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Schlagwort: bildsensor

David gegen Goliath: Olympus OM-D E-M1 gegen Nikon D810

Posted in Fotografie

Eigentlich ist der Titel dieses Artikels (wieder einmal) nicht ganz korrekt. Tatsächlich geht es mir nicht um einen Vergleich der OM-D mit der D810 sondern um die Erörterung des Nutzens hochauflösender Sensoren. Dass ich eine OM-D zum Vergleich heranziehen würde bot sich an, da ich damit arbeite. Ich hätte sie aber ebensogut gegen die neue 50-Megapixel-Canon oder die angekündigte 42-Megapixel-Sony antreten lassen können – es war für mich halt eben nur eine D810 mit 36 Megapixel verfügbar (mein Dank an Foto Hebenstreit für das Leihgerät).

Ich hege keinen Zweifel, dass die Nikon D810 mit entsprechenden Objektiven die Möglichkeiten der Abbildungsqualität einer E-M1 in den Schatten stellt. Es ist keine Frage, dass eine Kamera mit APS-C- oder Kleinbildsensor das kleinere Micro-FourThirds-Format noch lange, vielleicht auch dauerhaft, ausstechen wird. Wer reine Abbildungsqualität über alle anderen Aspekte stellt, für den gilt tatsächlich: Je größer (der Sensor) desto besser.

Für mich jedoch ist eine Kamera mehr als eine Summe von Messwerten aus Labortests. Es gilt die Vorzüge maximaler Abbildungsleistungen gegen andere Qualitäten abzuwägen. Natürlich kann ein LKW mehr transportieren als ein PKW – aber soll ich mir deshalb einen kaufen und die Nachteile beim Tanken und Parken in Kauf nehmen nur weil ich vielleicht einmal im Jahr etwas wirklich Großes transportieren will?

Nach zwei Jahren OM-D erscheint mir die D810 klobig und fett in Händen – kein Gedanke daran, dass ich zu dicken Spiegelreflexapparaten zurück kehren möchte. Geil jedoch finde ich den Shutter-Sound der D810. Klang meine Nikon D700 im Serienbildmodus wie ein Maschinengewehr, erinnert mich der Auslöserklang des D810-Shutters eher an eine Photonenpistole.

Dynamikumfang

Besitzer der D810 schwärmen nicht zu Unrecht vom enormen Dynamikumfang der D810 – mit beinahe 15 Lichtwerten eine andere Liga als die OM-D mit etwa 12,5 Lichtwerten. Zwar ist der Vergleich des Dynamikumfangs nicht Teil meines kleinen Tests hier, aber da es kaum Mehraufwand darstellt zeige ich zwei Aufnahmen um den Unterschied zu veranschaulichen.

Kirche_D810
Realtextmotiv 1, Nikon D810 mit Stativ aufgenommen

Für meinen Test habe ich mich für drei Motive entschieden. Als Realmotiv mit Stativ habe ich mich für den Saal einer Kirche (oben). Die beiden nachfolgenden Bilder zeigen je eine Aufnahme der D810 und der E-M1 bei der ich in Capture One das Maximum an wiederherstellbaren Lichtern heraus gekitzelt habe.

D810_Lichter
Der große Dynamikumfang erlaubt eine umfangreiche Wiederherstellung von überbelichteten Lichterpartien (vergleiche mit den völlig weiß ausgefressenen Fenstern in der Abbildung oben).
E-M1_Lichter
Mehr war aus dem Dynamikumfang der OM-D E-M1 (ca. 12 LW im Unterschied zu ca. 14 LW bei der D810) nicht rauszuholen.

Aufnahmen aus freier Hand

Wer sich für eine Kamera mit hoher Auflösung entscheidet muss sich bewusst sein, dass Verwackelung entsprechend feiner aufzeichnet wird – hohe Auflösung ist wie eine Lupe für die Unruhe bei der Kamerahaltung.

Üblicherweise gilt die Faustregel man könne etwa den Kehrwert der Brennweite aus freier Hand halten. Das bedeutet bei 200mm sollte sich 1/200s halten lassen, bei 100mm 1/100s und bei 35mm 1/35s. Für diesen kleinen Test habe ich Topfpflanzen mit unterschiedlichen Verschlusszeiten mit D810 und 35mm- und E-M1 mit 17mm-Objektiv fotografiert.

