Digitalkamera

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Et digitalkamera, ovenfra med utsikt over bildesensoren (uten objektiv), under med et objektiv (til venstre) og med en visning av skjermen på baksiden av kameraet (høyre).
Baksiden av et digitalkamera som viser bildet som skal tas som en forhåndsvisning (Live View)
Struktur av et digitalt speilfritt systemkamera, her ved hjelp av eksemplet på en demontert Sony Alpha 7R

Et digitalkamera er et kamera som bruker et digitalt lagringsmedium som opptaksmedium i stedet for en film (se: analogt kamera ); bildet digitaliseres på forhånd ved hjelp av en elektronisk bildeomformer ( bildesensor ). Noen filmkameraer kan konverteres til et digitalkamera med en digital bakvegg .

historie

Tverrsnitt av en Olympus E-30 DSLR fra 2008

Oppfinnelsesfase

Det digitale kameraets historie begynner i 1963 med videoplattkameraet som ble oppfunnet av David Paul Gregg mens han var på Winston Research Corporation . Selv om bildene hennes bare kunne lagres i noen få minutter og elektrisk analoge (på den video -platen), er det det første kameraet som kunne lagre stillbilder elektronisk.

Det første patentet på en bildesensor (i form av en matrise av diskrete fotodioder , hver koblet til en lagringskondensator ), som kan ta opp og lagre optiske bilder ved bruk av (faste) halvlederkomponenter (engelsk solid state -enhet ), var søkte i 1968. [1] [2]

I 1969 oppfant Willard Boyle og George Smith grunnlaget for CCD ( ladekoblet enhet ). En CCD, opprinnelig utviklet for å lagre data, er en lysfølsom brikke som kan brukes til å lagre bilder for en kort stund. Denne oppfinnelsen var det ultimate tekniske gjennombruddet på veien til digital fotografering. I 1970 bygde forskere fra Bell Laboratories det første solid-state-kameraet som brukte en CCD som bildesensor. Det var fremdeles et elektrisk-analogt videokamera med et levende bilde , da det ikke var mulig å gjengi et enkelt bilde permanent eller til og med å lagre flere bilder i en sekvens og deretter gjengi dem på grunn av mangel på bufferminne . [3]

I 1972 oppfant og bygde Thomas B. McCord fraMIT og James A. Westphal fra CalTech et digitalkamera. Mens kameraet ditt brukte et analogt vidicon- bildeopptaksrør med en 256 × 256 piksler matrise (0,065 megapiksler), skrev det 8-biters digitale bildedata på omtrent 4 sekunder på en 9-spors, magnetisk digital kassett. De publiserte isofotiske bilder av Jupiter og kuleklyngen 47 Tucanae, tatt på Cerro Tololo Interamerican Observatory i Chile i 1971. Rapporten deres ble sendt til Applied Optics 12. oktober 1971 og publisert i mars 1972. [4]

McCord og Westphals "digitale kamera" veide 10 kg og hadde omtrentlige dimensjoner på 20 × 20 × 40 cm. Elektronikken og kassettopptakeren ble installert i et 53 cm utstyrskabinett og koblet til kameraet med en kabel. Så det var et stasjonært system med ledning. McCord og Westphal inngav patent (US3951552) for sitt digitale kamera 7. august 1972, som ble gitt 20. april 1976. Digitalkameraet ble vist for publikum for første gang i slutten av august 1971 på en konferanse i Santa Cruz, California. [5]

Et annet patent ble innlevert i 1972 av Willis A. Adcock fra Texas Instruments . Den beskriver et filmløst, elektronisk kamera, der en TV -skjerm anbefales som søker. [6]

CCDer utviklet og produsert av Fairchild Imaging var kommersielt tilgjengelige i 1973. Oppløsningen var 100 × 100 piksler (0,01 megapiksler). Det første CCD -kameraet som ble markedsført, var imidlertid et TV -kamera bygget av Fairchild i 1973. MV-100-modellen brukte en Fairchild bildesensor med 0,01 megapiksler og var først og fremst egnet for overvåkingssystemer, medisinsk teknologi og industrielle applikasjoner. Den veide bare 170 gram og brukte bare en watt strøm. [7] I 1974 fant Gil Amelio en måte å produsere CCD enkelt og industrielt. 1975 var fødselsåret for det første "bærbare" digitalkameraet. Den ble designet av Steven J. Sasson fra Kodak . Ved å bruke Fairchild CCD som bildesensor tok det 23 sekunder å lagre et enkelt bilde på en digital kassett og veide over 4 kg. [8] [9]

Videre utvikling

Utvikling av de nye kompaktkameraene med zoomobjektiver fra 2004 til 2017 [10]

Fra slutten av 1980-tallet ble digitale kameraer først og fremst brukt av profesjonelle fotografer innen studio- , mote- og reklamefotografering og fra midten av 1990-tallet også til reportasjefotografering . Tidlige serieklare modeller ble tilbudt av Apple ( Apple QuickTake ), Casio ( QV-serien ), Kodak (DCS), Sony ( Mavica ) og Canon ( Powershot ); Konica Minolta ( Dimage ), Nikon ( Coolpix ), Olympus ( Camedia ) og andre fulgte med sin egen modellserie. I 2002 presenterte Kyocera et digitalt speilreflekskamera ( DSLR ) med en sensor i full 35 mm bildestørrelse ( Contax N Digital ) for første gang. Det er nå en uhåndterlig overflod av modeller i alle prisklasser og utstyrsnivåer.

I hjemmebrukersektoren har digitale kameraer blitt stadig mer populære, og på grunn av raskt fallende priser har de oppnådd høyere salgstall enn analoge fotoenheter siden rundt 2003. [11] Mange produsenter har nå helt stoppet eller kraftig redusert produksjonen av analoge modeller. [12]

Det er en høy innovasjonshastighet innen datateknologi (og tilhørende digital fotografering). Nye enheter regnes allerede som foreldede etter noen måneder, noe som resulterte i en sterk gjenoppliving av hele fotohandelen, som ble ansett som mettet og teknisk utmattet før introduksjonen av digitale kameraer.

Nye kamerasystemer

I løpet av digitaliseringen av kameraene ble nye kamerahus i utgangspunktet ofte tilpasset de gamle kamerasystemene , ved at objektivforbindelsene og linsene beholdt til tross for reduksjonen i de effektive bildesirklene . I 2003 introduserte Olympus Olympus E-1, det første speilreflekskameraet i Four Thirds-standarden , som ble utviklet fra grunnen av og spesielt for digital fotografering. Denne kryssprodusentstandarden ble videreutviklet til Micro Four Thirds- standarden i 2008 med det første speilfrie kamerahuset med elektronisk søker , Panasonic LUMIX DMC-G1 . Mange andre leverandører av systemkameraer har i mellomtiden gitt ut proprietære digitale kamerasystemer for slike speilløse kameraer, for eksempel Sony NEX , Samsung NX , Nikon 1 eller Canon EOS M.

Øker bildeoppløsningen

Utviklingen over tid av det maksimale antallet piksler i digitale amatørkameraer mellom 2000 og 2012: Etter å ha stagnert med åtte megapiksler fra 2003 til 2005, begynte antallet piksler å øke igjen, som har nådd et nytt platå med 24 megapiksler.

I 2000 ble Olympus E-10, det første amatørkameraet med en bildeoppløsning på fire megapiksler, brakt på markedet. [13] I de påfølgende årene har oppløsningen blitt økt kontinuerlig for slike enheter, og nådde ofte i 2011 16 millioner piksler [14] , i noen tilfeller til og med 24 millioner piksler, for eksempel i Sony Alpha 77 .

Siden rundt 2007 har det blitt påpekt igjen og igjen at økning av antall piksler kan være skadelig for bildekvaliteten . [15] [16] I 2012 presenterte Nokia til og med en smarttelefon med Nokia 808 PureView , hvis kamera er utstyrt med en 41 megapikslers bildesensor, som også ble kritisert for sitt høye antall piksler. [17]

Øker zoomområdet

Zoomområdet for digitale kameraer med innebygd zoomobjektiv mellom 2004 og 2017. [10]

Etter mange kompaktkameraer fortsatt var utstyrt med en trippel zoomområde opp til 2004, fortsatte den maksimale zoomområdet for å øke i løpet av årene. Et ekstremt eksempel på et superzoomkamera er Nikon P900 fra 2015, som nominelt er utstyrt med et 83x zoomområde. [18] Fra og med 2014 har rundt halvparten av kompaktkameraene blitt utstyrt med opptil ti ganger zoom og den andre halvdelen med over ti ganger zoom. Noen kompaktkameraer, ofte av høy kvalitet, har fortsatt tre ganger zoomområdet.

