoapparat führt die Elektronik und die Firmware eine Reihe bildverändernder Verarbeitungen vor, während und nach der Aufnahme durch; diese werden unter dem Begriff der Bildverarbeitung zusammengefasst. Diese ist zu unterscheiden von der Bildbearbeitung, die an der fertiggestellten Aufnahme durchgeführt wird.

Die Digitalkamera beeinflusst durch den Weißabgleich – wie auch die Videokamera – die Farbtreue bei Tages- oder Kunstlicht.

Die Homogenität, das heißt gleichmäßige Schärfe und Helligkeit über das gesamte Bild insbesondere am Bildrand, ist abhängig von den Abbildungseigenschaften und kann teilweise durch die kamerainterne Software ausgeglichen werden.

Die Qualität der kamerainternen Elektronik entscheidet auch über die Signaldynamik, das heißt, die von der Kamera unterscheidbaren Helligkeitsstufen sowie den Kontrastumfang des digitalen Bildes.

Die Kameraelektronik beeinflusst auch die Bildreinheit bzw. den Grad an Bildfehlern, die sich beispielsweise als Bildrauschen oder Kompressionsartefakte zeigen. Bei Kameras mit einer Auflösung von drei Megapixeln und mehr lassen sich CCD-Fehler kaum vermeiden: Einzelne Zellen arbeiten möglicherweise überhaupt nicht, andere arbeiten dagegen mit unterschiedlicher Empfindlichkeit usw. Solche „Aussetzer“ können ebenso wie das besonders bei Nachtaufnahmen auftretende Bildrauschen von der Kamera-Elektronik zumindest vermindert werden. Dennoch bleibt für jede einzelne Kamera ein individuelles Muster, das bei mindestens zwei vorliegenden Bildern als digitaler „Fingerabdruck“ extrahiert werden kann.

Zur Verbesserung der subjektiven Bildwirkung führt die Firmware darüber hinaus noch diverse Optimierungen durch. Dazu zählen beispielsweise:

• Scharfzeichnung: Erkennen und Verstärken von Übergängen im Bild;
• Kontrastanhebung: Anhebung des Kontrasts im Bild;
• Farbsättigung: Erhöhen der Farbsättigung;

Bevor ein Foto ausgelöst wird, wird gegebenenfalls der Autofokus in Gang gesetzt, der die Scharfeinstellung übernimmt. Auch wenn mehrere Fotos vom gleichen Objekt gemacht werden, muss jeweils eine Scharfeinstellung erfolgen. Bei einigen Kameras kann der Autofokus abgestellt werden. Außer bei digitalen Spiegelreflex-Kameras sucht man bei den meisten Digitalkameras einen Schärfe-Einstellring allerdings vergeblich. Lediglich über eine Menüstruktur kann eine manuelle Scharfeinstellung in Stufen erreicht werden, was die Einsatzmöglichkeiten der meisten Digitalkameras begrenzt. Auch wenn der Autofokus abgeschaltet wird, findet vor dem Auslösen in der Kameraelektronik noch ein Weißabgleich statt. Und weil das nicht reicht, findet auch noch ein Schwarzabgleich statt (um das elektronische Rauschen des Sensors und Fehlerpixel auszufiltern).

Optisches System

Durch die gegenüber einer Kleinbildkamera kleinere Bildfläche des Sensors ergeben sich für gleiche genutzte Bildwinkel scheinbar andere Brennweiten für die Objektive; häufig wird dies fälschlicherweise als Brennweitenverlängerung bezeichnet, fälschlich deshalb, da die Brennweite des Objektives natürlich nicht geändert ist. Um die Objektive weiterhin auf einfache Weise mit dem herkömmlichen Kleinbildformat vergleichen zu können, geben viele Hersteller von kompakten Digitalkameras zusätzlich zur realen Brennweite ihre Objektive auch die Brennweite an, welche im Kleinbildformat den gleichen Bildwinkel erreichen würde.

