Vermutlich fotografierst du in der heutigen Zeit mit einer digitalen Kamera. Aber hast du dich schonmal damit beschäftigt, wie eine digitale Kamera überhaupt ein Bild aufnimmt? Nein? Sehr gut! Denn genau darum soll es in diesem Artikel gehen.
Das wichtigste Element in heutigen digitalen Kameras ist wohl der Bildsensor, denn ohne ihn kannst du kein Foto aufnehmen. Also schauen wir uns mal an, warum der Bildsensor so wichtig ist und vor allem wie er funktioniert.
Der Kamerasensor ist der Film einer digitalen Kamera und ein Bauteil, welches man nicht wie ein Objektiv austauschen kann. Durch das Objektiv wird das Bild auf den Sensor projiziert. Die einzelnen Bildpunkte werden vom Sensor ausgelesen und anschließend digital gespeichert. Fertig ist das Bild.
Kamerasensor Grundlagen
Was ist ein Kamerasensor?
In Zeiten der analogen Fotografie musste in die Kamera eine Filmrolle eingelegt werden. Das war eine mit Fotoemulsion beschichtete, transparente Folie aus Tri-Acetat oder Polyester. Hat man dann an der Kamera den Auslöser gedrückt, wurde durch das einfallende Licht des Objektivs ein Abdruck in diese Emulsion gebrannt. Anschließend wurden diese Filmfolien entwickelt und fertig waren die Bilder aus dem Urlaub oder von der Hochzeit.
In den heutigen Zeiten der digitalen Fotografie funktioniert das Ganze schon etwas anders. Aber auch heutzutage funktionieren Kameras noch auf eine ähnliche Art und Weise, nur eben digital. Der Kamerasensor fängt das Licht ein, dass durch das Objektiv fällt und wandelt es in ein elektrisches Signal um. Dieses wird wiederum von der Kamera zu einem digitalen Bild verarbeitet.
Aber schauen wir uns das doch mal etwas genauer an!
Aufbau eines Kamerasensors
Das Licht fällt nämlich nicht direkt auf den Sensor, sondern muss zuerst noch einen Farbfilter, auch Bayer Mosaik genannt, passieren. Sonst würde es auf deinem Foto nämlich überhaupt keine Farben geben. Das Mosaik ist in den Farben Rot, Grün und Blau kariert (RGB). Damit kann der Sensor neben den Informationen zur Lichtintensität auch die Farbdaten erfassen. Es gibt mehr Pixel für Grün, weil das menschliche Auge für grünes Licht empfindlicher ist als für blaues oder rotes.
Unter dem Mosaik liegt der Sensor mit seinen Fotodioden, die auch als Pixel bezeichnet werden. Hat eine Kamera 20 Megapixel sind das 20 etwa Millionen Pixel. Allerdings hat der Sensor dann keine 20 Millionen Fotodioden. Die Summe der Pixel ergibt sich aus der Anzahl in der Breite, multipliziert mit der Anzahl in der Höhe. Bei 20 Megapixeln und einem klassischen Bildformat von 3:2 sind das 5477×3651 Pixel = 19996527 Pixel = 20 MP.
Die elektrischen Signale aller Pixel auf dem Sensor werden an den Bildprozessor der Kamera weitergeleitet, der all diese Informationen interpretiert und die Farb- und Helligkeitswerte aller einzelnen Bildpunkte (Bildelemente) bestimmt, aus denen sich ein digitales Bild zusammensetzt.
Was ist ein CMOS Sensor?
Die meisten Digitalkameras nutzen heutzutage sogenannte CMOS-Sensoren (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Im Gegensatz zu früher verbreiteten CCD-Sensoren (Charge Coupled Device) haben CMOS Sensoren pro Fotodiode einen Verstärker, sodass sich die Pixelelemente einzeln ansprechen und schneller auslesen lassen.
Das schnelle Auslesen ist die Voraussetzung für hochfrequente Serienbilder, hochauflösende Videos oder Multishot-Funktionen, bei denen mehrere Aufnahmen miteinander verrechnet werden. Beispielsweise für Schwenkpanoramen oder HDR-Bilder.
Verschiedene Kamerasensoren und ihre Unterschiede
Welche Sensorgrößen gibt es?