Integrasjon med andre enheter

Digitale kameraer har blitt stadig mer integrert med andre enheter siden 2000 -tallet:

  • Nesten alle moderne mobiltelefoner og smarttelefoner inneholder et innebygd digitalkamera. Det er nå smarttelefoner som er utstyrt med opptil 108 megapiksler (Xiaomi Mi (Note) 10 (Pro), Samsung Galaxy S20 Ultra).
  • Videokameraer har fotofunksjoner fordi de fungerer på samme måte som digitale kameraer. I 2003 lanserte Samsung den første hybridenheten, VP-D5000i. [19]
  • Integrasjonen av forhåndsvisninger av digitale bilder i filmbaserte kompaktkameraer med Advanced Photo System (APS) har ikke fanget opp. [20]
  • Personlige digitale assistenter , som nå knapt er i bruk, hadde integrerte enkle digitalkameraer.

På den annen side har mange digitale kameraer muligheten til å ta opp filmer selv i høye oppløsninger ( HDTV , Ultra HD ) med lyd eller sende de digitale signalene direkte til et passende grensesnitt uten mellomlagring. Dette betyr at de også kan brukes som webkamera eller videokoder, om nødvendig. Operativsystemet til det digitale kameraet er nå også påvirket av smarttelefoner . Slik fungerer allerede digitale kameraer basert på Android . [21]

Reproduksjon av bildene

Selv om mange fotografer fortsatt ønsker å se bildene sine som papirutskrifter i dag, har andelen utskrifter laget av fotolaboratorier falt kraftig. Det var i hovedsak fem grunner til dette:

  1. På dette tidspunktet var fotolaboratoriene i en priskrig, der produksjonen noen ganger også var under produksjonsprisen. Siden den gang har det bare vært to store laboratorier (de resterende leverandørene har bare ubetydelige markedsandeler), som leverer nesten alle fotoakseptpunkter (sentre, apotek, bensinstasjoner, etc.).
  2. Hybridteknologien APS (en film med et elektronisk lagringslag) ble introdusert som en verdensomspennende standard, men med en forsinkelse på fire år på grunn av tvister mellom de globale markedslederne. Dette betydde at en betydelig del av investeringsvolumet var knyttet opp i fotolaboratoriene (som var involvert i denne markedsføringen).
  3. I de første årene med digital fotografering var det enten veldig dyrt eller av dårlig kvalitet. I fotolaboratoriene ble det fremtidige volumet av bestillinger på digitalt arbeid feil estimert, og bare ubetydelige summer ble investert i de følgende årene.
  4. Produsentene av blekkskrivere tilbyr god "fotoutskrift hjemme" med sterkt reduserte kostnader.
  5. På verdensbasis er det fotoproduksjon i store laboratorier bare i kjerne -Europa. Den største globale andelen består av fotobokser som produserer utskriftene på stedet. Også i Tyskland har andelen økt jevnt de siste årene.

funksjonalitet

Hovedkomponentene i et digitalkamera: lagringsmediet og batteriet kan vanligvis endres. Når det gjelder systemkameraer , kan linsen og blitsen også endres . De andre komponentene på skjermen , utløseren og bildesensoren er vanligvis innebygd i kamerahuset .

Det fotografiske bildet opprettes i et digitalkamera i følgende trinn:

  1. Optisk projeksjon gjennom linsen på bildesensoren
  2. Optisk filtrering, for eksempel gjennom høy- og lavpass , infrarød , fargefiltre og fargemosaikk (for det meste integrert i bildesensoren)
  3. Konvertering av lysintensiteter til analoge elektriske mengder; deretter diskretisering / digitalisering av verdiene gjennom analog-digital konvertering ( kvantisering )
  4. Bestemme innstillingene:
    1. Fokusering av bildet enten med autofokus eller manuelt, slik at hjelpemidler som en fokuseringsskjerm (med optisk søker) eller programvareforstørrelsesglass og kantforbedring (med digitalt søkerbilde) er mulige
    2. Estimering av en rimelig eksponeringstid og f-tall ( eksponeringsverdi )
    3. Sett enheten til disse verdiene.
  5. Tilbakestiller omformerbrikken, fornyet bildeopptak (trinn 1..3), nå med fokus, eksponeringstid og blenderåpning som nettopp er angitt.
  6. Bildebehandling av bildefilen:
    1. Rekonstruksjon av farger / sammenslåing av delpiksler til fullfargepiksler b
    2. Støyreduksjon b
    3. Fjerning av kjente korrigerbare feil i bildeopptakssystemet ( defekte piksler , krysstale , ny skarphet , kantlysfall , forvrengning , kromatisk aberrasjon ) b
  7. Komprimering av bildefilen c
  8. Lagring av bildefilen i ønsket format; muligens annen utgang.

Merknader:

b Muligvis ikke aktuelt ved lagring i rådataformat .
c Avhengig av ønsket utdataformat.

I et digitalt kamera kommer lys inn i kamerahuset gjennom linser (linse) som projiserer bildet på sensoren. Foran sensoren passerer lyset vanligvis gjennom et infrarødt, et lavpass og et fargefilter. I kombinasjon installeres vanligvis mikrolinser som fokuserer lyset på de følsomme områdene i bildeomformeren bak.

Bildesensoren utfører en bildekonvertering som består av trinnene diskretisering og kvantisering . Diskretisering refererer til nedbrytning av bildet til diskrete, dvs. ikke-kontinuerlige, enheter (her: lokal diskretisering: arealdeling i (sub) piksler; tidsmessig diskretisering: "nuller" av alle piksler, eksponering i henhold til spesifisert eksponeringstid). Under kvantisering konverteres signalstyrken til hver subpiksel til et naturlig tall med en A / D -omformer . Siden kameraer som bruker den RGB-fargerommet kreve tre farge verdier som skal lagres for hver fullfarge piksel , i det minste tre enkeltfarge (R, G og B) sensorelementer er “veiet” for hver piksel ( demosaicing , se også Bayer -Sensor ).

Etter den valgfrie kompensasjonen for bildefeil , utføres komprimering for å redusere datavolumet hvis bildet lagres ved hjelp av JPEG -metoden, slik det vanligvis er tilfellet. I hvilken grad også rå data (råformat) komprimeres, avhenger av proprietære formatet til den respektive produsenten.

Ulike scenemoduser i kamerafirmware brukes til å tilpasse parametrene til forskjellige miljøer. For eksempel kan en "liggende modus" forhindre uønsket fokusering på objekter i nærheten som skittent og / eller dryppet vindusglass som en frontrute, og en "sportsmodus" kan forkorte eksponeringstiden ved hjelp av økt lysfølsomhet for å holde motiver i bevegelse i fokus. [22] [23]

Bilde transformasjon

CCD -sensor på et fleksibelt kretskort

Som med et analogt kamera, samles det innfallende lyset med et objektiv og fokuseres på filmplanet, i dette tilfellet på sensoren . Filmplanet er vanligvis et mye mindre område enn et bilde på den analoge 35 mm filmen til et 35 mm kamera ; bare digitalkameraer av høyere kvalitet har bildeflater (og dermed sensorer) på størrelse med APS- C negative eller til og med en sensor i fullformat . Større sensorer brukes også i den profesjonelle mellomformatsektoren .

Sensoren kan enten være en områdesensor eller (sjelden) en linjesensor . Områdesensoren er festet i filmens plan, den registrerer samtidig hele bildet. Linjesensorer brukes i skannerkameraer som fungerer i henhold til skannerprinsippet, dvs. de fungerer på samme måte som en flatbedsskanner og skanner bildet linje for linje: Linjesensoren drives over filmplanet ved hjelp av en stasjon, og linje for linje er spilt inn.

De tre grunnfargene kan spilles inn samtidig i samme sensor , som deretter har tre delpiksler for hver fullfargepiksel. Imidlertid kan hovedfargene også registreres romlig separat med z. B. et system med halvtransparente speil distribuerer det innfallende lyset til tre separate sensorer for de tre hovedfargene. Som et tredje alternativ kan grunnfargene spilles inn separat i tid: Samtidig ( ett-skuddskameraer ) eller ett etter det andre ( tre-skuddskameraer ), med et annet fargefilter som deretter kobles til før hvert opptak.