blumen
Die nachfolgenden Abbildungen sind 100-%-Ausschnitte aus diesem Motiv und entstanden aus freier Hand
D810_25_35
Viel Kaffee und eine etwas unglückliche Körperhaltung haben wohl dazu beigetragen, dass diese 35-mm-Aufnahme bei 1/25s »so extrem« verwackelt ausgefallen ist (Nikon D810, Sigma 35mm ƒ1.4, 1/25s).
D810_100_35
1/50s sollte sich nach Faustregel eigentlich aus freier Hand halten lassen. Allerdings nicht, wenn der Sensor mit 36 Megapixel auflöst! (Nikon D810, Sigma 35mm ƒ1.4, 1/50s)
D810_100_35
Dass 1/100s bei 35mm noch immer so verwackelt ausgefallen ist, ist mit Sicherheit einer übertriebenen Tagesration Kaffee und einer gebückten Körperhaltung zuzuschreiben (Nikon D810, Sigma 35mm ƒ1.4, 1/100s).
D810_200_35
1/200s – jetzt ist’s scharf (Nikon D810, Sigma 35mm ƒ1.4, 1/200s). Allerdings nur relativ scharf, denn selbst exzellente Objektive liefern einem 36-MP-Sensor nicht mehr genug Schärfe um dieselbe Detailzeichnung wie bei einer Nahaufnahme zu erzielen.
blume_nah
Diese Nahaufnahme (E-M5, M.Zuiko 60mm ƒ2.8 Macro, Nahaufnahme bei Blende ƒ4.5 bei 1/200s) hat dieselbe Auflösung wie der 100-%-Ausschnitt aus dem D810-Bild darüber, allerdings ist es eine Nahaufnahme die darauf hinuntergerechnet wurde. Es ist eben ein Irrglauben man könne durch einen »Crop« dieselbe Qualität wie mit einer näheren oder Teleaufnahme erzielen – je enger der Crop gezogen wird, desto größer wird der Unterschied der Detailschärfe im Vergleich zur näheren Aufnahme!
E-M1_60_34
Olympus OM-D E-M1, M.Zuiko 17mm ƒ1.8, 1/60s – trotz großer Mengen Kaffees und verkrampfter Körperhaltung zeigt die Abbildung akzeptable Schärfe. Da es sich jedoch auch hierbei um einen (100%) Crop handelt kann die Schärfe natürlich auch nicht mit der Nahaufnahme aus dem Beispiel darüber mit halten.
E-M1_30_34
Olympus OM-D E-M1, M.Zuiko 17mm ƒ1.8, 1/30s; ja, ja – Kaffee ist der Feind scharfer Bilder.

Schärfevergleich anhand eines Testcharts

Der Kern des Vergleichs dieses Artikels war herauszufinden um wie viel besser die Detailschärfe ist, wenn eine hohe Auflösung durch native Auflösung des Sensors erreicht wird, als durch Interpolation einer Aufnahme eines Sensors mit geringerer Auflösung.

Wie komme ich überhaupt auf die absurde Idee, dass eine vergleichbare Qualität zu erreichen sein könnte? Ganz einfach: Das Resultat des Aufblasens von Bildern via Interpolation ist Unschärfe. Je höher wiederum die Auflösung eines Sensors, desto eher zeichnet er statt schärferer Details, Schwächen in der Detailschärfe der Optik auf – das Resultat ist ebenfalls Unschärfe.

Für einen ersten Test pappte ich wieder mein Testchart an meine Bürotür und nahm eine Reihe von Testbildern auf.

testchart
Testchart – orange markiert: Die Ausschnitte der nachfolgenden Abbildungen

Die Nachfolgenden Aufnahmen zeigen 100-%-Ausschnitte von Aufnahmen des Testcharts oben. Die beiden D810-Abbildungen sind unveränderte Ausschnitte aus den Originalen, die Ausschnitte der E-M1-Abbildungen hingegen stammen aus Bildern die von Capture One von 16 Megapixel auf 36,3 Megapixel hochgerechnet wurden (151%).

Links oben befindet sich jeweils das interpolierte E-M1-Bild – mit M.Zuiko 12–40mm bei 38mm und Blende ƒ4.0 aufgenommen. Rechts daneben je eine Aufnahme der D810 mit 24–120mm ƒ4 bei Blende 8. Unten links der Ausschnitt von Aufnahmen mit D810 und Sigma 35mm ƒ1.4 bei Blende ƒ4.

Zwei Nikon-Objektive waren mir wichtig um die Auswirkung der Optik auf die Qualität sichtbar zu machen. Die Tests zeigen, dass 36 Megapixel mit einem Standardzoom kaum bessere Resultate liefern als interpolierte Aufnahmen einer 16-Megapixel-Kamera die mit exzellenter Optik aufgenommen wurden. Die Sigma-Festbrennweite wiederum soll demonstrieren was man etwa Maximal von dieser Auflösung erwarten darf.