Bei digitalen Spiegelreflexkameras mit Wechselobjektiven wird zumeist ein Umrechnungsfaktor angegeben – der Formatfaktor –, mit dem die Brennweite eines Objektivs multipliziert werden muss, um die Brennweite zu errechnen, die auf Kleinbild den gleichen Bildwinkel aufnimmt. Auf Spiegelreflexkameras mit Vollformatsensor trifft das nicht zu. Dies hat Nachteile im Weitwinkelbereich, da sich dort kleinere Bildwinkel in Richtung Normalobjektiv ergeben, Vorteile dagegen im Telebereich, da dort die kleineren Bildwinkel ein stärkeres Tele bedeuten.

Zusätzlich zu einem bei digitalen Kompaktkameras meist eingebauten optischen Zoom besitzen viele Modelle noch einen digitalen Zoom. Dabei handelt es sich um eine Interpolation, die das Bild zwar größer erscheinen lässt, tatsächlich findet jedoch nur eine Ausschnittsvergrößerung mit verringerter Auflösung statt. Digitalzooms sind ein reines Marketing-Konstrukt und haben keinen fotografischen Wert. Der funktional identische Effekt lässt sich mit jeder Bildbearbeitungssoftware nachträglich und mit jedem beliebigen Vergrößerungs- beziehungsweise „Zoomfaktor“ realisieren.

Suchersysteme

Entsprechend ihrer konventionellen Pendants verfügen digitale Kameras je nach Konstruktionsprinzip über verschiedene optische Suchersysteme, die eine Gestaltung des Bildes vor der Aufnahme ermöglichen.

Diese sind im Consumersegment in der Regel separate optische Systeme. Dieser Aufbau ermöglicht dem Aufnahmesensor permanent aktiv zu sein und eine Vorschau („live preview“) auf das Bild, u. U. zusammen mit Statusinformationen, auf dem Monitor des Gerätes darzustellen. Im Marktsegment für die professionelle Nutzung werden in der Regel Geräte in Spiegelreflexbauweise gefertigt, bei denen konstruktionsbedingt zur gleichen Zeit nur entweder der Sucher oder der Aufnahmesensor in Betrieb sein kann. Für den anspruchsvollen Amateur werden Kameras angeboten, die die Vorteile beider Systeme verbinden sollen. Dies wird durch halbdurchlässige Spiegel oder digitale Sucher, die auf einem separaten Display basieren, gelöst. Professionelle digitale Messsucherkameras sind auf dem Markt unterrepräsentiert, es sind zur Zeit (Stand Februar 2007) nur drei Modelle von Epson (R-D1 und R-D1s), sowie Leica (M8) erhältlich.

Kameras mit integriertem Monitor haben den Vorteil gemein, dass sie nach der Aufnahme erlauben, die aufgenommenen Bilder noch vor Ort zu betrachten und missglückte Aufnahmen zu entfernen.

Bildpunkte und Auflösung

Eine höhere Auflösung führt nicht zwangsläufig zu einem höheren Schärfeeindruck. Im Gegenteil: eine zu hohe Dichte der „Marketingpixel“ führt unweigerlich zu Qualitätseinbußen. Wichtiger sind vielmehr die Größe der Bildpunkte und die entsprechende Fläche des Bildsensors. Zu kleine Pixel begünstigen durch Beugung das Bildrauschen. Softwareseitige Rauschunterdrückung soll dem entgegenwirken, sie retuschiert aber lediglich das aufgenommene Bild.
Durch den Pixel-Trend werden ferner die Bilddateien unnötig groß, das Dunkelstromverhalten wird negativ beeinflusst und die Datenübertragung sowie das Kopieren der Bilder wird verlangsamt.

Die optische Qualität des Objektivs ist eine wichtige Einflussgröße. Hier wird bei billigen Kameras häufig gespart. Mängel machen sich durch Abbildungsfehler bemerkbar. Zu den besten der zur Zeit (2003) auf dem Markt verfügbaren Objektive zählt das Leica Summilux-R 1:1,4/80 mm (2003: 3000 Euro) mit einem Auflösungsvermögen, das 20 Millionen Bildpunkten entspricht. Ein sehr gutes Zoom-Objektiv wie das Canon 28–70mm f/2.8 (2003: 1000 Euro) hat eine Auflösung von circa 60 Linienpaaren pro Millimeter, was etwa 13 Megapixel entspricht.