Flertallet av alle kameraene bruker en områdesensor med underpiksler.

Det er i hovedsak to forskjellige typer overflatesensorer tilgjengelig på markedet, den utbredte CCD-sensoren (for eksempel i kameraer fra Canon , Hewlett-Packard , Kodak , Nikon , Olympus , Panasonic , Pentax , Samsung eller Sony ) med varianten av Super CCD -sensor. Sensor (bare Fujifilm ) samt CMOS -sensor .

Foveon -sensoren, som brukes i Sigma -kameraer, har en spesiell posisjon. Dette er en trelags sensor som registrerer rødt, grønt og blått lys for hver piksel. Derfor bestemmer de tre fotodetektorene den eksakte pikselfargen. [24] Dette flerlagsprinsippet tilsvarer bruk av fargefilmer i fargefotografering , der forskjellige fargesensitive lag også er lagt over hverandre. Foveon X3 -sensoren er revidert for Sigma dp2 Quattro og kan oppnå en høyere oppløsning sammenlignet med de tidligere modellene. [25] Til tross for det interessante prinsippet, førte heller ikke andre generasjon utstyrt med mikrolinser til rungende suksess.

Bildebehandling

I et digitalkamera utfører elektronikken (delvis styrt av fastvaren ) en rekke bildeendringsprosesser før, under og etter at bildet er tatt; disse er oppsummert under begrepet bildebehandling . Dette må skilles fra bildebehandlingen som utføres på det ferdige opptaket.

Digitalkameraet prøver å fange fargene som oppfattes av en person i dagslys eller kunstig lys ved hjelp av hvitbalansen - som videokameraet - med tap av absolutt fargetroskap.

Homogeniteten, dvs. den ensartede skarpheten og lysstyrken over hele bildet, spesielt i kanten av bildet, avhenger av bildeegenskapene og kan delvis kompenseres for kameraets interne programvare.

Kvaliteten på kameraets interne elektronikk bestemmer også signaldynamikken , det vil si lysstyrkenivåene som kan skilles av kameraet og kontrastområdet til det digitale bildet.

Kameraelektronikken påvirker også bildens renhet eller graden av bildefeil, som for eksempel kan sees på som bildestøy eller kompresjonsartefakter .

  • Digitalt fingeravtrykk
CCD -feil kan knapt unngås i kameraer med en oppløsning på tre megapiksler og mer: Individuelle celler fungerer kanskje ikke i det hele tatt, mens andre jobber med forskjellige følsomheter osv. Slike "dropouts", samt bildestøyen som oppstår spesielt om natten bilder, kan komme fra kameraet Elektronikken er i det minste redusert.
Likevel gjenstår et individuelt mønster for hvert enkelt kamera, som kan trekkes ut som et digitalt " fingeravtrykk " hvis minst to bilder er tilstede. Hver bildesensor i hvert digitalkamera - fra mobiltelefoner til profesjonelle enheter - har et unikt fingeravtrykk som den etterlater seg i hvert bilde. Så du kan tilordne et bilde til et kamera, akkurat som du kan tilordne en kule til et våpen. I stedet for riper på kassetthuset, undersøkes det støylignende mønsteret i bildet. Denne prosedyren anses å være juridisk gyldig. Analysemetoden ble først og fremst utviklet for bilder og videoer; det er til og med mulig å trekke ut fingeravtrykk fra trykte bilder. Selv om noen setter inn et falskt fingeravtrykk i et bilde, er det nå metoder for å oppdage dette. [26]

Fastvaren utfører også forskjellige optimaliseringer for å forbedre den subjektive bildeeffekten. Disse inkluderer for eksempel:

  • Sliping: Gjenkjenning og styrking av overganger / kanter i bildet;
  • Kontrastøkning: øke kontrasten i bildet;
  • Fargemetning: Øk fargemetningen.

Før et bilde blir tatt, kan autofokus være aktivert, noe som tar over fokuseringen. Selv om det er tatt flere bilder av det samme objektet, må de alltid være fokusert. Autofokus kan slås av på noen kameraer. Bortsett fra linsene til digitale systemkameraer, vil du forgjeves lete etter en fokusinnstillingsring på de fleste digitale kameraer. Manuell fokusering i trinn kan bare oppnås via en menystruktur, som begrenser mulig bruk av de fleste digitale kameraer. Selv om autofokus er slått av, utføres det fortsatt en hvitbalanse i kameraelektronikken før lukkeren utløses. Men fordi dette ikke er tilstrekkelig, utføres det også en svartbalanse for å filtrere ut elektronisk støy fra sensoren og defekte piksler.

I en innstillingsmeny kan bildeoppløsningen som skal lagres eventuelt reduseres for å spare lagringsplass. Det laveste tilgjengelige oppløsningsnivået er vanligvis 640 × 480 VGA (0,3 megapiksler). [27]

Optisk system

KB-ekvivalent brennviddespesifikasjon på et digitalkameraobjektiv

Nesten alle digitale kompaktkameraer og også mange digitale systemkameraer bruker en bildesensor med et til tider betydelig mindre område enn kameraer som fungerer med filmer i det utbredte og, for mange, kjente 35mm -formatet . Sensorens mindre bildeområde resulterer i en mindre bildevinkel med samme brennvidde på objektivet, eller med andre ord, for å oppnå samme bildevinkel må brennvidden være tilsvarende mindre. Når det gjelder forvrengningsfrie linser, er forholdet gitt av formelen

beskrevet. Det er brennvidden, halvparten av den diagonale synsvinkelen (målt fra den optiske aksen) og bildehøyden (avstand mellom hjørnet på sensoren og midten). I 35 mm -formatet er den normale brennvidden 50 millimeter og skjermen diagonal 43,3 millimeter, noe som resulterer i en normal synsvinkel på 46,8 °. Forholdet på skjermen diagonal til normal brennvidde er konstant, hvorved bildediagonalen alltid er 15,6% kortere enn normal brennvidde:

Det faktum at bildevinkelen er mindre sammenlignet med 35 mm -formatet med samme brennvidde, blir ofte feilaktig referert til som en brennviddeforlengelse . Fotografer er vant til å se brennvidden som et mål på synsvinkelen (jo større brennvidde, jo mindre synsvinkel), men det fungerer bare så lenge bildeformatet ikke endres. For å sikre at denne oppgaven fortsetter å fungere som den er vant til fra 35 mm -formatet, angir mange produsenter av kompakte digitalkameraer også brennvidden i tillegg til den faktiske brennvidden til objektiver, noe som vil resultere i samme synsvinkel i 35 mm-formatet (KB-ekvivalent brennvidde).

For digitale systemkameraer med utskiftbare objektiver er en konverteringsfaktor vanligvis angitt - formatfaktoren - som brennvidden til et objektiv må multipliseres med for å beregne brennvidden som tar samme synsvinkel på et lite bilde. For systemkameraer med fullformatsensorer 36 mm × 24 mm er formatfaktoren derfor 1,0. Kameraer med mindre bildeopptakere med et forhold på 1: 1,3, 1: 1,5, 1: 1,6 eller, som i Four Thirds -systemet, er ca. 1: 2 til det tradisjonelle 35 mm -formatet utbredt. Formatfaktoren er den gjensidige. Med kompaktkameraer og de fleste brokameraer er forholdet betydelig mindre.

Digital zoom

I tillegg til den optiske zoomen som er innebygd i de fleste digitale kompaktkameraer, har mange modeller også en såkalt digital zoom. Faktisk er dette en forstørret seksjon der bare en del av midten av sensoroverflaten brukes med en tilsvarende redusert bildeoppløsning. Denne delen er forstørret i kameraet til oppløsningen som er angitt i hvert tilfelle. Digitale zoomer kan være nyttige for fotografer som ikke vil eller ikke kan etterbehandle bildene sine. De er ikke en erstatning for et optisk zoomobjektiv som gir samme forstørrelse, siden interpolasjonen vanligvis bare oppnår svært utilfredsstillende resultater avhengig av zoomnivået. Påfølgende digital forstørrelse med egnet bildebehandlingsprogramvare er generelt minst av samme kvalitet og samtidig mer fleksibel, siden for eksempel bildeseksjonen fremdeles kan forskyves.