Oly_Zoom1 Nikon_Zoom5
Nikon_FB1
Die interpolierte Aufnahme zeigt gegenüber der Aufnahme mit Standardzoom Stärken und Schwächen.
Oly_Zoom2 Nikon_Zoom4
Nikon_FB2
Bei der Interpolation wird in der Regel geschärft was wohl zum Eindruck führt, dass das hochgerechnete Bild etwas besser ist als die Aufnahme des Standardzooms.
Oly_Zoom3 Nikon_Zoom3
Nikon_FB3
Beobachtet man bis zu welchem Bereich sich noch einzelne Linien unterscheiden lassen, stellt die interpolierte Aufnahme das Schlusslicht in diesem Vergleich dar. Auf den ersten Blick jedoch fällt es schwer einen klaren Sieger zu erkennen.
Oly_Zoom4 Nikon_Zoom2
Nikon_FB4
In diesem Bereich scheint speziell das Sigma etwas zu schwächeln und markiert überraschenderweise das Schlusslicht.
Oly_Zoom5 Nikon_Zoom1
Nikon_FB5
Das Raster im Randbereich des Testcharts scheint vom Olympus-Objektiv am schärfsten aufgenommen worden zu sein – hier müsste man die interpolierte Version zum Sieger küren.

Vergleich anhand eines Real-Live-Motivs

Natürlich fotografieren die wenigsten von uns Testcharts, weshalb Laborergebnisse auch immer etwas mit Vorsicht zu genießen sind. Was zählt ist was in der Praxis bei Real-Motiven aus einer Kamera herauszuholen ist.

Um das zu überprüfen habe ich das Motiv das Eingangs zu diesem Artikel zu sehen ist mit der E-M1 und dem M.Zuiko 17mm ƒ1.8 und der D810 und dem Sigma 35mm ƒ1.4 fotografiert und die Aufnahme aus der E-M1 wieder von 16 Megapixel auf 36 Megapixel hoch interpoliert.

Zu meiner Überraschung zeigt sich die D810 in dieser Disziplin als klarerer Sieger als vor dem Testchart – ich hätte eigentlich das umgekehrte Ergebnis erwartet. Bei gründlicher Überlegung erscheint mir das aber logisch, dass sich die Methoden der Nachschärfung und der Kontrastanpassung die bei der Interpolation angewendet werden bei reinen Schwarzweiß-Strichzeichnungen eher zu akzeptablen Lösungen führen als bei realen Aufnahmen mit Schattierungen und Farben.

NIKON-D810_35_8_1-1_6s_35-mm-f-1_4
Nikon D810, Sigma 35mm ƒ1.4, ƒ8, 1/6s; am Computerbildschirm üblicherweise bei etwa 100ppi dargestellt (in Browser auch bei hochauflösenden Bildschirmen)
E-M1_17_4_1-8s_OLYMPUS-M_17mm-F1_8-1
Olympus OM-D E-M1, M.Zuiko 17mm ƒ1.8 bei Blende ƒ4.0 – der Unterschied in der Detailqualität ist unübersehbar

Aufgefallen ist mir der Unterschied allerdings erst bei der Platzierung der beiden oberen Testaufnahmen hier im Browser. Ich arbeite mit einem Retina-Macbook mit 220ppi. In Capture One und Photoshop CC fällt darauf die 100-%-Darstellung von Bildern mehr  als zwei Mal kleiner aus als auf herkömmlichen Displays (Anmerkung: 100% bedeutet in Bildbearbeitungsprogrammen in der Regel, dass ein Pixel des Digitalbildes einem Pixel des Bildschirms entspricht – je höher die Bildschirmauflösung, desto kleiner die Wiedergabe).

Der Browser meines Computers orientiert sich nicht wie Photoshop an der tatsächlichen Pixelgröße digitaler Bilder, was auch gut ist, denn sonst würden die Bilder auf den Websites die ich besuche viel zu klein dargestellt. Statt dessen wird ein Display mit weniger Auflösung simuliert und das führt wiederum dazu, dass Bilder etwa so dargestellt werden wie in der 200-%-Darstellung in Photoshop.

Hatte ich in der 100-%-Anzeige in Photoshop praktisch keinen Unterschied zwischen der nativen D810-Aufnahme und der interpolierten E-M1-Aufnahme erkennen können wurden die Schwächen in der 200-%-Darstellung des Browsers entlarvt: Die Aufnahme der 36-Megapixel-D810 ist ganz eindeutig besser als die interpolierte Version der 16-Megapixel-E-M1.

Das Beispiel zeigt aber ganz deutlich wie wenig sich in der Vergrößerung deutlich sichtbare Unterschiede in der Praxis auswirken. Die nachfolgenden Abbildungen simulieren die Wiedergabegröße meiner Beispielbilder im Druck. Dort fällt die Auflösung noch höher aus als auf meinem Retina-Display – üblich sind 300ppi. Bei dieser Auflösung erscheint auf derselben Fläche ein drei Mal größerer Bildausschnitt als bei 100ppi. Vergleicht man die beiden folgenden Aufnahmen miteinander ist der Unterschied, der oben deutlich ist, praktisch nicht mehr zu erkennen.

NIKON-D810_35_8_1-1_6s_35-mm-f-1_4_3x
Die Druckwiedergabe erfolgt üblicherweise mit 300ppi, nicht wie am Bildschirm mit 100ppi. Daraus ergibt sich eine Wiedergabe die drei Mal kleiner ist als die Anzeige am Monitor.
E-M1_17_4_1-8s_OLYMPUS-M_17mm-F1_8_3x
Vergleicht man diesen Ausschnitt einer Aufnahme der OM-D E-M1 mit 17mm ƒ1.8 bei Blende ƒ4 mit dem Ausschnitt der Aufnahme darüber der D810 mit Sigma 35mm ƒ1.4 bei Blende ƒ8 relativiert sich der Unterschied.