Kamerasensoren gibt es in vielen verschiedenen Größen. Am gängigsten sind wohl Vollformat, APS-C und Micro Four Thirds. Ein größerer Kamerasensor kann mehr Licht aufnehmen und so für eine bessere Bildqualität und höheren Dynamikumfang sorgen.
Die Größe des Sensors wirkt sich allerdings auch auf das Gewicht und die Größe der Kamera und der kompatiblen Objektive aus.
Bekannte Kamerasensoren im Vergleich
| Sensor Bezeichnung | Sensor Bezeichnung | Cropfactor | Beispiel Kamera Modell |
|---|---|---|---|
| Mittelformat | 44,00 x 33,00 mm | 0.64x | Fujifilm GFX 100 II |
| Vollformat | 36,00 x 24,00 mm | 1.0x | Nikon Z5 |
| APS-H (Canon) | 27,9 x 18,6 mm | 1.3x | Canon EOS 5DS |
| APS-C | 23,60 x 15,60 mm | 1.5x | Sony Alpha 6400 |
| APS-C (Canon) | 22,20 x 14,80 mm | 1.6x | Canon EOS R50 |
| 1.5″ Sensor | 18,70 x 14,00 mm | 1.9x | Canon G1X |
| Micro Four Thirds | 17,30 x 13,00 mm | 2.0x | Olympus OM-D E-M10 Mark IV |
| 1″ Sensor | 12,80 x 9,60 mm | 2.7x | Sony ZV-1 |
Vorteile von größeren Kamera Sensoren
Die Größe des Sensors hat einen ganz entscheidenden Einfluss auf die Qualität deiner Bilder. Größere Sensoren, wie zum Beispiel Vollformatsensoren, können mehr Licht einfangen, was zu einer verbesserten Bildqualität, vor allem bei schlechten Lichtverhältnissen führt.
Große Sensoren bieten außerdem eine geringere Schärfentiefe, was zu einem besseren Bokeh, also einem unscharfen Hintergrund führt, was bei Portraits zum Beispiel praktisch ist. Auch das Rauschverhalten ist bei Kameras mit größeren Sensoren besser, was auch bei höheren ISO-Werten zu klaren und detaillierten Fotos führt.
Cropfaktor einfach erklärt
Der Cropfaktor ist ein Maß dafür, wie sehr der Bildausschnitt einer Kamera im Vergleich zum Vollformat verkleinert wird. Bei APSC-Sensoren beträgt der Crop-Faktor in der Regel etwa 1,5x bis 1,6x. Dies bedeutet, dass das Bildfeld enger erscheint, da der Sensor nur einen kleineren Bereich eines Motivs einfangen kann.
Nutzt du also ein Vollformatobjektiv mit einer Brennweite von 100 mm auf einer APS-C-Kamera, hast du im Endeffekt eine Brennweite von 150mm. Der Vorteil liegt in einer effektiven Vergrößerung des Bildausschnitts, was besonders bei Teleaufnahmen nützlich ist. Jedoch kann dies auch bei Weitwinkelaufnahmen Einschränkungen mit sich bringen, da der Blickwinkel reduziert wird.
Mittelformat
Mit einer Abmessung von 44 x 33 mm sind die Mittelformatsensoren die Giganten unter den Kamerasensoren. Da ihre Abmessungen Vollformatsensoren deutliche übertreffen, könnten Mittelformatkameras mit einer sehr guten Bildqualität punkten. Auch in Punkten wie Dynamikumfang und Detailreichtum sind Mittelformatkameras außergewöhnlich gut.
Allerdings musst du für diese Qualität auch einen besonders hohen Preis zahlen. Die aktuelle Fujifilm GFX 100 II gibt es zum Beispiel erst ab 7000 bis 8000€.
Vollformat
Deutlich günstiger und dennoch der Goldstandard der meisten professionellen Fotografen sind da Kameras mit einem Vollformatsensor. Der Vollformatsensor hat eine Abmessung von 36 x 24 mm und bietet eine herausragende Bildqualität, einen sehr guten Dynamikumfang und hohes Detailreichtum.
Mittlerweile gibt es eine große Auswahl an Vollformatkameras von allen Kameraherstellern und sie eignen sich für so gut wie alle Einsatzzwecke. Vollformatkameras gibt es in vielen Preisstufen, üblicherweise fangen die Modelle so bei 1000€ an.
APS-C
Mit einer Abmessung von etwa 23,5×15,6 mm sind APS-C Sensoren kleiner als Vollformatsensoren, was zu kompakteren, leichteren und oft auch günstigeren Kameras führt, dabei die Bildqualität nicht zu sehr beeinflusst.
