Empfindlichkeiten

Es ist interessant zu beobachten, wie im Laufe der kurzen Entwicklung von Digitalkameras und ihrer Sensoren die Pixelgröße abnahm, mithin auch die Fläche kleiner wurde, die zum Einfangen des Lichtes zur Verfügung steht. Gleichzeitig nahm die Empfindlichkeit der Sensoren aber zu.

 

Beim Spaziergang durch Las Vegas kamen die Empfindlichkeitsstufen ISO 200, 400, 800 und 1600 zum Einsatz - mit Film in der Kamera wäre das sehr umständlich gewesen.   Fotos: Andreas Kaspar

 

Ein kleines Beispiel: Die erste 3,2-MPix-Kompaktkamera des Marktes, die Casio QV-3000 erschien Anfang 2000. Sie hatte einen 1/1,8“-Sensor und einen ISO-Bereich von 64 bis 500. Ihre Anfang 2009 vorgestellte Ur-Ur-Urenkelin (vermutlich fehlen noch einige „Ur“), die Casio Exilim EX-S12, weist 12 Megapixel auf einem kleineren 1/2,3“-Sensor auf und man kann Empfindlichkeiten von ISO 100 bis 1600 einstellen.

 

Empfindlichkeitsangaben wie „ISO 100“ entspringen übrigens einer gewissen Bequemlichkeit. Der ISO-Wert setzt sich eigentlich aus den alten ASA- und DIN-Werten zusammen. Die ASA-Skala war arithmetisch aufgebaut. Eine doppelt so hohe Empfindlichkeit wurde durch einen doppelt so hohen Wert ausgedrückt. ASA 200 entsprach der doppelten Empfindlichkeit von ASA 100. Die DIN-Skala war logarithmisch aufgebaut. Eine doppelt so hohe Empfindlichkeit wurde durch Erhöhung des DIN-Wertes um 3 ausgedrückt. 24 DIN entsprach der doppelten Empfindlichkeit von 21 DIN, und 21 DIN entsprachen ASA 100. Der ISO-Wert verbindet beide, z. B. in einem Wert wie ISO 100/21°, der aber faktisch nur noch als ISO 100 angegeben wird.

 

Schon diese Tatsache, dass man verschiedene Empfindlichkeiten einfach einstellen kann, ist es wert, dass die Digitalfotografie erfunden wurde.

 

Will ein Film-Fotograf seine Aufnahmen statt mit ISO 100 mit ISO 400 machen, muss er den Film wechseln, bei der Digitalkamera genügt ein Dreh am Einstellrad oder ein paar Tastendrücke, den zur Situation passenden Wert zur Verfügung zu haben - natürlich innerhalb der Grenzen, die die Kamera vorgibt.

 

Die Lichtempfindlichkeit des Films basiert auf lichtempfindlichen Silberhalogenidkristallen in der Schicht. Sie sind zufällig und absolut ungeordnet verteilt. Filme mit kleinen Partikeln - wie der erwähnte 100er - brauchen mehr Licht, Filme mit größeren Partikeln - wie der erwähnte 400er - kommen mit weniger Licht aus. Nach der Entwicklung sind die Kristalle nicht mehr zu sehen, aber an ihrer Stelle Anhäufungen von Silber oder Farbstoffen, die bei entsprechender Vergrößerung als feineres oder gröberes „Korn“ mehr oder weniger stark wahrgenommen werden - und das Motiv darstellen. Der Film ist ja Aufzeichnungs- und Speichermedium in einem.

 

Bei einem Sensor sieht die Sache anders aus. In diesem Zusammenhang zunächst ein kurzer Blick darauf, wie ein Sensor ein Bild aufzeichnet. Licht fällt auf den Sensor und Photonen treffen die einzelnen Pixel. Elektronen bewegen sich und es wird eine elektrische Ladung aufgebaut. Je höher die Helligkeit und je länger Licht auf den Sensor fällt, desto höher die Ladung. Nach dem „Auslesen“ der Ladung - zeilenweise beim CCD-Sensor, pixelweise beim CMOS-Sensor - wird die zunächst noch analoge Information in ein digitales Signal verwandelt und das Bild binär codiert. Helligkeit und Farben werden zu schier endlos vielen Einsen und Nullen. Diese Daten werden, so wie sie sind oder bearbeitet, außerhalb des Sensors in einer Datei gespeichert. Anders als beim Film sind Aufzeichnung und Speicherung des Bildes getrennt. Es stehen unterschiedliche Dateiformate und Komprimierungsstufen zur Wahl, die zu unterschiedlichen Dateigrößen führen - dazu kommen wir in einer späteren Folge.

 

Der Blick auf einen Sensor zeigt eine spiegelglatte Oberfläche 1. Darunter befinden sich aber winzige Linsen 2, die das einfallende Licht genau auf einen unter der Linse liegenden Pixel lenken.   Fotos: Sony - Canon

 

Der Sensor einer Digitalamera hat eine bestimmte Grundempfindlichkeit, die z. B. ISO 100 oder ISO 200 entspricht (aber auch einem anderen „krummen“ Wert entsprechen kann). Die gewohnten ISO-Werte 50 - 100 - 200 - 400 usw. bis 25.600 (Höchstwert Anfang 2009) werden durch eine Verstärkung oder auch Abschwächung eines Signals erreicht.

 

Beim Wechsel von einem Film zu einem anderen Film mit einer anderen Empfindlichkeit kommt tatsächlich ein anderes lichtempfindliches Material zum Einsatz. Dagegen bleibt der Sensor und bleiben die Pixel gleich, wenn man bei einer Digitalkamera den ISO-Wert manuell ändert oder die Änderung von einer ISO-Automatik vorgenommen wird. Wieso die Empfindlichkeit mit der Belichtungssteuerung zusammenhängt und warum eine ISO-Automatik eine gute Sache sein kann, schauen wir uns im entsprechenden Kapitel an. Aber die Empfindlichkeit, die für den Sensor eingestellt wird, ist nicht nur für die Belichtung, sondern auch für die Bildqualität von Belang.

 

TIPP 1
Einfachere Kameras machen es möglich, die Sensorempfindlichkeit manuell in ganzen Schritten einzustellen. Bei vielen Modellen kann aber wahlweise mit Halb- oder Drittelschritten gearbeitet werden. Die Zwischenwerte sind besonders im höheren Bereich sinnvoll, wenn Rauschen auf dem niedrigst-möglichen Level gehalten werden soll. Bietet die Kamera die Möglichkeit, den Arbeitsbereich der ISO-Automatik zu begrenzen, macht man eine Reihe von Aufnahmen mit den ISO-Werten bei unterschiedlicher Helligkeit, schaut die Bilder unter normalen Bedingungen an und kann die Obergrenze für die Automatik von Fall zu Fall passend festlegen.

 

TIPP 2
Es kann trotz Staubschutz passieren: Irgendetwas Winziges hat sich auf dem Sensor niedergelassen und macht sich als Fleck im Bild störend bemerkbar. Um das Staubkorn oder den Fussel gezielt bekämpfen zu können, muss man berücksichtigen, dass das Bild kopfstehend und seitenverkehrt auf den Sensor projiziert wird. Ein Fleck, der im Bild oben rechts stört, hat seine Ursache in einem Partikel unten links auf dem Chip. Manche Kameras machen das Umdenken unnötig - zeigen auf dem Monitor die richtige Lage der Verschmutzung.