Fazit

Natürlich ermöglicht die D810 bessere Abbildungsqualität und Detailschärfe als die E-M1 – das war nicht anders zu erwarten. Ein größerer Sensor ist ein größer Sensor – da fährt die Physik drüber! Die Beispiele demonstrieren jedoch die Nachteile der hohen Auflösung (Verwackelung) und zeigen, dass der Unterschied zwischen echten  und interpolierten 36 Megapixeln geringer ist als wohl Viele erwarten würden – die Grenzen der möglichen Schärfeleistung die Linsen heute erreichen können relativieren den Wert einer höheren Auflösung.

Weiterführende Artikel zu diesem Thema:

Dieser Artikel findet einer Fortsetzung in meinem Bericht »Wie viel Auflösung brauche ich?«., außerdem befasst sich auch der Artikel »Megapixel ersetzen Zoomobjektive?« mit der Thematik.

3.8. Belichtungszeit und ISO-Empfindlichkeit

Posted in Fotoschule Online

Fotoschule onLine - Kreative Digitalfotografie verständlich erklärt

Ziehen wir zum Einstieg in die praktischen Einstellungen zur Belichtung einmal ein Zwischenfazit. Wir haben bereits Eingangs ­definiert, dass die wesentlichen Faktoren der Belichtung das vorhandene Umgebungslicht, die Blendenöffnung, die Empfindlichkeit des Bildsensors und die Belichtungszeit sind.

Das Umgebungslicht ist ein Faktor, der sich oft nicht aus­reichend kontrollieren lässt, so lange man die Lichtsituation nicht mit Blitzen beeinflussen oder zu einem anderen Zeitpunkt an den Ort zurück­kehren möchte.

Nutzen wir die Blende um nach dem System der ›Vier Schritte‹ die Schärfentiefe kreativ zu beeinflussen, können wir die Blendenöffnung nicht mehr nutzen, um auf die Intensität des Umgebungslichts zu reagieren. Es bleiben dem Fotografen also zwei Stellschrauben, um eine optimale Belichtung zu erzielen: Die ISO-Empfindlichkeit und die Dauer der Belichtung. Beides unterliegt Einschränkungen. So lässt sich die Belichtungszeit nicht beliebig ausdehnen, so lange man aus freier Hand, und nicht mit einem ­Stativ fotografieren möchte. Sie sollte kürzer sein als der Kehrwert der Blende. Bleibt im Moment die ISO-Empfindlichkeit.

ISO-Empfindlichkeit des Bildsensors

Als wir uns zuerst über die Blende unterhalten haben, habe ich Ihnen die bekannte ›Wasserglas-Metapher‹ vorgestellt und anschließend meine Variation davon, die ›Regen und Trichter‹-Metapher, erklärt. Die Wasserglas-Metapher erklärt den Zusammenhang zwischen Blendenöffnung und Belichtungszeit. Die Regen und Trichter Metapher bringt Zeit und Blendenöffnung in Verbindung mit dem Umgebungslicht. Was uns nun als vierte ­Dimension zu Licht, Blende und Zeit als Stellschraube noch fehlt, ist die ISO-Empfindlichkeit.

Als flexible Variable ist die ISO-Empfindlichkeit noch relativ jung. In der analogen Fotografie lässt sich die ISO-Empfindlichkeit ­lediglich ändern, indem man den Film wechselt. Erst die Einführung von Bildsensoren als Aufnahmemedium macht es möglich, den ISO-Wert durch eine Einstellung der Kamera zu ändern.

Zu Beginn der Digitalfotografie war der erreichbare Spielraum noch gering. Ausgehend von einem Basiswert von ISO100, bei dem die meisten Digitalkameras eine optimale Abbildungsleistung er­reichen, stieg das so genannte Bildrauschen durch Anheben der Empfindlichkeit sprunghaft an. Werte ab und jenseits von ISO800 führten auch bei hochwertigen Kameras zu absolut inakzeptablen Störungen in den Aufnahmen. Deshalb musste es heißen: Die ISO-Empfindlichkeit sollte so gering wie möglich eingestellt werden.

Mittlerweile geben sich Kameras mit mittleren und großen Bildsensoren bereits bis in den Bereich von ISO800 und darüber hinaus kaum mehr Schwächen im Rauschverhalten, und sogar Kompaktkameras liefern bei ISO 800 durchaus akzeptable Resultate.

Um zu illustrieren, was die ISO-Empfindlichkeit ist, habe ich noch einmal eine Metapher mit Wasserglas und Regen heran gezogen. Allerdings lasse ich den Trichter als Stellvertreter für die Blendenöffnung weg.