Kameras mit APS-C Sensoren eignen sich gut für Hobbyfotografen, zum Reisen oder auch für professionelle Zwecke. Echt gute Allround Kameras also. Ein kleinerer Sensor bedeutet allerdings auch einen Crop-Faktor von 1,5 bis 1,6 für deine Objektive, was bei der Bildkomposition bzw. bei der Wahl des Objektivs berücksichtigt werden muss.
Erfahre mehr über APS-C- und Vollformatsensoren: APS-C oder Vollformat?
Micro Four Thirds
Der Micro Four Thirds Sensor hat eine kompakte Abmessung von 17,3×13 mm und statt einem 3:2 Seitenverhältnis eines von 4:3, daher auch der Name. MFT Sensoren werden nur von den zwei Herstellern Panasonic und Olympus in ihren Kameras verbaut.
Diese Sensoren sind noch kleiner als APS-C, was zu extrem kompakten Kameragehäusen und Objektiven führt. Daher eignen sie sich besonders gut fürs Reisen und unterwegs.
Natürlich können sie bei schlechten Lichtverhältnissen oder in Sachen Bildqualität nicht mit den vorgenannten Sensoren mithalten, sind aber immer noch eine solide Wahl und bieten eine große Range an kompatiblen Objektiven.
Megapixel und Auflösung
Was sind Megapixel?
Ein Foto besteht aus vielen Bildpunkten, ein Megapixel sind eine million dieser Pixel. Hat eine Kamera also eine Auflösung von 20 Megapixeln, sind das etwa 20 Millionen Bildpunkte.
Jeder dieser Bildpunkte ist ein winzig kleiner Teil eines Fotos. Wie viele Pixel bzw. Megapixel eine Kamera hat, hängt davon ab, wie viele Fotodioden (Pixel) auf ihrem Sensor sitzen. Hat eine Kamera 20 Megapixel sind das 20 etwa Millionen Pixel.
Allerdings hat der Sensor dann keine 20 Millionen Fotodioden. Die Summe der Pixel ergibt sich nämlich aus der Anzahl in der Breite, multipliziert mit der Anzahl in der Höhe. Bei 20 Megapixeln und einem klassischen Bildformat von 3:2 sind das 5.477×3.651 Fotodioden = 19.996.527 Pixel = 20 MP.
Welchen Einfluss haben Megapixel auf die Bildqualität?
Sorgen mehr Megapixel denn automatisch für eine bessere Bildqualität? Ja und nein. Einerseits verhelfen mehr Bildpunkte tatsächlich zu einer besseren Qualität. Andererseits ist die Anzahl der Bildpunkte nur einer von vielen Faktoren, die sich auf das Endergebnis auswirken.
Es gibt nämlich viele Kameras, die weniger Megapixel haben als so manche Smartphonekamera, allerdings trotzdem viel bessere Fotos aufnehmen.
Neben der Anzahl der Pixel ist nämlich auch die Größe des Kamera Sensors entscheidend dafür, wie gut die Qualität der Bilder ist. Je größere nämlich der Kamerasensor ist, desto größer sind auch die Pixel und desto mehr licht können diese aufnehmen, was für eine höheren Lichtempfindlichkeit sorgt.
Und wie du mittlerweile weißt, sorgt eine höhere Lichtempfindlichkeit auch für mehr Details und einen besseren Dynamikumfang. Mehr Pixel bedeuten also nicht immer auch bessere Bilder.
Dynamikumfang und Farbtiefe
Was ist der Dynamikumfang?
Jetzt habe ich schon mehrmals den Dynamikumfang erwähnt, doch was ist das überhaupt? Einfach erklärt ist der Dynamikumfang der Unterschied zwischen der hellsten und der dunkelsten Stelle bei einer Aufnahme. Eine Szene mit einem hohen Kontrast hat daher auch einen hohen Dynamikumfang.
Zur Veranschaulichung eignet sich gut eine Gegenlichtaufnahme, beispielsweise ein Sonnenuntergang. Wenn die Sonne noch am Himmel steht, ist dieser Bereich sehr hell. Die Landschaft ist hingegen deutlich dunkler.