Die effektive Auflösung, die sich im Zusammenspiel von Optik und Sensorik ergibt, kann nur anhand von Testbildern, zum Beispiel mit dem Auflösungschart nach ISO 12233, festgestellt werden.

Geschwindigkeit

1. Aufnahmebereitschaft, also die Zeitspanne, die der digitale Fotoapparat nach dem Einschalten benötigt, um eine Fotografie anfertigen zu können;
2. Fokussiergeschwindigkeit, also die Zeitspanne, die der Autofokus zur Scharfstellung benötigt.
3. Auslöseverzögerung, also die Zeitspanne die zwischen Drücken des Auslösers und tatsächlicher Bildaufzeichnung verstreicht;
4. Bildfolgezeit, also die Zeitspanne nach einer Aufnahme, nach der die Kamera ein Folgebild anfertigen kann. In direktem Zusammenhang hiermit steht die maximale Bildfrequenz der Digitalkamera.

Trotz einer rasanten technischen Entwicklung sind viele digitale Kompaktkameras signifikant langsamer als ihre Äquivalente im Kleinbildbereich. Vor allem die Bildfolgezeiten brechen oft nach wenigen Aufnahmen massiv ein, während bei motorisierten Kleinbildkameras über den gesamten Film hinweg die gleiche Geschwindigkeit erreicht werden kann.

Die Auslöseverzögerung und Bildfolgezeit sind bei hochwertigen digitalen Kameras hingegen vergleichbar zu ihren analogen Pendants.

Energieversorgung

Jede Digitalkamera benötigt eine kontinuierliche Energieversorgung, die in der Regel über ein Netzteil oder einen Akku gewährleistet wird; daneben gibt es auch einige Spezialkonstruktionen, die beispielsweise auf Solarenergie basieren.

Digitalkameras brauchen bei weitem mehr Energie als analoge Fotoapparate. Dies ist ein großer Nachteil der Geräte und beim Umstieg auf die digitale Fotografie zu beachten. Insbesondere der ständige Gebrauch eines eingebauten Mini-Monitors und die Blitzverwendung sind große Stromfresser.

Die Kapazität des Akkus bestimmt – in Verbindung mit der Leistungsaufnahme der Kameraelektronik und deren Stromsparfunktionen – über die maximale Betriebsdauer der Kamera, bis ein Akkuwechsel nötig wird.

Proprietäre Akkutypen sind deutlich teurer als Standard-Akkus (Mignon AA oder AAA etc.), aber häufig auch leistungsfähiger. Ein durchschnittlicher Akku mit 2000 mAh Kapazität versorgt eine Digitalkamera mit Energie zum Aufnehmen von rund 200 Bildern. Es sollten keine Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd), sondern nur hochwertige NiMH-Akkus mit mindestens 1800 mAh verwendet werden. Mittlerweile wird ein Großteil moderner Digitalkameras mit Lithium-Ionen-Akkus angeboten, welche eine deutlich höhere Leistungskapazität aufweisen und um ein Vielfaches länger durchhalten.

Dateiformat

Damit ein Bild mit einer Auflösung von zwei Megapixeln und drei Farben pro Pixel nicht sechs Megabyte (unkomprimierte Dateigröße) auf die Speicherkarte schreiben muss, wird es komprimiert.

Als verlustbehafteter Modus steht nach EXIF-Standard das JFIF zur Verfügung, als verlustfreier Modus wurde häufiger auch TIFF angeboten. Bei höherwertigen Kameras können die digitalen Bilder verlustfrei in einem proprietären Rohdatenformat (RAW - englisch für roh) gespeichert werden.

Sharp TM 200 Fotohandy mit zwei Millionen Bildpunkten

Digitale Kompaktkamera mit Hybrid-Autofokus

Sony Mavica FD5: Diskette als Speichermedium

CompactFlash -Speicherkarte

Bewegtbild

Zahlreiche Kameras bieten auch die Möglichkeit, Videosequenzen aufzunehmen, die meist im Motion JPEG-Format gespeichert werden, jedoch aufgrund der notwendigen Bildwiederholrate stets in niedrigerer Auflösung als die von der Kamera aufnehmbaren Standbilder. Die Auflösung liegt meist auch unter denen der gängigen Videokameras, teils werden aber auch HD-Auflösungen bis 1280x720 erreicht. Dabei kommen teils auch hochwirksame Kompressionsformate wie MPEG4 und H.264 zum Einsatz. Für Spiegelreflexkameras entfällt die Möglichkeit der Bewegtbild-Aufzeichnung systembedingt.