Viel Umgebungslicht | Bei dichtem Regen kann ich auch mit ­einem Glas mit schmalem Durchmesser in kurzer Zeit genug Wasser ­sammeln, um es rasch zu füllen. Genau so kann ich bei ausreichendem Umgebungslicht mein Sammelbecken (der Bildsensor) rasch bis zur optimalen Belichtung füllen.

Viel Licht Viel Regen. Das Glas füllt sich trotz geringer Aufnahmefähigkeit (schmaler Form) rasch.

Ist die Niederschlagsmenge hingegen gering, dauert es viel länger, bis das Glas mit einem kleinen Durchmesser ausreichend voll ist.

Wenig Licht Bei geringem Regen dauert es natürlich länger das Glas voll zu bekommen.

Genau so dauert es bei geringem Umgebungslicht ­länger, bis der Sensor mit genug Licht für eine ausreichende Belichtung ­gefüllt ist.
Nun kann man aber durch Erhöhung der Empfindlichkeit die Fähigkeit des Sensors erhöhen Licht auszubeuten. Das ist etwa so, als würde man den Durchmesser des Wasserglases erhöhen und gleichzeitig die Höhe reduzieren. Das Volumen bleibt identisch, aber der Regen sammelt sich schneller, und das Glas ist schneller voll.

Wenig Licht mehr ISO Erweitert man die Aufnahmefähigkeit des Glases – in der Metapher, indem man den Durchmesser bei gleichbleibendem Volumen erweitert – kommt man ebenfalls wieder rasch zur gewünschten Füllmenge.

Sensorformat, Lichtausbeute und Rauschverhalten | Das Problem dabei: Je mehr man die Lichtausbeute des Bildsensors unter Strom stellt, um auch bei schwachem Umgebungslicht kurze Belichtungszeiten zu erreichen, desto mehr entstehen ­Störungen, die sich im Bild als Rauschen bemerkbar machen – man spricht vom Bildrauschen.

Größere Bildsensoren, wie Sie in System- und Spiegelreflexkameras in der Regel verbaut werden, haben bei gleich viel lichtempfindlichen Punkten (Sensorpixel) eine größere Fläche pro Pixel zur Verfügung. Sie können Licht effizienter einsammeln und liegen nicht so dicht neben ihren Nachbarn. Sie stören sich dadurch von Grund auf weniger gegenseitig was zu weniger Rauschen führt. Vereinfacht ausgedrückt.

Ein Pixel auf einem Bildsensor mit 12 Millionen Pixeln (12 Megapixel) auf einem Kleinbild-Sensor, im ­Format 36×24 mm, ist um ein vielfaches größer als ein Pixel auf einem Minisensor, im Format 7,3×5,7 mm, in einer Kompaktkamera mit 12 Megapixel. Das heißt auch, je größer der Sensor, desto größer die Sensorpixel, desto besser die Lichtausbeute und desto geringer das Bildrauschen.

Bildrauschen

Als Rauschen bezeichnet man eine körnige Struktur aus helleren und dunkleren Pixeln in Digitalbildern. Minimales Rauschen wird jedes Digitalbild aufweisen. Man kann es unter guten Bedingungen für die Belichtung allerdings so gering halten, dass es nicht zu erkennen ist. Wie stark eine Kamera dazu neigt unter bestimmten Bedingungen Rauschen zu produzieren, hängt von verschiedenen Faktoren ab.

Sensorformat | Zum Ersten, wie eben erwähnt, von der Größe des Sensors. Je kleiner der Bildsensor, desto anfälliger ist er für Bild­rauschen.

Belichtungszeit | Zum Zweiten von der Belichtungszeit: Je länger belichtet wird, desto mehr Rauschen entsteht. Das liegt vor allem daran, dass sich die Sensoren bei der Belichtung erhitzen und mehr Wärmet mehr Störungen produzier.

Helligkeit | Drittens zeigt sich das Rauschen vor allem in dunklen Bildbereichen und Schatten. Das heißt, bei Motiven mit großen und sehr dunklen Bereichen wird das Rauschen eher zum Problem als bei so genannten High-key-Bildern.

Qualität des Bildsensors | Last but not least: Die Qualität des ­Sensors. Hochwertigere (und leider auch teurere) Kameras be­inhalten bessere Sensoren und sollten weniger zum Rauschen neigen.

Rauschen im Bild |Die letzten Abbildungen unten zeigen eine Aufnahme, die mit einer Kompaktkamera bei ISO800 aufgenommen worden ist und einen vergrößerten Ausschnitt daraus. Ich persönlich finde, dass Rauschen manchen Bildern durchaus ­einen intimen Charme verleihen kann. Umso mehr, wenn die Bilder schwarzweiß entwickelt werden.