Für das menschliche Auge sind diese Helligkeitsunterschiede kein großes Problem und unser Gehirn sorgt dafür, dass nichts zu hell oder zu dunkel ist. Kameras hingegeben haben nur einen sehr begrenzten Dynamikumfang und ein Teil des Bildes ist immer zu dunkel, egal wie du belichtest.
Mit Hilfsmitteln wie Verlaufsfiltern oder einer Mehrfachbelichtung und anschließender Zusammenrechnung der Bilder kannst du das gut umgehen. Allerdings hat auch der Sensor einen Einfuss darauf, wie viel zu sehen ist.
Je größer der Kamerasensor ist, desto höher ist auch der Dynamikumfang. Eine höhere Dynamik sorgt für mehr Details auf deinem Bild, während weniger Dynamik für das Gegenteil sorgt.
Was ist die Farbtiefe?
Die Farbtiefe gibt an, wie viele Farben deine Kamera darstellen kann. Die Menge der möglichen Farbabstufungen wird dabei in Bits angegeben.
Die Pixel deiner Kamera enthalten Informationen über die Farbstufen, die durch die Farbkanäle der Farben Rot, Grün und Blau bestimmt werden. Durch die Mischung dieser Farben kann jeder Farbton erzeugt werden. Je mehr Farbabstufungen die einzelnen Farbkanäle annehmen können, desto mehr Farben können insgesamt dargestellt werden.
Die Maßeinheit Bit zeigt an, wie viele Farbtonabstufungen innerhalb eines Farbkanals möglich sind. Jedes Bit kann dabei immer nur zwei Farbtonabstufungen erfassen, demnach verdoppelt sich die Anzahl der möglichen Farben mit jedem Bit.
Die meisten Kameras haben eine Farbtiefe von 8 Bit für jede der drei Primärfarben Rot, Grün und Blau, also 24 Bit insgesamt. Die 8 Bit pro Primärfarbe ermöglichen 256 Abstufungen für jede dieser Farben. Ab dieser Anzahl an möglichen Farben wird auch von True Colors gesprochen, da die Farben sehr echt und natürlich wirken.
Mittlerweile gibt es auch Kameras, mit denen 10, 12 oder 14 Bit pro Farbkanal möglich sind. Im Falle von 14 Bit entspricht dies über 4 Billionen Farben. Allerdings reichen 8 Bit vollkommen aus, da das menschliche Auge nur ca 200 verschiedene Farbtöne unterscheiden kann.
Rauschverhalten und ISO
Was ist der ISO überhaupt?
In der analogen Fotografie stand der ISO-Wert für die Lichtempfindlichkeit des Films. Je empfindlicher der Film war, desto weniger Licht war notwendig. So musste man sich als analog fotografierender Fotograf vor seinem Projekt im Klaren sein, welchen Film mit welcher Empfindlichkeit man wohl benötigt, oder was für ein Licht vorhanden sein würde.
Das hat sich mit der digitalen Fotografie geändert. Mittlerweile kann die ISO Einstellung jederzeit angepasst werden. Der ISO steht nun für die Lichtempfindlichkeit des Kamerasensors und kann bequem über das Einstellrad angepasst werden. Das ist vor allem dann praktisch, wenn generell wenig Umgebungslicht vorhanden ist und man trotzdem ein korrekt belichtetes Foto schießen möchte.
In solchen Situationen kann man den ISO dann höher einstellen und der Sensor reagiert empfindlicher auf Licht, dass durch das Objektiv fällt. Das Bild wird also heller.
Was ist Bildrauschen?
Der Nachteil von höheren ISO Werten ist allerdings, dass das Bild anfängt zu rauschen. Das heißt, dass die Bildqualität abnimmt, also unschärfer, kontrastärmer und körniger wird. Das möchte man natürlich so gut es geht vermeiden. Es empfiehlt sich daher immer, mit einem möglichst niedrigen ISO Wert zu fotografieren. ISO 100 gilt bei den meisten Kameras als niedrigster ISO oder „Normal ISO“.
Allerdings gibt es auch mal Situationen, in denen du mit höheren ISO Werten fotografieren musst, um ein akzeptables Bild zu erhalten. Gerade dann ist es gut, wenn du weißt, bis zu welchem ISO Wert das Bild deiner Kamera einigermaßen rauschfrei bleibt.
Ich würde empfehlen nicht über einen ISO Wert von 800 zu gehen, um sicherzustellen, dass das Bild größtenteils rauschfrei bleibt. Das kann aber von Kamera zu Kamera variieren und vor allem von Sensor zu Sensor, warum erfährst du jetzt.
