Bildentstehung

Der Sensor ist das Herzstück einer Kamera. Sowohl Bildqualität als auch Auflösung und Schärfentiefe hängen von ihm ab.

Funktionsweise

Der Sensor ist ein elektronisches Bauteil, das aus vielen lichtempfindlichen Fotodioden besteht. Gelangt Licht auf diese kleinen Sensoren setzen sie Elektronen frei. Je mehr Licht, desto mehr Elektronen und desto stärker wird das Signal. Das einzige, was diese Sensoren demnach messen, ist die Anzahl an Photonen, also die Lichtstärke.

So würde in der Kamera aber nur ein monochromes, also schwarz-weißes Bild entstehen. Daher liegt über jedem Sensor ein Farbfilter in Rot, Grün oder Blau. Diese schachbrettartige Filter-Schicht wird Bayer-Muster genannt. Eine grüne Fotodiode misst also, wie viele Photonen der grünen Wellenlänge gerade darauf treffen.

Die nachfolgenden drei Bilder zeigen jeweils die Bilder, die von den roten, grünen und blauen Fotodioden aufgenommen wurden. Alle Helligkeitsinformationen werden in den drei Kanälen Rot, Grün und Blau gespeichert.

Je heller dabei ein Bereich ist, desto mehr Photonen der jeweiligen Wellenlänge treffen hier auf den Sensor. So ist das Gesicht und die Hände im roten Kanal sehr hell, hier ist viel Rot vorhanden.

Aus diesen drei Farbwerten für Rot, Grün und Blau kann ein in der Kamera verbauter Computerchip die farbigen Pixel und damit ein farbiges Bild berechnen. Das Bayer-Muster besteht meist zu 50 Prozent aus grünen, zu je 25 Prozent aus roten und blauen Filtern. Das liegt daran, dass der Mensch in den grünen Wellenlängen am empfindlichsten ist.

Sensor-Typen

Grundsätzlich wird bei Kameras zwischen CCD- und CMOS- Sensoren unterschieden.

CCD steht dabei für Charge Coupled Device und werden oft in kleinen Kompaktkameras und größeren Mittelformat-Kameras eingesetzt. Hier werden die Signale für den roten, grünen und blauen Kanal jeweils nacheinander ausgelesen.

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) liest diese Informationen parallel aus, kann das Bild so also schneller zusammensetzen und verarbeiten.

Sensorgröße

In der Kamerabranche gelten, was Sensorgrößen angeht gewisse Standards. Ein Vollformat-Sensor ist bei den meisten Herstellern immer 36 x 24 Millimeter groß. Nicht zufällig entspricht das genau dem ehemaligen 35 Millimeter Analogfilm-Format.

Sensoren im kleinen APS-C Format sind dagegen bei Sony, Nikon und Pentax 23,6 x 15,7 Millimeter groß, bei Canon dagegen 22,2 x 14,8 Millimeter.

Noch kleiner sind Sensoren des Micro-Four-Thirds-Standards. Diese messen 17 x 13 Millimeter.

Grundsätzlich gilt: Je kleiner der Sensor desto kleiner auch die Fotozellen und desto weniger Licht kann absorbiert und weitergeleitet werden. Das wiederrum führt dazu, dass das Bildsignal deutlich verstärkt werden muss, was wiederrum zu Bildrauschen und schlechterer Bildqualität führt.

Crop-Faktor

Brennweiten auf Objektiven sind immer im Kleinbild- also Vollformat angegeben. Eine 50 Millimeter Festbrennweite hat demnach auch eine Brennweite von 50 Millimeter an einer Vollformat-Kamera. Interessant wird es, wenn diese an eine APS-C Kamera montiert wird. Durch den kleineren Sensor wird im Gegensatz zum Vollformat-Sensor nicht der komplette Bildkreis des Objektivs abgegriffen, es entsteht eine Art Zoom-Effekt. Bei Nikon, Pentax und Sony beträgt dieser Zoomfaktor 1,5, bei Canon 1,6. Das bedeutet, ein 50 Millimeter Objektiv hat bei einer APS-C Kamera von Canon 80 Millimeter effektive Brennweite.

Schärfentiefe

Je kleiner der Sensor, desto größer die Schärfentiefe. Extrem ist der Unterschied zwischen Kompakt-Kamera und Vollformat-Kamera. Während ein Makro mit einer Kompakten sehr leicht fällt, da das ganze Motiv ohne Probleme scharf abgebildet werden kann, hat eine Vollformat-Kamera auch im abgeblendeten Zustand Probleme, die Schärfentiefe derart zu vergrößern. Andrerseits lässt sich zum Beispiel ein Portrait mit einer solchen Vollformat-Kamera leichter vor dem Hintergrund freistellen.