Bild
Diese Aufnahme zeigt, dass moderne Kompaktkameras heute in der Lage sind auch bei ISO800 noch gute Fotos zu produzieren.
Bildrauschen In der Vergrößerung ist das Rauschen allerdings deutlich zu erkennen. Neben der körnigen Struktur als die Rauschen zu sehen ist, hat es auch die negative Auswirkung Schärfe zu reduzieren.
Der Inhalt dieser Online-Fotoschule ist in erweiterter Form auch als Buch erhältlich:
»Die kreative Fotoschule – Fotografieren lernen mit Markus Wäger«
Rheinwerk-Verlag 2015, 437 Seiten, gebunden, komplett in Farbe
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1.5. Formatfaktor

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Fotoschule onLine - Kreative Digitalfotografie verständlich erklärt

Die Sache mit den Brennweiten könnte so einfach sein, wären da nicht die verschiedenen Sensorformate. Bildsensoren werden in unterschiedlichen Größen produziert und die Größe des Sensors beeinflusst den Blickwinkel (und natürlich den Preis). Das Problem ist also, dass eine bestimmte Brennweite vor einem bestimmten Sensorformat einen bestimmten Blickwinkel erzeugt, vor einem anderen Sensorformat jedoch einen anderen.

D7000_sensor_unit_1_rgb.jpg
Die Bildsensor-Einheit einer Nikon D7000 (Bild: © Nikon GmbH)

Die Abbildung unten zeigt einen Auszug an Formaten, die heute bei Digitalkameras üblich sind.

Sensorformate.jpg Ein paar Beispiele von Sensorformaten zur Veranschaulichung der Größenverhältnisse: Hassselblad Mittelformatkamera, Leica S2 Spiegelrelfex-Systemkamera, Kleinbild, DX (Nikon, Sony, Pentax), Four Thirds (Olympus und Panasonic) und exemplarisch das Format der Komapaktkameras G12 und S95 von Canon.

Kleinbildformat | In den Tagen der analogen Fotografie (dem Fotografieren mit Film) hatte sich zuletzt das Kleinbildformat für die meisten Kameras durchgesetzt. Filme im Format von 36×24mm passten sowohl in Kompaktkameras, Sucherkameras und Spiegelreflexkameras. Lediglich im professionellen High-End-Bereich waren Mittel- und Großformat mit größeren Filmformaten ›State of the Art‹.

Sensia100.jpg Analoger Film ist noch immer von Herstellern wie Fujifilm beziehbar (Bild: © Fujifilm Europe GmbH)

In den 1990er Jahren verhalf Canon mit seiner Ixus dem etwas bequemeren, aber relativ kleinen APS-Format, zu einem kurzfristigen Durchbruch. Doch das Gros der Aufnahmen wurde wie gesagt auf 36×24mm gebannt.

Als Digitalfotografie zum Thema wurde und erste digitale Kameras auf den Markt kamen, wurden Bildsensoren verbaut die deutlich kleiner waren als die 36×24mm Filme der analogen Kleinbildkameras. Der Grund war vor allem, dass größere Sensoren ungleich teurer zu produzieren waren als kleinere. Deshalb werden in Kompaktkameras bis heute sehr kleine Sensoren verbaut und nur in professionellen Spitzenmodellen sind Sensoren im Kleinbildformat zu finden (in analogen Zeiten war das Abbildungsformat des Films für Kompakt und Spiegelreflex eben identisch).

Mittelformat | Es gibt heute digitale Mittelformatkameras die größere Sensoren nutzen als das Kleinbildformat. Bekannte Hersteller solcher Geräte sind Hasselblad, PhaseOne oder Sinar. Im letzten Jahr ließ Pentax mit einer Mittelformat-Kamera aufhorchen, die als Preisbrecher gehandelt wird. Außerdem sorgte in jüngster Vergangenheit auch die deutsche Edel-Kameraschmiede Leica mit einem Kamerasystem für Interesse, das im Grunde eine Spiegelreflexkamera ist, aber einen größeren Sensor als Kleinbild nutzt.

645D_cross.jpg
Mittelformatkameras, wie dieses Modell von Pentax, nutzen deutlich größere Sensorformate, als das Kleinbildformat (Bild: © Pentax Imaging Systems GmbH)

Sensorformat und seine Auswirkungen

Das Gros der Kameramodelle am Markt arbeitet aber aus Preisgründen mit Sensoren, die mehr oder weniger deutlich kleiner sind als Kleinbild. Mit der Größe des Sensorformats sind nun aber eben Unterschiede in Art der Abbildung und der Abbildungsqualität verbunden. Beeinfluss werden vor allem:

  • Bildrauschen;
  • Blickwinkel und perspektivische Wirkung der Brennweite;
  • Schärfentiefe.