Søker systemer

Digitale kameraer har forskjelligesøker -systemer som gjør at bildet kan utformes før det tas opp. Det gjøres et grunnleggende skille mellom optiske og elektroniske søkere.

Optisk søker :

Som med konvensjonelle filmbaserte kameraer, fungerer de optiske søkerne enten med et reflekssystem eller som en separat gjennomsiktig søker, med bare noen få digitale søkerkameraer som tilbyr en avstandsmåler av høy kvalitet.

Elektronisk søker :

Der weit überwiegende Teil digitaler Kompaktkameras wie auch Fotohandys besitzen ausschließlich einen Bildschirm mit einem reellen Bild ohne Suchereinblick. Höherwertig ausgestattete Kompaktkameras sowie die meisten Systemkameras verfügen zusätzlich über einen elektronischen Sucher mit einem virtuellen Bild in einem Okular .

Elektronische Sucher nutzen entweder direkt das Signal des Kamerasensors oder, wie zeitweise bei einigen Spiegelreflexkonstruktionen, einen zusätzlich eingebauten Sensor. Die Anzeige erfolgt auf einem auf der Kamerarückseite angebrachten Display , zusätzlich kann ein zweiter Kleinst-Monitor im Gehäuse integriert sein, der mit einem herkömmlichen Suchereinblick kombiniert ist.

Elektronische Sucher zeigen weitestgehend exakt den Bildausschnitt, der beim Auslösen der Kamera gespeichert würde. Eine genaue Beurteilung der Bildschärfe und insbesondere das Schärfeverlaufs ist wegen des kleinen Formats und der meist relativ geringen Auflösung der Monitore nicht einfach. Abhilfe schaffen Hilfsfunktionen wie beispielsweise eine digitale Sucherlupe . Zusätzlich können auch teils umfangreiche Statusinformationen oder beispielsweise Gitterlinien zur exakten Kameraausrichtung eingeblendet werden.

Der Aufbau elektronischer Sucher erfordert, dass der Aufnahmesensor, außer bei einigen Sonderkonstruktionen, permanent aktiv sein muss. Dies führt zu vergleichsweise hohem Stromverbrauch und zu einer Erwärmung von Kamera und Aufnahmesensor, was sich ungünstig auf das Bildrauschen auswirken kann. Dies gilt auch für die meisten Geräte in Spiegelreflexbauweise, wenn die Live-View -Funktion genutzt wird. Spiegelreflexkameras, die herkömmlich betrieben werden, zeigen diesen Effekt nicht bzw. nur bei Langzeitbelichtungen , da der Aufnahmesensor nur während der eigentlichen Aufnahme aktiv ist.

Bauformen einer Digitalkamera

Die aus der filmbasierten Fotografie bekannten Bauformen Kompaktkamera und Spiegelreflexkamera sind auch in der digitalen Fotografie vertreten, wobei es hier außerdem eine Reihe von weiteren Formen gibt.

Kompaktkameras

Kompakte Digitalkamera mit ein- und ausgefahrenem Zoomobjektiv

Während sich Spiegelreflexkameras in äußerer Gestalt und Aufbau wenig von den filmbasierten Vorgängern unterscheiden, fällt bei den Kompaktkameras vor allem die extreme Miniaturisierung auf, die durch die starke Verkleinerung des Aufzeichnungsformates ( Formatfaktor etwa 6 gegenüber Kleinbild) ermöglicht wird. Der inzwischen nur noch selten verbaute optische Sucher wurde durch großformatige Displays zur Bildgestaltung ersetzt.

Als Gehäuseformate haben sich für Ultra-Kompakte Quaderformate mit den Abmessungen einer Zigarettenschachtel durchgesetzt, wobei das Objektiv im Ruhezustand vollständig in der Front verschwindet und automatisch verschlossen wird. Manche Kompaktkameras sind mit innenliegendem Objektiv aufgebaut: Die Frontlinse ist starr im Gehäuse, das Licht wird mittels Prisma auf die senkrecht zur Aufnahmerichtung angeordneten beweglichen Linsenelemente für Zoom und Fokus im Gehäuseinneren gelenkt. Diese „Periskopobjektiv“ genannte Bauform ermöglicht besonders robuste Kameras, die sogar unter Wasser verwendbar sind. [28]

Für etwas ambitioniertere Modelle ist eine Bauform ähnlich den klassischen Kompaktkameras mit vorstehendem Objektiv und Griffwulst üblich. Neuartige Sonderbauformen, zum Beispiel mit verdrehbaren Gehäusehälften wie die Pentax Optio X, haben sich nicht durchgesetzt.

Bridgekameras

Eine der ersten am Markt etablierten Mischformen zwischen Kompakt- und Spiegelreflexkameras war die sogenannte Bridgekamera mit festem Objektiv und elektronischem Sucher, ähnlich dem optischen Sucher einer Spiegelreflexkamera. Üblicherweise besitzen Bridgekameras Superzoom -Objektive.

Spiegellose Systemkameras

Auf der Basis des Anfang 2008 vorgestellten Micro-Four-Thirds-Standards der Hersteller Olympus und Panasonic wurde mit der LUMIX DMC-G1 erstmals eine Kamera mit Wechselbajonett , aber ohne Schwingspiegel vorgestellt, die zugleich eine neue Gattung digitaler Systemkameras begründete, die sogenannten MILC-, EVIL- bzw. CSC-Kameras (für mirrorless interchangeable lens , electronic viewfinder interchangeable lens bzw. compact system camera , auf Deutsch etwa spiegellose Kamera mit austauschbarem Objektiv , Kamera mit elektronischem Sucher und austauschbarem Objektiv bzw. Kompaktsystemkamera ). [29]

Anfang 2010 stellte auch Samsung mit der NX10 ein spiegelloses System vor, das, ebenso wie bei Sony die Kameras der Sony-NEX -Serie, einen Sensor im APS-C -Format verwendet. [30] Im Sommer 2011 schließlich brachte Pentax mit seiner Pentax Q eine ebenfalls spiegellose Systemkamera auf den Markt, die ebenso wie die Nikon-1-Serie (Herbst 2011) auf einem sehr viel kleineren Aufnahmesensor aufbaut. Anfang 2012 brachte Pentax die K-01 [31] und Fujifilm die X-Pro1 auf den Markt; beide verwenden einen Sensor im APS-C-Format.

SLT-Kameras

SLT-Kameras (für single lens translucent (mirror) ) sind eine weitere Variante von Digitalkameras der Firma Sony , die zwischen den spiegellosen Systemkameras und den herkömmlichen digitalen Spiegelreflexkameras mit Schwingspiegel (DSLR) stehen. Sie nutzen einen teildurchlässigen Spiegel als Strahlteiler für die Umlenkung bzw. Aufteilung des einfallenden Bildes auf den Fotosensor und den Autofokus-Detektor. [32] Bauform und Sensorgröße sind ähnlich denen von DSLR-Kameras, wodurch die Nutzung von SLR-Wechselobjektiven mit passendem Objektivanschluss möglich ist. Der Spiegel dient hier allein dem Autofokus mittels Phasenvergleich . Im Gegensatz zu Spiegelreflexkameras wird das Sucherbild elektronisch erzeugt, was – wie bei Kompakt- und spiegellosen Systemkameras – eine Voransicht des zu erwartenden Bildes möglich macht. SLT-Kameras haben den Vorteil des schnellen Autofokus (das sogar beim Filmen), der echten Voransicht des Bildes sowie – da der Spiegel nicht hochgeklappt werden muss – eine wesentlich höhere Serienbildgeschwindigkeit, eine kleinere Verzögerung beim Auslösen und leisere Auslösegeräusche. Nachteilig ist eine kleine zeitliche Verzögerung des Sucherbildes und ein Lichtverlust von 20 bis 30 %.