Metadaten

Digitalkameras betten in die Bilddaten auch so genannte Metainformationen ein, die im EXIF-Standard spezifiziert sind. Diese EXIF-Metadaten finden sich im so genannten Header der Bilddatei. Viele Bildbearbeitungsprogramme sowie spezielle Werkzeuge können diese Daten auslesen und anzeigen. Diese finden auch bei der Ausbelichtung des digitalen Bildes auf Fotopapier im Fotolabor Anwendung.

Zu den via EXIF automatisch für jede Aufnahme gespeicherten Parametern gehören beispielsweise:

• Datum und Uhrzeit
• Belichtungszeit
• Fotografische Blendeneinstellung
• Belichtungsprogramm
• Sensor-Empfindlichkeit (nach ISO)
• Brennweite
• Blitzverwendung

Speichermedien

Zeitweilig sind auch Digitalkameras mit SDRAM als Speicher aufgetreten. Diese Art der Datensicherung erweist sich allerdings als unpraktisch, da der SDRAM permanent mit Energie versorgt werden muss. Das führt dazu, dass die Lebensdauer von eingesetzten Batterien erheblich eingeschränkt wird. Wird die Energieversorgung unterbrochen, sind die gespeicherten Daten verloren und nicht wiederherstellbar. Um diesem Datenverlust vorzubeugen, verfügen einige Modelle über einen Kondensator, der im Falle eines Batteriewechsels den RAM weiter mit Energie versorgen soll, erfolgt dies allerdings nicht, bevor der Kondensator vollständig entladen ist, sind alle gespeicherten Daten ebenfalls verloren. Kameras dieser Bauweise zeichnen sich vor allem durch günstige Produktionskosten aus.

Geräteschnittstellen

Als Hardwareschnittstelle hat sich im Anwenderbereich der Universal Serial Bus weitestgehend durchgesetzt. Die Kamera stellt die Daten dem PC üblicherweise entweder als „Mass storage device“ (ähnlich einem USB-Speicher-Stick) oder im PTP Modus zur Verfügung. Über den PTP Modus ist bei einigen Kameras auch die rechnergesteuerte Auslösung möglich, in den seltensten Fällen jedoch mit voller Kontrolle über Belichtungszeit, Blende, Zoom, Fokus und ISO-Zahl.

Über USB lassen sich viele Digitalkameras auch direkt zum Drucken mit Fotodruckern verbinden, wenn beide Geräte den PictBridge-Standard unterstützen.

Seit 2006 bieten Kameras zunehmend die Möglichkeit der drahtlosen Datenübertragung wie WiFi oder Bluetooth.

Weitere Ausstattungsmerkmale

Weitere relevante Ausstattungsmerkmale sind:

• Bedienung
• Abmessungen
• Gewicht
• Lichtstärke des Objektivs
• Qualität der Objektivs (Abbildungsfehler)
• Optischer Zoom
• Digitalzoom
• Weißabgleich
• Sonnenlichtabdeckung des Displays
• Digitaler Sucher
• Dioptrienkorrektur für optischen Sucher
• Systemgeschwindigkeit (Serienbildfunktion, Auslöseverzögerung etc.)
• Akkuart und -kapazität
• Schnittstellen
• Speichermedium
• Dokumentation
• Service und Garantie
• Zusatzfunktionen wie Panorama-Bildfunktion, Sprachaufzeichnung, Videoaufnahme, Selbstauslöser, Fernbedienung, Belichtungskorrektur, einstellbare Empfindlichkeit, Akku-Restanzeige
• Integration in ein bestehendes Kamerasystem, digital oder analog
• mögliches Zubehör (Blitz, Objektive, Streulichtblende, Filter, Fernauslöser)

Das Exchangeable Image File Format (offizielle Abkürzung ist Exif, nicht EXIF) ist ein Standard der Japan Electronic and Information Technology Industries Association (JEITA) für das Dateiformat, in dem moderne Digitalkameras Informationen über die aufgenommenen Bilder (Metadaten) speichern.