Bildrauschen | Bildrauschen – so bezeichnet man eine körnige Struktur aus unterschiedlich hellen oder farbigen Pixeln – gehört zu den wichtigsten Problemen der Digitalfotografie. Man unterschiedet dabei das sogenannte Helligkeits- oder Luminanzrauschen (wie in der Abbildung unten) vom Farbrauschen, bei dem nicht hellere und dunklere Pixel die Struktur ergeben, sondern bunte in den Farben rot, grün, blau, gelb, cyan und/oder magenta. Rauschen wird vor allem in dunkleren Bildbereichen sichtbar. Ein Grundrauschen ist in jedem Digitalbild normal. Oft fällt es aber so gering aus, dass man es praktisch nicht bemerkt. Doch durch lange Belichtungszeiten oder Anheben der ISO-Empfindlichkeit wird der Effekt verstärkt und es kann unangenehm im Bild hervortreten.

Bildrauschen1 Bei ungünstigen Lichtverhältnissen kann man die Belichtungszeit reduzieren indem die Sensorempfindlichkeit erhöht wird.
Bildrauschen2 Leider führt das anheben der Empfindlichkeit durch Erhöhen des ISO-Werts zu kräftigeren Bildrauschen.

Je kleiner der Sensor, desto anfälliger für Rauschen. Wobei es streng genommen vor allem auch von der Auflösung abhängt. Im Grunde geht es gar nicht um die Größe des Sensors, sondern wie viele Pixel auf wie engem Raum wie dicht beieinander liegen. Ein kleiner Sensor mit geringer Auflösung muss nicht unbedingt mehr rauschen verursachen, als ein großer Sensor mit sehr hoher Auflösung.

Je größer die Zahl der Pixel und kleiner das Format des Sensors, desto mehr Rauschen wird produziert.

Brennweite | Der zweite Faktor, der vom Sensorformat beeinflusst wird, ist der Blickwinkel den eine bestimmte Brennweite vor einem Sensor ergibt. Die beiden Abbildungen unten zeigen zwei Aufnahmen die vom Stativ aus mit exakt derselben Distanz und derselben Brennweite von 24mm aufgenommen wurden. Der Bildausschnitt den sie zeigen unterscheidet sich gravierend! Die D7000 mit dem deutliche kleineren Sensor nimmt den Buddha sehr viel naher auf, als die D700 mit ihrem Kleinbildsensor.

Dx Aufnahme aus einer Distanz von etwa zehn Zentimeter mit einem ­Sigma 24mm ƒ1.8 an einer Nikon D7000 mit einem Sensor im Format 24×16mm.
Fx Aufnahme aus derselben Distanz mit dem ­Sigma 24mm ƒ1.8 an der Nikon D700 mit einem Sensor im Format von 36×24mm.

Das nachfolgende Beispiel zeigt eine Aufnahme die mit einer Kleinbildkamera und 135mm Brennweite aufgenommen wurde. Nehmen wir an, wir würden von derselben Stelle aus mit einer 10 Megapixel Kamera mit Kleinbild und einer 10 Megapixel Kamera mit einem ein Drittel kleineren APS-C- bzw. DX-Sensor diesen Ort fotografieren, wobei beide Kameras eine Objektiv mit einer KB-Brennweite von 135mm tragen. Dann bildet die Kleinbildkamera einen größeren, die DX-Kamera einen kleineren Bildausschnitt ab – trotz gleicher Brennweite! Die Kamera mit dem kleineren Sensor scheint bei gleicher Brennweite das Motiv also näher heranzuzoomen.

Dxundfx Fx
Dx Oben links Bildausschnitt bei 135mm bei Kleinbild und 24×16mm DX-Sensor in der Montage, oben Resultat der 135mm-Brennweite bei Kleinbildformat und links Resultat bei DX-Format.

Das ist natürlich ein Problem, wenn man Brennweiten und ihre perspektivische Wirkung und den Bildausschnitt den sie abbilden miteinander vergleichen will. Ein sinnvoller Vergleich ist nur dann möglich, wenn man sie auf einen gemeinsamen Nenner bringt. Der Sensor in der Nikon D7000 ist um den Faktor 1,5 kleiner wie jener in der D700: 24×16mm statt 36×24mm. Der Bildausschnitt den jede beliebige Brennweite an der D7000 erzeugt ist 1,5 mal kleiner beziehungsweise 1,5 mal naher als bei der D700. Um also einen Vergleich der Nikon D7000 mit einem Sensorformat, das man als APS-C bezeichnet, mit der D700, die ein Kleinbildformat hat, anstellen zu können, wird das APS-C auf Kleinbild umgerechnet. Das gilt natürlich für alle anderen Marken und Formate ebenso.

Kleinbild ist der gemeinsame Nenner auf den sich die Fachwelt geeinigt hat – die Abkürzung lautet KB. Spricht man allgemein von Brennweiten, dann beziehen sich die Millimeterangaben immer auf Kleinbild, sofern es nicht dezidiert anders angegeben wird.

Um Brennweiten an unterschiedlichen Kameras mit unterschiedlichen Sensorformaten vergleichen zu können, hat man sich auf Kleinbild (KB) als gemeinsamen Nenner geeinigt.