Digitale Spiegelreflexkameras

Viele Hersteller bieten außerdem Systemkameras mit einem Spiegelreflexsystem an, bei denen der Film der herkömmlichen „Analog“-Kamera durch einen digitalen Bildsensor ersetzt ist. Sie werden im Englischen als digital single lens reflex , kurz DSLR, bezeichnet. Entsprechend gibt es zu solchen Kameras eine große Auswahl an Wechselobjektiven, allerdings meist auch mit wesentlich geringerem Zoomfaktor als bei den fest montierten Zoom-Objektiven der Kompakt- und Bridgekameras. Ähnlich wie bei herkömmlichen Systemkameras gibt es auch hier Ausführungen mit auswechselbarer, in diesem Fall digitaler Kamerarückwand , die an den Kamerabody angesetzt wird, sowie Modelle, bei denen zwischen analoger oder digitaler Rückwand gewechselt werden kann.

Sensor-Bildpunkte, Foto-Auflösung und Abbildungsqualität

Effektive Auflösung im Zusammenspiel von Optik und Sensorik

Die effektive Auflösung wird in Linienpaaren pro Millimeter angegeben; man spricht davon, dass ein Objektiv an einem bestimmten Sensor eine gewisse Anzahl von Linienpaaren pro Millimeter (lp/mm) abbilden kann. Von den ermittelten Linienpaaren lassen sich Rückschlüsse über die effektive Auflösung in Megapixel ableiten. Abhängig von der optischen Abbildungsleistung in Kombination mit der Blende entstehen gewöhnlich unterschiedliche Werte für Bildmitte und Bildrand.

Das Licht fällt durch die Kameralinse (Optik) hindurch auf den Sensor. An dieser Stelle wirken die physikalischen Grenzen der Optik (Blende) im Zusammenspiel mit der Fläche der Sensor-Bildpunkte (Pixelgröße).

Eine geringe Pixelzahl stellt bei modernen hochauflösenden Bildsensoren von weit über 16 Megapixeln nicht mehr den Flaschenhals dar hinsichtlich der damit verbundenen Beurteilung der Gesamtqualität einer Kamera. Eine höhere Auflösung führt nicht zwangsläufig zu einem höheren Schärfeeindruck . Denn eine Kompaktkamera mit beispielsweise einem 1/2,3″-Sensor [33] hat eine Sensorgröße von 6,2 mm × 4,6 mm, was bei 16 Megapixeln zu einer Pixelgröße mit einer Seitenlänge von 1,35 µm führt (in Höhe und Breite). [34] Durch die Beugung am Objektiv mit typischer Blende von F2,8 wird ein Lichtpunkt auf ein Beugungsscheibchen von 3,75 µm Durchmesser abgebildet. [35] Das bedeutet, dass es bei diesen Sensorgrößen nicht gelingen kann, dass ein Lichtpunkt nur ein einzelnes Pixel belichtet, auch wenn man von einem Objektiv ohne Abbildungsfehler ausgeht, wobei hier bei billigen Kameras häufig gespart wird.

Die optische Auflösung ist von der Größe des Beugungsscheibchens und damit von der Blende des Objektivs abhängig . [36]

Bei einem Mittelformatsensor mit den Abmessungen 48 mm in der Breite und 36 mm in der Höhe lässt sich mit einer Auflösung von 123 Megapixeln eine zur Blende F2,8 passende Pixelgröße von 3,75 µm realisieren. [34] Bei gebräuchlichen Vollformatsensoren (auch Kleinbildformat genannt), die eine Breite von 36 mm und eine Höhe von 24 mm aufweisen, sind es 61 Megapixel. [34] Bei einer noch höheren Auflösung wird auch bei diesen relativ großen Sensoren die physikalisch sinnvolle Grenze für Objektive mit Blende F2,8 (oder höher) überschritten.

Zum Vergleich bieten hochauflösende Diafilme der analogen Fotografie eine noch feinere Granularität, wie beispielsweise der Fuji Velvia 50 . Fuji gibt die Leistung dieses Films unter idealen Kontrastbedingungen mit 160 Zeilen (80 Linienpaare) pro Millimeter an; eine digitale Kamera bräuchte einen Kleinbild-Vollformat-Sensor mit 87 Megapixeln, um an diese Auflösung heranzukommen. [37] Dabei geht diese Angabe von einem gebräuchlichen Bayer-Farbsensor aus, [38] der die Farben rot, grün und blau mit separaten Sensorpixeln erfasst, um sie dann zu einem Farbwert zusammenzurechnen. Dagegen genügen bei einem Monochromsensor 44 Megapixel, um 80 lp/mm erfassen zu können. [39] Eine zu der jeweiligen Auflösung passende Blende des Objektivs vorausgesetzt:

Bei einem sehr lichtstarkten Objektiv mit einer Blende von F1,5 liegt der Durchmesser des Lichtpunkts (des Beugungsscheibchens) bei nur 2 µm, [35] was einer optischen Auflösung von 125 lp/mm [40] entspricht, sobald die Lichtpunkte auf einen Farbsensor treffen, beziehungsweise 177 lp/mm bei der Verwendung eines Monochromsensors. Bei Blende F2,2 nimmt jeder Lichtpunkt 3 µm ein (83 lp/mm Farbe oder 118 lp/mm Monochrom). Solche Objektive könnten unter idealen Bedingungen (ohne optische Abbildungsfehler, keine Verwacklung sowie gutes Licht und idealer Kontrast) sogar eine höhere optische Auflösung liefern, als der Fuji Velvia 50 mit seinen 80 lp/mm beziehungsweise ein 87 Megapixel Kleinbild-Vollformat-Farbsensor zu erfassen vermag. Bei Blende F3 liegt hingegen der Durchmesser pro Lichtpunkt bei 4 µm (62 lp/mm Farbe oder 89 lp/mm Monochrom), bei Blende F4,5 sind es 6 µm (42 lp/mm Farbe oder 59 lp/mm Monochrom) und bei Blende F6 sind es 8 µm (31 lp/mm Farbe oder 44 lp/mm Monochrom).

