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Erläuterung der verschiedenen Sensor - Typen

Derzeit gibt es drei verschiedene Sensor - Arten, die in den verschiedensten Digitalkameras verbaut werden. Der gebräuchlichste und am meisten eingesetzte Fotochip ist der so genannte CCD-Sensor. Darüber hinaus baut Canon mit grossem Erfolg CMOS - Sensoren in ihre Kameras ein. Mit der Sigma SD9 hat aber auch erstmals ein X3-Chip der Firma Foveon Einzug in der der digitalen Fotografie gehalten.

Der Aufbau eines CCD / CMOS - Sensors

Schnitt eines CCD - Chips Die Darstellung rechts zeigt einen Ausschnitt aus einem Chip mit in der Größe von 8 x 8 Pixel, sprich Fotozellen. Grund-sätzlich ist solch ein Chip nur für die Registrierung von Helligkeitsunterschieden empfänglich. Durch die Über-lagerung der Fotozellen mit Farbfolien wird aber jede Fotozelle für eine bestimmte Farbe sensibilisiert. In fast allen Kameras liegen diese Farbfilter in den RGB - Farben Rot, Grün und Blau vor.

Diese mosaikförmige Anordnung der farbigen Elemente wird als Bayer-Pattern-Mosaik bezeichnet und hat einen gravierenden Nachteil. Wird dieses Mosaik mit einem weiteren Mosaik aus kleinen Strukturen - zum Beispiel mit der Ablichtung eines kleinkarierten Hemdes - bei der Aufnahme überlagert, kann dies zur berüchtigten Moire - Bildung führen. (Siehe auch bei Wikipedia: Moire - Effekt) Gegen diesen Effekt gibt es kein Gegenmittel. Aus diesem Grund dürfen auch Fernsehmoderatoren nur einfarbige Kleidung tragen.

 Christoph Müller
Um Farben darstellen zu können werden jeweils auf dem Sensor vier Pixel zu einer Farbinformation kombiniert. Da das menschliche Auge für Helligkeitsinformationen empfänglicher ist, als für Farben, werden von den vier Pixeln doppelt so viele Grüne Farbpunkte (50 %) als Rote (25 %) oder Blaue (25%) zu einer Farbinformation zusammengefasst. Mit der Markteinführung der DSC-F828 hat Sony im Frühjahr 2004 ein neues Bayer - Pattern - Mosaik mit 4 Farben (Rot, Grün, Blau und "Emerald" = Türkis/Smaragd) eingeführt, das zu einer Verbesserung der Farbwiedergabe vor allem im blaugrünen Bereich sorgen sollte. Inzwischen hört und sieht man von diesem "innovativen" Chip nichts mehr. Er wurde wohl ohne viel Aufhebens wieder vom Markt genommen.

Durch die Zusammenfassung von 4 Pixeln zu einer Farbinformation, geht die tatsächliche Pixelanzahl verloren. Rein rechnerisch wird damit aus einer 4 Megapixel - Kamera eine 1 Megapixel - Kamera. So hat der Chip in der Canon D60 oder D7 nur tatsächliche, für die Aufnahme relevante 4,5 Megapixel. Dieser, auch für die Verkaufsstrategen ungünstiger Umstand, wird durch eine kamerainterne Interpolation wieder ausgeglichen.

Die Unterschiede zwischen CCD und CMOS - Chip

Die Unterschiede zwischen den oberflächlich so baugleichen Sensoren liegt lediglich in der Art der Signalaufbereitung und des Signaltransports. Beim einem CCD - Sensor werden die Signale einer kompletten Bildzeile gesammelt an den Analog / Digital - Wandler der Kamera gesendet. Der Weg der Signalübertragung ist länger als bei den CMOS - Sensoren und könnte dadurch bei extrem schnellen Motiven zu einem Versatz der Zeilen führen. Die Produktion dieser Chips muss in staubfreien Reinräumen mit speziellen Maschinen erfolgen. Durch diesen sehr hohen technischen Aufwand hat der Chip natürlich einen entsprechend hohen Preis.

Der CMOS - Sensor dagegen ist ein Massenprodukt, der in "normalen Fabrikhallen" gefertigt werden kann. Jede einzelne Fotodiode besitzt hier ihren eigenen Analog / Digital - Wandler, was die Verarbeitung des Signals zwar beschleunigt, aber jedoch auch zu einem erhöhten Bildrauschen führen kann. Der CMOS - Sensor war über eine lange Zeit nur den Videokameras vorbehalten und galt als nicht geeignet für qualitativ hochwertige Fotokameras. Die Firma Canon hatte erstmals mit der Spiegelreflexkamera EOS D30 (nicht zu verwechseln mit der neueren EOS 30D) diese Probleme entwicklungstechnisch in Griff bekommen und den CMOS - Sensor hoffähig gemacht. Das diese Bildsensoren nicht die schlechteste Wahl sind, beweist die immer sehr gute Platzierung der Canon - Kameras in diversen Testberichten führender Fotozeitschriften.

Der Aufbau eines Foveon X3 - Chips

© by SIGMA Einen gänzlichen anderen Ansatz verfolgt die Firma Foveon beim Aufbau ihres X3 - Chips. Ähnlich einem analogen Film werden teildurchlässige Farbschichten auf den Sensor aufgetragen. Entsprechend der Wellenlänge des Lichts, dringt dieses unterschiedlich tief in die Silizium - Schicht des Sensors ein.

Eine Interpolation wie beim Bayer - Pattern - Mosaik ist nicht nötig, da jede einzelne Fotodiode eine der drei Grundfarben liefert. Zur Zeit wird ein 15 Megapixel - Chip in der aktuellen Kamera Sigma SD1 mit 4800 x 3200 Pixel = 15,36 MP eingebaut. Aufgrund der fehlenden Interpolation spricht Sigma hier von einem 46 Millionen Farbenchip (3 Farben pro Pixel), obwohl nur 15,36 MP vorhanden sind. Durch diese Chipkonstruktion können die einzelnen Fotodioden bei fast gleichen Abmessungen größer und damit von ihrer Grundempfindlichkeit lichtempfindlicher hergestellt werden. Die Entwickler haben aber die wesentlich höhere Rauschempfindlichkeit des Chips leider noch nicht in den Griff bekommen.



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