Formatfaktor | Für jedes Format lässt sich ein Umrechnungsfaktor aufstellen, mit dem sich die Wirkung von Brennweiten im Vergleich zu Kleinbild berechnen lässt. Diesen Umrechnungsfaktor bezeichnet man auch als Formatfaktor oder Crop-Faktor.

Bei Nikon ist das einfach. Nikon hat zwei Formate für Spiegelreflexkameras: Geräte, mit einem Sensor im Format 36×24mm, die bei Nikon die Bezeichnung FX tragen. Und Geräte mit einem Sensor im Format 24×16mm, die bei Nikon DX heißen und einen Umrechnungsfaktor auf Kleinbild von 1,5 haben. Ein 50mm Objektiv an einer Nikon mit kleinerem DX-Sensor entspricht dem Bildausschnitt und der perspektivischen Wirkung von 75mm auf Kleinbild: 50 × 1,5 = 75.

Bei Olympus und Panasonic (Lumix) ist das sogar noch einfacher. Deren sogenannte Four Thirds Sensoren haben ein Format von 17,3×13mm und werden mit dem Umrechnungsfaktor 1:2 berechnet: 50mm an einer Four Thirds Kamera entspricht also rund der Bildwirkung von 100mm an einer Kleinbildkamera.

  • Kleinbild: 36×24mm (1:1 KB-Faktor);
  • APS-H (Canon): 27,9mm×18,6mm (≈1:1,3 KB-Faktor);
  • DX (Nikon, Sony, Pentax): 23,7×15,6mm (≈1:1,5 KB-Faktor);
  • APS-C (Canon): 22,2×15,8mm (≈1:1,6 KB-Faktor);
  • Four-Thirds (Olympus, Panasonic): 17,3×13mm (≈1:2 KB-Faktor);
  • Sensor der Canon PowerShot G12 exemplarisch als ein Sensorformat vieler möglicher bei Kompaktkameras: 7,6×5,7mm (≈1:4,5 KB-Faktor).
Powershot g12 Powershot s95
Auf der Front des Objektivs der Kompaktkamera Canon PowerShot G12 steht die tatsächliche Brennweite der Optik: 6,1mm bis 30,5mm. Die tatsächliche Brennweite der PowerShot S95 reicht von 6mm bis 22,5mm. Allerdings interessieren uns Fotografen in der Regel nicht die technischen Brennweiten, sondern das Äquivalent der Bildwirkung im Vergleich zur Kleinbildkamera. Der Formatfaktor für G12 und S95 beträgt etwa 4,5. Canon gibt die Brennweiten der G12 auf Kleinbild umgerechnet mit 28–140mm an, für die S95 mit 28–105mm.

Schärfentiefe | Ein dritter Unterschied liegt in der unterschiedlichen Schärfentiefe unterschiedlicher Sensorformate. Wie die beiden folgenden Abbildungen jedoch belegen, fällt der Unterschied zwischen mittleren Sensoren, wie Four Thirds, APS-C, DX und APS-H, und Kleinbild nicht besonders dramatisch aus.

Schaefentiefe1
Aufnahme mit der Kleinbildkamera Nikon D700 und 105 mm Objektiv.
Schaefentiefe2
Aufnahme mit der D7000 mit kleinerem Sensor und demselben Objektiv. Aufgrund des Formatfaktors musst ich die Kamera weiter weg stellen um denselben Bildausschnitt zu erreichen. Das Ergebnis ist, dass bei gleicher Brennweite (und gleicher Blende) eine höhere Schärfentiefe entstanden ist.

Je größer der Sensor, desto geringer die Schärfentiefe, bei ansonsten gleichen Einstellungen.

Eklatanter wird der Unterschied in der Schärfentiefewirkung zwischen den sehr kleinen Sensoren bei Kompaktkameras und den mittelgroß bis großen Sensoren in Spiegelreflex- und anderen Systemkameras. Dazu habe ich unter ›Fotografische Genres und die geeignete Kamera‹ schon einmal zwei Bilder gezeigt.

Für die Auswirkung des Sensorformats auf Bildrauschen, Bildausschnitt und Schärfentiefe gelten folgende Regeln:

  • Je kleiner der Sensor, desto höher die Neigung Bildrauschen zu erzeugen bei gleicher Empfindlichkeit und gleicher Belichtungszeit.
  • Je kleiner der Sensor, desto enger der Bildausschnitt bei gleicher Brennweite.
  • Je kleiner der Sensor, desto höher die Schärfentiefe bei gleicher Brennweite und gleicher Blende.
Der Inhalt dieser Online-Fotoschule ist in erweiterter Form auch als Buch erhältlich:
»Die kreative Fotoschule – Fotografieren lernen mit Markus Wäger«
Rheinwerk-Verlag 2015, 437 Seiten, gebunden, komplett in Farbe
ISBN 978-3-8362-3465-8
Buch: 29,90; E-Book: 24,90
Weitere Informationen und Demokapitel auf der Website des Verlags;
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