Vergleich gängiger Sensorformate
Formatfaktoren gängiger Sensorgrößen in Relation zur maximalen optischen Auflösung (a) - die effektive Auflösung kann wesentlich höher ausfallen
Typische Bezeichnung
der Sensorgröße (b) 		Seiten-
verhältnis		 Breite
(mm)		 Höhe
(mm)		 Diagonale
(mm)		 Fläche
(mm²)		 Fläche (%)
bezogen auf KB		 maximale optische Auflösung in Megapixel bei Blende F2,8
(F2,8 erzeugt einen Lichtpunkt der einer Pixelgröße von 3,75 µm entspricht, (j) woraus sich die Sensorauflösung dieser Spalte ergibt; (d) selbst mit mehr Megapixeln kann eine Digitalkamera bei F2,8 optisch (k) nicht höher auflösen (h) )		 Auflösung bei F1,5
(2 µm (l) )
Mittelformat (e) 4:3 0 48,0 0 36,0 0 60 1.728 200 123 433
Kleinbild- Vollformat (KB), FX 3:2 0 36,0 0 24,0 0 43,3 0 864 100 0 61 216
DX , APS-C (f) 3:2 0 23,7 0 15,6 0 28,4 0 370 0 42,8 0 26 0 92
4 ⁄ 3 ″, Four-Thirds , Micro-Four-Thirds 4:3 0 17,3 0 13,0 0 21,3 0 225 0 26 0 16 0 56
1″, CX-Format (High-End-Kompaktkameras und kompakte Systemkameras) 3:2 0 13,2 00 8,8 0 16 0 116 0 13,5 00 8 0 29 (g)
1 ⁄ 1,7 ″ (High-End- Smartphones ) 4:3 00 7,6 00 5,7 00 9,5 00 43 00 5 00 3 0 11 (g)
1 ⁄ 2,3 ″ (Low-End-Kompaktkameras und manche Smartphones) 4:3 00 6,2 00 4,6 00 7,7 00 29 00 3,3 00 2 00 7
(a) Wenn man von einem Objektiv ohne Abbildungsfehler ausgeht mit typischer größter Blende von F2,8, das ein Lichtpunkt auf ein Beugungsscheibchen von 3,75 µm Durchmesser abgebildet bzw. 2 µm Durchmesser bei Blende F1,5.
(b) Die Größenangaben in Zoll -Bruchteilen beziehen sich traditionell auf die Größe von Video-Aufnahmeröhren. Eine Ein-Zoll-Vidicon-Bildröhre hat zwar 25,4 mm Außendurchmesser, jedoch nur eine nutzbare Bilddiagonale von etwa 16 mm.
(c) Formel für Farbsensoren in Linienpaare pro Millimeter: 500 / (Pixelgröße in µm * 2); Formel für Monochromsensoren: 500 / (Pixelgröße in µm * 1,41) gemäß OptoWiki , abgerufen am 14. Mai 2019.
(d) Gemäß Sensorberechnungen auf vision-doctor.com zur Berechnung der Pixelgröße in µm (mit Nachkommastellen) sowie Pixelgrößen Rechner auf lcdtech.info als zweite Referenz (ohne Nachkommastelle, dafür mit MP-Berechnung), abgerufen am 22. April 2019.
(e) Mittelformat-Sensoren können je nach Hersteller und Modell unterschiedliche Größen aufweisen. Die in der Tabelle aufgeführten Maße passen z. B. zur Mamiya ZD
(f) APS-C-Sensoren können je nach Hersteller und Modell unterschiedliche Größen aufweisen.
(g) In High-End-Kameras wie in der Sony RX100 (Variante I bis V) arbeitet das Objektiv mit einer Offenblende von F1,8. In High-End-Smartphones aus dem Jahr 2019 befinden sich zum Teil Kameralinsen, die mit einer Blende von F1,4 (Xiaomi Mi 9 Explorer Edition) beziehungsweise 1/1,6 (Huawei P30 Pro) arbeiten. Das Beugungsscheibchen hat darin einen Durchmesser von etwa 2 µm.
(h) Die in dieser Spalte angegebene Sensorauflösung wird benötigt, um sämtliche Lichtpunkte des Objektivs erfassen zu können. Darüber hinaus können optisch selbst dann nicht mehr Linienpaare pro Millimeter erfasst werden, wenn der Bildsensor über kleinere Pixel und damit über eine höhere Auflösung verfügt. Denn die optische Auflösung ist durch die Größe des Beugungsscheibchens begrenzt, die von der Blende abhängig ist. Der Sensor hat keinen Einfluss auf die Optik. Dennoch kann eine höhere Sensorauflösung hilfreich sein die Abbildungsqualität zu verbessern, denn in der digitalen Fotografie sind damit die technischen Grenzen nicht ausgeschöpft . Die effektive Auflösung kann daher über die optische Auflösung hinweg deutlich höher ausfallen, abhängig von der Rechenkraft der Kamera.
(i) Ein gebräuchlicher Bayer-Farbsensor erfasst bauartbendigt weniger Linienpaare pro Millimeter als ein Monochromsensor, da jeder Farbwert aus unterschiedlichen Pixeln berechnet werden muss.
(j) Formel: D=2,44*550nm*F entspricht 1,342µm*F (wobei F die Blendenzahl ist und D der Durchmesser des Beugugngsscheibchens, berechnet bei einer typischen Wellenlänge im Grünen von 550 Nanometern), gemäß Bildaufnahme , Digitale bildgebende Verfahren, Wikibooks - die freie Bibliothek, Kapitel "Kritische Blende", Abschnitt "Berechnung an plankonvexer Linse", abgerufen am 27.12.2019
(k) Das entspricht 67 Linienpaare pro Millimeter (c) (lp/mm) auf einem Farbsensor oder (i) 95 lp/mm auf einem Monochromsensor.
(l) F1,5 erzeugt einen Lichtpunkt (j) der einer Pixelgröße von 2 µm entspricht, woraus sich die Sensorauflösung dieser Spalte ergibt; (d) selbst mit mehr Megapixeln kann eine Digitalkamera bei F1,5 optisch nicht höher auflösen. (h) Das entspricht optisch 125 Linienpaare pro Millimeter (c) (lp/mm) auf einem Farbsensor oder (i) 177 lp/mm auf einem Monochromsensor.

Die Auflösungswerte beziehen sich in der Tabelle einzig auf die physikalischen Grenzen der Optik; ein Objektiv ohne Abbildungsfehler vorausgesetzt. Anders als in der analogen Fotografie sind in der digitalen Fotografie die technischen Grenzen damit nicht ausgeschöpft. Das Phänomen der Beugung ist wissenschaftlich mathematisch aufgearbeitet, so dass es berechenbar ist. [36] Genügend Rechenkraft vorausgesetzt ist es möglich die Auswirkungen der Beugung aus einem Bild bereits in der Kamera herauszurechnen. Darüber hinaus kann eine trickreiche Erzeugung eines Bildes, das beispielsweise durch Zusammenrechnen mehrerer Aufnahmen erstellt wird, dabei helfen die Abbildungsqualität deutlich zu verbessern. [41] [42] Denkbar wäre die Zusammenrechnung zweier Aufnahmen bei Offenblende und bei in der Kamera eingestellter Blende, um die Auflösung auf Fokusebene zu erhöhen. Die Möglichkeiten der digitalen Bildaufbereitung liefern bemerkenswerte Resultate. Beispielsweise konnte im November 2019 anhand eines Bildes aus einer 61-Megapixel-Kleinbild-Kamera, das bei Blende F8 aufgenommen wurde, eine effektive Auflösung von 90 Linienpaaren ermittelt werden. [43] Auch die Nebenwirkungen einer hohen Auflösung wie erhöhtes Rauschen, Artefakte und Texturverluste lassen sich mit genügend Rechenkraft herausrechnen. Je höher die Pixelanzahl des Sensors ist, desto besser sind die Voraussetzungen dafür .

An einem Objektiv ohne Abbildungsfehler verringert eine höhere Blendenzahl zwar rein rechnerisch die optische Auflösung auf der gesamten Abbildungsfläche. Demgegenüber wirkt sie optischen Abbildungsfehlern entgegen. Je größer der Bildkreis des Objektivs, desto schwieriger und teuer ist es Objektivfehler zu minimieren. [43] Im Vergleich zur Offenblende erhöht daher eine höhere Blendenzahl bis zu einem gewissen Punkt häufig die Auflösung am Bildrand. Dagegen nimmt sie in der Bildmitte mit zunehmender Blendenzahl meist schneller ab als am Rand, weil das in der Regel der Bereich mit den geringeren Abbildungsfehlern ist. Doch auch in der Bildmitte können Abbildungsfehler zu dem Phänomen führen, dass die höchste Auflösung nicht bei Offenblende erreicht wird; sowohl an der 50 Megapixel auflösende Canon EOS 5DS R mit dem Objektiv Canon EF 35 mm F1.4 L II USM als auch an der 61 Megapixel auflösenden Sony Alpha 7R IV mit dem Objektiv Sony FE 35 mm F1,8 wird der beste Auflösungswert in der Bildmitte erst bei Blende F4 erreicht, mit deutlichem Abfall bei höherer und niedrigerer Blende. [43]

Die effektive Auflösung, die sich im Zusammenspiel von Optik und Sensorik ergibt, kann anhand von Testbildern festgestellt werden, zum Beispiel mit der Auflösungskarte (engl. chart ) nach ISO 12233.

Das Zusammenspiel von Optik und Sensorik kann beispielsweise über einen Siemensstern ermittelt werden. Die beiden linken Bilder zeigen das Auflösungsvermögen zur Bildmitte hin anhand eines Testfotos, mit Ausschnittvergrößerung. In der Mitte des Siemenssterns entsteht ein unscharfer Fleck, der sogenannte Grauring . Über die Größe des Grauringes lässt sich die effektive Auflösung eines Testsystems berechnen. In der Beispielabbildung erzeugt Testsystem 1 einen größeren Grauring und ist daher in der effektiven Auflösung geringer als Testsystem 2.

Mittelformat und Kleinbild-Vollformat

Die größten Sensoren in der Digitalfotografie sind die Mittelformatsensoren. Es gibt unterschiedliche Sensorgrößen beim Mittelformat; sogar innerhalb der Produkte eines Herstellers schwanken deren Abmessungen (beispielsweise Pentax 645Z: 43,8 × 32,8 mm, Pentax 645D: 44,0 × 33,0 mm, Hasselblad H5D-40: 43,8 × 32,9 mm, Hasselblad H5D-50: 49,1 × 36,7 mm, Hasselblad H5D-50: 53,7 × 40,2 mm, Hasselblad H5X: 56,0 × 41,5 mm, Mamiya ZD: 48 × 36 mm).

Die nächstkleineren Sensoren sind die Vollformatsensoren (auch Kleinbildformat genannt). Deren Breite und Höhe liegen einheitlich bei 36 * 24 mm.