Zusammenhang zwischen Sensorgröße und Bildrauschen
Vollformatsensoren sind meist deutlich besser in puncto Bildrauschen, was wieder einmal an den größeren Pixeln auf dem Sensor liegt. Die größeren Pixel können einfach mehr Licht einfangen. Das führt dazu, dass Vollformatkameras in den meisten Fällen auch bei höheren ISO Werten weniger Bildrauschen verursachen, als zum Beispiel Kameras mit einem APS-C Sensor.
Wie ich allerdings schon sagte, empfiehlt es sich den ISO immer so niedrig wie möglich zu halten, um die maximale Bildqualität zu erzielen. Solltest du mal schlechte Lichtverhältnisse haben, greife lieber auf ein Stativ und eine längere Belichtungszeit zurück.
Bildrauschen von Bildern entfernen
Wenn du dir deine letzten Fotos auf deinem Laptop anschaust und merkst, dass diese extrem rauschen ist nicht noch nicht alles verloren.
Natürlich wären die Bilder ohne rauschen besser und du kannst diese Qualität nicht zu 100% erreichen, aber in der heutigen Zeit gibt es einige Möglichkeiten um Bilder mit hohem Bildrauschen zu korrigieren.
Viele Bildbearbeitungsprogramme haben Funktionen, um Bilder zu entrauschen. In Adobe Lightroom geht das Ganze zum Beispiel KI gestützt und funktioniert echt gut. Falls du mal ein verrauschtes Bild haben solltest, schau am besten mal, ob du das noch korrigieren kannst.
Autofokus
Wie beeinflusst die Sensorgröße den Autofokus?
Auch der Autofokus einer Kamera wird direkt durch den Sensor und seine Größe beeinflusst. Da ein größerer Sensor mehr licht einfangen kann, funktioniert auch der Autofokus etwas besser. Gerade bei schlechten Lichtverhältnissen können bessere Autofokusleistungen erzielt werden, da die Kamera schneller und besser Motive erkennen kann, da mehr Licht eingefangen wird.
In den meisten Tests schneiden die neuesten APS-C Kameras immer noch schlechter ab, als die neusten Vollformatkameras in puncto Autofokus.
Aber auch auf dem Gebiet des Autofokus gibt es spannende Entwicklungen, denn auch Kameras arbeiten mittlerweile mit künstlicher Intelligenz. Bei den meisten modernen Kameras wurde die Funktionsweise des Autofokus mit vielen vielen verschiedenen Bildern trainiert, sodass Kameras ohne Probleme Menschen Gesichter und Augen erkennen kann, auch Tiere, Autos oder Schiffe sind meist für den Autofokus schneller erkennbar.
Das sorgt natürlich dafür, dass auch Kameras mit schlechteren Autofokusleistungen auch bei schlechtem Licht schnellere Motive erkennen können, da sie einfach darauf trainiert wurden diese erkennen zu können.
Es bleibt allerdings dabei, dass Kameras mit einem größeren Vollformatsensor meist auch einen besseren Autofokus haben, als Modelle mit kleinerem Sensor. Ob dich das stört oder nicht, musst du am Ende selbst entscheiden.
Ich fokussiere fast immer manuell und nutze den Autofokus nur in Situationen, in denen ich nicht die Zeit habe zu fokussieren, wie in der Tierfotografie. Als Einsteiger wirst du wahrscheinlich auch mit dem Autofokus an einer Kamera mit Four Thirds oder APS-C Sensor deinen Spaß haben.
Fazit
Wie du siehst ist der Sensor wirklich das Herzstück deiner Kamera und viel hängt von ihm ab. Ob Dynamikbereich, Bildqualität oder Rauschverhalten, alles hat mit deinem Sensor zu tun. Also überlege dir genau, für welchen Sensor du dich beim Kauf einer neuen Kamera entscheidest.
Ich hoffe, dass dir mein Artikel geholfen hat und du nun etwas mehr vom Kamerasensor verstehst. Auf meinem Blog Sergej Away gibt es jede Woche neue interessante Artikel zum Thema Fotografieren. Die helfen dir hoffentlich dabei, stück für stück eine bessere Fotografin oder ein besserer Fotograf zu werden. Bis zum nächsten Mal!
Dein Sergej