Anwendungsbereiche

Exif-Daten werden direkt in die Datei von Bildern der Formate JFIF (JPEG) oder TIFF geschrieben – im so genannten Header (Bereich am Anfang der Bilddatei noch vor der eigentlichen Bildinformation). Mittlerweile legt so gut wie jede Digitalkamera diese zusätzlichen Informationen zu der Aufnahme im Bild ab, was zum Teil auch schon bei Kameras von Mobiltelefonen der Fall ist.

Zahlreiche Bildbearbeitungsprogramme sowie andere Software können auf diese Daten zugreifen und sie ausgeben. Daneben können Exif-Daten bei Audiodateien zum Einsatz kommen.

Exif-Einträge

Das Exif-Dateiformat zeichnet dieselben Informationen auf, die auch mit den PQI-Daten bei APS gespeichert werden. Nahezu alle modernen Digitalkameras beherrschen den Exif-Standard und speichern bei jeder Aufnahme zahlreiche wichtige Aufnahmeparameter wie zum Beispiel:

• Datum und Uhrzeit
• Orientierung (Hoch- oder Querformat)
• Brennweite
• Belichtungszeit
• Blendeneinstellung
• Belichtungsprogramm
• ASA-Wert („Lichtempfindlichkeit“)
• GPS-Koordinaten
• Vorschaubild („Thumbnail“)

Weitere nützliche Informationen können nachträglich in Form der sog. IPTC-Daten (International Press Telecommunications Council) hinzugefügt werden:

• Kommentar (z.B. in Form einer Bildbeschreibung)
• Künstlername
• Hinweise zum Copyright der Datei

Mögliche Probleme

Durch das Hinzufügen von Metadaten (Datum, Uhrzeit, Standort, Vorschaubild) zu dem Original werden (möglicherweise unbeabsichtigt) Details veröffentlicht, die nicht für die Zielgruppe gedacht waren. Deshalb sollte man vor der Weitergabe von Fotos per E-Mail oder anderen Medien beziehungsweise der Freigabe auf einer Webseite mit Hilfe eines geeigneten Programms alle unerwünschten Exif-Informationen entfernen.

Der Standard definiert unter anderem die Sensorausmaße, das Objektivbajonett samt Kommunikationsprotokoll, den Abbildungskreis, aber auch optische Anforderungen wie maximaler Winkel zwischen den auf den Sensor treffenden Lichtstrahlen.

Four-Thirds-Logo

Die Olympus E-1 ist der erste Fotoapparat im Four-Thirds-Standard

Vergleich der Sensorgrößen zwischen 35-mm-KB / digitales Vollformat, APS-C / DX und Four Thirds

Die Ausmaße der optisch wirksamen Fläche des Sensors betragen 17,3 mm in der Breite und 13 mm in der Höhe. Dies ergibt eine optisch wirksame Fläche von 224,9 mm² bei einer optisch wirksamen Diagonale von 21,64 mm, der darüber hinausgehende Randbereich des Sensors ist optisch nicht wirksam. Rechnerisch ergibt sich aus der Bilddiagonale im Verhältnis zum Kleinbildfilm eine Normalbrennweite von 26 mm. Als Faustformel gilt, dass die Wirkung eines Four-Thirds-Objektivs derjenigen eines Kleinbildobjektivs mit doppelter Brennweite entspricht (Formatfaktor = 2). Die Hersteller von entsprechenden Objektiven bieten in diesem Brennweitenbereich in der Regel ein Festbrennweitenobjektiv mit 25 mm an.

Wichtige Merkmale

Anforderungen an die Objektive

Objektive des Four-Thirds-Standards haben grundsätzlich das Bajonett des Systems. Weiterhin gibt es Grenzwerte für die Auffächerung des aus dem Objektiv austretenden Lichtstrahls. Dieser soll möglichst parallel sein, da digitale Bildsensoren (im Gegensatz zu chemischem Film) ihre volle Empfindlichkeit nur bei senkrecht auftreffendem Licht haben (s. Telezentrik). Der im Standard geforderte Bildkreis ist im Verhältnis zur Sensorgröße groß, um eine gleichmäßige Ausleuchtung des Sensors zu erreichen. Die Umsetzung dieser Vorgaben wirkt auch bei weitwinkligen Objektiven und bei Offenblende einer Vignettierung des Bildes entgegen.