Auch wenn theoretisch ein Objektiv mit typischer größter Blende von F2,8 optisch auf einem Kleinbild-Vollformat-Sensor mit maximal 61 Megapixeln Auflösen könnte, sind in der Praxis bereits 40 Megapixel grenzwertig, da selbst die im Jahr 2015 im Handel erhältlichen besten Objektive nicht genügend Details für diese Auflösung liefern: Zahlreiche Objektive aus dem Profi-Segment können solche Sensoren meist mit einer Auflösung von etwa 20 Megapixeln, selten mit 30 Megapixeln mit genügend Details versorgen; lediglich das Zeiss-Otus 85 schafft im Jahr 2015 eine Auflösung von 35 Megapixeln. [44] Mit der Auflösung steigen auch die Anforderungen an den Fotografen. Ein hochauflösender Bildsensor von deutlich mehr als 20 Megapixeln bringt bei guten Lichtverhältnissen in Kombination mit einer extrem guten Optik nur dann einen Detailzuwachs, wenn der Fotograf auf eine exakte Fokusgenauigkeit achtet und eine sehr ruhige Hand hat, da bereits kleine Verwacklungen dem Detailzuwachs entgegenwirken. [45] Liegt die Sensor-Auflösung deutlich über der Auflösung des Objektivs, kann eine Verringerung der Foto-Auflösung dabei helfen, die Bildqualität zu verbessern.

Auf dem verkleinterten Bild ist Rauschen weniger auffällig. Ein Klick darauf zeigt es auf Einzel-Pixelebene. Der quadratische Ausschnitt ist rauschgefiltert.
A: geringes Bildrauschen bei ISO 100
B: hohes Bildrauschen bei ISO 3.200

Da die Pixelgröße sowie – davon abhängig – der Pixelabstand (Pixelpitch) bei zunehmender Sensor-Auflösung kleiner wird, werden sie bei ungünstigen Lichtverhältnissen anfälliger für Bildrauschen , was den Verlust von Details und Brillanz mit sich bringt. Um diesen Effekt gering zu halten sollten Kleinbild-Vollformat-Sensoren idealerweise eine Auflösung von nicht deutlich mehr als 20 Megapixeln haben.[46] Demgegenüber rauscht eine 50-Megapixel-Kamera bei gleicher Sensorgröße zwar stärker als eine 20-Megapixel-Kamera bei Betrachtung auf Einzel-Pixelebene der Rohdaten (Raw-Format). Betrachtet man die zwei Fotos jedoch auf einer gleich großen Ausgabegröße (beispielsweise auf einem DIN-A4-Ausdruck) so ist der Bildeindruck derselbe; mehr Megapixel führen im Ausdruck nicht zwangsweise zu höherem Rauschen.[46] Zudem lässt sich das Bildrauschen automatisiert bereits in der Kamera besser wegrechnen (Rauschfilter), je höher die Auflösung ist, da pro Flächenabschnitt mehr benachbarte Bildpunkte bei starker Abweichung einzelner Werte (Rauschen) zur Berechnung eines Mittelwerts herangezogen werden können. In den Rohdaten nimmt das Rauschen also zu, im Endprodukt (dem fertigen JPEG) jedoch wieder ab. Werden die Rohdaten am Computer bearbeitet, so kommt in aller Regel auch dort dieser Mechanismus (englisch Denoise ) innerhalb der Bearbeitungssoftware (Raw-Konverter) zum Tragen.[46]

Die Texturen feiner Details können sichtbar unter einer solchen Rauschunterdrückung leiden. Siehe dazu den quadratischen Ausschnitt im Bild rechts im Bereich der Blätter. Das wirkt dem (möglichen) Detailgewinn der hohen Auflösung entgegen. Dennoch zeigt ein Vergleich zwischen beispielsweise der Sony A7 II (24 Megapixel-Kamera) und A7 R II (42 Megapixel-Kamera) einen beachtlichen Vorteil der hochauflösenden Bildsensoren gerade in dieser Disziplin auf: [47] In einem Testlabor wurden die Rohdaten zunächst auf Einzel-Pixelebene betrachtet. Die 24 Megapixel-Kamera war der 42 Megapixel-Kamera beim Signal-Rauschverhalten deutlich überlegen. Trotzdem liefert das auf gleicher Ausgabegröße verkleinerte Foto der 42 Megapixel-Kamera mehr Details im JPEG-Endprodukt, trotz stärkerer Rauschunterdrückung – Zitat: „Hier können die hochauflösenden Kleinbildsensoren tatsächlich von ihrer höheren Auflösung profitieren trotz kleinerer [rauschempfindlicher] Pixel bei hohen ISO“ . Bis ISO 12.800 liefert die A7 R II eine mehr als brauchbare Bildqualität mit nur geringem Detailverlust, bei der A7 II mit 24 Megapixel Bildsensor liegt die Grenze hingegen bei ISO 3.200.

Der ISO-Wert bestimmt mit wie viel Energie der Sensor angesteuert wird. Er nimmt Einfluss auf die Lichtempfindlichkeit des Sensors und kann zwischen ISO 50 oder ISO 100 (geeignet für helles Tageslicht oder für lange Belichtungszeiten) und einigen hundert, tausend, zehntausend, mitunter sogar hunderttausend liegen. Je höher der Wert ist, desto kürzer kann die Belichtungszeit ausfallen, was vor allem nützlich ist, um ohne Stativ bei niedrigem Licht verwacklungsfreie Fotos zu erstellen. Allerdings nimmt damit das Bildrauschen zu.

Mit Stand Februar 2018 lieferte bei einem High-ISO-Auflösungs-Vergleich mit ISO 51.200 die jeweils höher auflösende Kamera ebenfalls die besseren Bilder. [48] Verglichen wurden die Raw-Dateien einer Sony Alpha 7S II (12 Megapixel) mit einer Sony Alpha 9 (24 Megapixel) und Sony Alpha 7R III (42 Megapixel). Die jeweils höher auflösende Kamera zeigt zwar ein aggressiveres Rauschen, enthält aber deutlich mehr Details und das Rauschen ist feinkörniger und damit weniger störend, wobei das Bild insgesamt deutlich schärfer wirkt. Innerhalb dieses Tests war es für das Ergebnis unerheblich, ob für den Vergleich das Bild der hochauflösenden Kameras runter oder das der niedrigauflösenden Kameras hochskaliert wurde.

APS-C-Format, Kompaktkameras und Handys

Die Auswirkung einer hohen Sensorauflösung unterscheidet sich bei der Verwendung kleiner Kompaktkamera- und Handy-Sensoren stark von den Kameras, die mit einem Kleinbild-Vollformat-Sensor ausgestattet sind.

Mit Stand Februar 2015 lösen selbst die relativ großen Sensoren von APS-C -Kameras mit einer guten Linse optisch nur etwa 9 Megapixel auf, [44] auch wenn der Sensor beispielsweise 20 Megapixel oder mehr verspricht und theoretisch eine optische Auflösung von 26 Megapixel möglich wäre (an einem Objektiv mit einer typischen Blende von F2,8). Die 4⁄3-Zoll-Sensoren der Four-Thirds - und Micro-Four-Thirds -Kameras können in der Theorie an einem solchen Objektiv optisch bis 16 Megapixel auflösen, in der Praxis kommen sie im Jahr 2015 lediglich auf zirka 5 Megapixel. Demgegenüber zeigen Labortests mit Stand Februar 2018 das Micro-Four-Thirds-Kameras üblicherweise zwar mit 20 Megapixel-Sensoren ausgestattet sind, die Kameras jedoch kaum mehr Auflösung als bei 16 Megapixeln erzielen. [48] Im Umkehrschluss bedeutet das, dass hier bis hin zu 16 Megapixeln eine Steigerung der Auflösung möglich war.

Andere Kompaktkamera-Sensoren sind in der Regel noch weitaus kleiner. Die kleinsten Vertreter finden sich meist in Handys. Je kleiner eine hochauflösende Sensorfläche ist, desto größer fällt der Effekt des Bildrauschens aus. Dessen Bereinigung nimmt hier einen starken Einfluss auf die Darstellung der Details, was nun nicht mehr nur bei der Betrachtung auf Einzel-Pixelebene auffällt, sondern auch bei der Betrachtung des Gesamtfotos. [49] Hier kann es helfen, per Kameraeinstellung die Foto-Auflösung zu verringern .