Wie bei fast allen Digitalkameras weicht die Sensorgröße von den Ausmaßen des 35-mm-Kleinbildfilms, der aufgrund seiner einst enormen Verbreitung als Referenz genommen wird, ab. Durch seine geringere Größe ergibt sich bezüglich des Bildausschnitts eine scheinbare Verdoppelung der Brennweite. Für die Betrachtung der Schärfentiefe muss diese Anpassung hingegen nicht durchgeführt werden.

Durch die geforderte kleinere Abbildungsfläche haben auch lichtstarke Objektive kleinere Ausmaße, was sich folglich durch ein geringeres Gewicht bemerkbar macht.

Objektive des Four-Thirds-Standards sollen für Auflösungen bis zu 20 Millionen Pixel ausgelegt sein.

Grundrauschen

Da der Signalpegel eines Sensorelements proportional zur einfallenden Lichtmenge und diese proportional zur Fläche des Sensors ist, muss bei einem kleineren Sensor das Ausgangssignal mehr verstärkt werden als bei einem größeren. Bei einer solchen Verstärkung wird das unerwünschte natürliche Rauschen jedoch mitverstärkt. Unter den Spiegelreflexkameras ist der Four-Thirds-Sensor zur Zeit der kleinste. Die meisten anderen digitalen Spiegelreflexkameras haben ca 50 % größere Sensoren. Doch verglichen mit den Sensoren der meisten Kompaktkameras (1/1,8″) ist er mehr als sechsmal so groß.

Kommunikation zwischen Kamera und Zubehör

Herausragendes Merkmal ist die hohe Eigenintelligenz der Komponenten, welche untereinander über ein im Standard mitdefiniertes Protokoll kommunizieren können.

Fokusdaten, Blendenwahl und Brennweite werden, wie auch beim Wettbewerb, elektronisch zwischen Kamera und Objektiv übermittelt. Das Four-Thirds-System kann darüber hinaus Eigenheiten des Objektivs wie beispielsweise Kennlinien der Verzeichnung oder Vignettierung an die Kamera übertragen, was eine digitale Kompensation ermöglicht.

Abwärtskompatibilität

Eines der Hauptziele ist eine optimale Anpassung aller Komponenten auf rein digitaler Basis, um nachteilige Kompromisse durch Abwärtskompatibilität ausschließen zu können. Dennoch ist es per Adapter möglich, bestimmte systemfremde Objektive auch am Four-Thirds-Bajonett zu betreiben.

Mit Hilfe eines Adapters lassen sich beispielsweise Olympus-OM-Objektive an das Four-Thirds-Bajonett anschließen. Dritthersteller bieten mittlerweile eine ganze Reihe von Adaptern für verschiedene andere Kamerasysteme an, wie z.B. Nikon-F- oder Leica-R-Bayonettanschlüsse. Moderne Funktionen wie elektronische Blendenwahl und Autofokus können damit bislang nicht genutzt werden.

Objektivpalette

Das E-System fasst alle digitalen Systemkameras von Olympus und deren Zubehör zusammen. Mit über 17 Zuiko-Objektiven bietet Olympus als bisher einziger Hersteller eine ein weites Spektrum abdeckende Objektivpalette an. Zudem sind Telekonverter und ein Zwischenring erhältlich. Bedingt durch die Sensorgröße des Four-Thirds-Systems weisen diese Objektive teils außergewöhnliche Daten auf.

Sigma als etablierter Zulieferant von Objektiven behandelte den Standard anfänglich zögerlich, erst ab 2006 wurde das Engagement mit acht Objektiven deutlich. Inzwischen wurde das Angebot ausgebaut, derzeit sind 11 Objektive mit Four-Thirds-Anschluss von Sigma verfügbar.

Leica präsentierte ebenfalls 2006 ein Zoom-Objektiv (Leica 14-50mm f/2,8-3,5 O.I.S.) für diesen Standard, das von Panasonic hergestellt wird. Es ist das erste Objektiv mit einem optischen