Foto-Auflösung verringern um Bildqualität und Performance zu erhöhen

Hochauflösende Fotos werden bei der Verarbeitung (Ausdruck etc.) in der Auflösung stark reduziert, was auf den ersten Blick bereits gegen eine hohe Sensor-Auflösung spricht. Andererseits gilt dabei der Grundsatz: Selbst unter idealen Bedingungen (großer Bildsensor, gute Optik) ist ein heruntergerechnetes (verkleinertes) Foto einer höher auflösenden Kamera detailreicher als das einer Kamera mit genau dieser Auflösung. [50] Das gilt auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen. Denn obgleich die Pixel kleiner und damit rauschempfindlicher sind, je höher ein Bildsensor auflöst, kann trotz stärkerer Rauschunterdrückung bei hohen ISO-Werten ein verkleinertes Foto mehr Details enthalten.

Bei der Verkleinerung kommt es zu keinem Detailverlust, solange entweder die Auflösung des Objektivs nicht unterschritten wird. Das ist die untere Verkleinerungsschwelle, die bei Vollformat-Sensoren beispielsweise je nach Objektiv bei 30 Megapixeln liegen kann, was noch immer große Fotos erzeugt und so für Bearbeitungsfreiheit sorgt. Oder es wird die benötigte Größe für die Ausgabe als Auflösungseinstellung gewählt (beispielsweise 8 Megapixel für DIN-A4-Ausdrucke in 300 dpi oder für die Ausgabe auf einem 4k-Monitor etc.). Das ist die obere Verkleinerungsschwelle, die nicht überschritten werden sollte, um Qualitätsverluste bei der Ausgabe zu vermeiden. Sie ist hauptsächlich für Fotografen geeignet, die ihre Fotos nicht nachträglich bearbeiten. Die ideale Kamera-Einstellung ist somit abhängig von der Anforderung des Fotografen und könnte sinnvollerweise zwischen diesen beiden Schwellen liegen.

12 Megapixel bieten beispielsweise Spielraum, um den Horizont zu begradigen mit zusätzlichen Platz für kleinere Zuschneidearbeiten, wodurch die Auflösung weiter abnimmt, ohne im Ergebnis die 8 Megapixel zu unterschreiten. 20 Megapixel erlauben größere Zuschneidearbeiten. Ist das Ergebnis kleiner, beispielsweise 6 Megapixel groß, so lässt sich der DIN-A4-Ausdruck noch mit 255 dpi erstellen, was zu einem leichten Detailverlust führt. In der Praxis fällt der Unterschied kaum auf; Stiftung Warentest schreibt sogar, dass 4 Megapixel als Basis für Fotoabzüge und Ausschnittsvergrößerungen genügen, [49] was laut dpi-Tabelle [51] bis zu einem Ausdruck von 13 × 18 cm zutreffend ist.

Aufgrund des Zusammenspiels von Optik und Sensorik und deren Grenzen in hochauflösenden Kompaktkameras und Handys empfiehlt die Stiftung Warentest, die Foto-Auflösung sogar auf ein Viertel der Sensorauflösung zu reduzieren, um die Bildqualität zu verbessern, wobei sie dabei nicht unter 4 Megapixel im Ausgabeformat gehen. [49] Ein Viertel der Sensorauflösung ist auch deshalb eine gute Wahl, weil abhängig von der Kamera dann vier Bildpunkte bei der Aufnahme zu einem Bildpunkt zusammengezogen werden können, was eine bessere Aufnahmequalität vor allem bei kleinen Kamera-Sensoren zur Folge hat. Teilweise wird das durch Überabtastung (englisch: oversampling ) erreicht. [52]

Unabhängig von der Sensorgröße werden durch übermäßig hochauflösende Fotos die Bilddateien unnötig groß, das Dunkelstromverhalten wird negativ beeinflusst und die Datenübertragung , das Kopieren der Fotos sowie die Bildverarbeitung werden verlangsamt. Es kann also sinnvoll sein, die Auflösung der Fotos bereits in der Kamera zu verringern. Das wirkt sich zudem positiv auf die Bildqualität aus, zum einen weil die Verkleinerung in sich bereits das Bildrauschen mindert,[46] zum anderen weil dieser Eingriff dafür sorgt, dass die Kamera das Bild beim Entrauschen weniger aggressiv [49] bearbeitet. Im Unterschied zur kamerainternen Rauschminderung hat die Verkleinerung eine entsprechend positive Auswirkung auch auf die Rohdaten. Ein solcher Small-Raw-Modus wird beispielsweise bei Canon „mRaw“ und „sRaw“ genannt (mit je unterschiedlichen Verkleinerungsstufen). Demgegenüber fehlt es bei vielen Kameramodellen an einer entsprechenden Einstellung, die es erlaubt neben den Dateien im JPEG-Format auch die Rohformat-Auflösung zu verringern; bei Canon bleiben diese Modi bislang (Stand 2018) den teureren Kameras vorbehalten.

Grenzen der visuellen Wahrnehmung

Kontrastempfindungsfunktion (Contrast Sensitivity Function, CSF) über der Ortsfrequenz in Linienpaaren pro Bildhöhe

Das maximale Kontrastempfinden des menschlichen Auges liegt bei einer Ortsfrequenz von etwa fünf Bogenminuten . Das gesunde Auge hat bei guten Lichtverhältnissen ein Auflösungsvermögen von etwa einer Bogenminute, bei der Helligkeitsunterschiede noch erfasst werden können. Bei einem normalen Sehwinkel von zirka 47°Für die Bilddiagonale ergibt sich eine Anzahl von etwa vier Millionen Bildpunkten (zirka 1500 Linienpaare entlang der Diagonalen), die ohne Farbinformation unterschieden werden können. Für ein Bild mit maximaler Kontrastempfindung reichen bei normalem Bildwinkel dementsprechend sogar nur 0,2 Megapixel vollkommen aus (zirka 300 Linienpaare entlang der Diagonalen). [53] Ist der Bildwinkel größer als der normale Sehwinkel, kann das Bild nicht mehr vollständig auf einen Blick erfasst werden, und nur ein Ausschnitt wird betrachtet. Ist der Bildwinkel kleiner als der normale Sehwinkel, reichen sogar noch weniger Bildpunkte aus, ohne dass es zu Einschränkungen bei der wahrgenommenen Auflösung beziehungsweise dem wahrgenommenen Kontrast kommt.

Dabei ist zu beachten, dass es sich bei den meisten Bildsensoren, die in Kameras eingesetzt werden, um Bayer-Sensoren handelt, die in jedem Bildpunkt („ Subpixel “) nur eine einzige Primärfarbe registrieren. Die fehlenden Farben werden in diesen Fällen durch Interpolation der benachbarten Bildpunkte ermittelt. Die „effektive Auflösung“ ist somit etwas geringer als die Subpixel-Dichte. Das ist zwar nachteilig, andere wesentliche Einflüsse auf den Schärfeeindruck bleiben jedoch annähernd vollumfänglich erhalten.

Wie oben erläutert , wird Infrarotstrahlung normalerweise herausgefiltert, bevor das Licht auf den Sensor trifft, da dieser durch sein Grundmaterial Silizium bis zu Wellenlängen von etwas über 1 μm (sichtbares Licht weist nur Wellenlängen bis zu ca. 0,7 μm auf) empfindlich ist. Diese Filterung wird aber nicht allzu rigide durchgeführt, so dass immer noch ein deutlicher Anteil solcher „nahen Infrarotstrahlung“ durchkommt. Man kann das leicht überprüfen, indem man eine Fernbedienung für Fernsehgerät oder DVD-Player o. ä. auf die Kamera richtet. Im digitalen Sucher kann man deutlich ein (weißliches) Licht erkennen, während das Auge gar nichts sieht. Es geht dabei aber nur um nahes Infrarot; die Effekte, die bei Infrarotfotografie mit speziellen Infrarotfilmen erzielt werden, wie beispielsweise Verschwinden von störendem Dunst bei Fernaufnahmen, kommen erst bei noch wesentlich höheren Wellenlängen zum Tragen, die mit diesen Sensoren nicht erreichbar sind.

Geschwindigkeit

Digitale Kompaktkamera mit Hybrid-Autofokus

Die Arbeitsgeschwindigkeit einer Digitalkamera wird vor allem durch vier charakteristische Merkmale bestimmt:

  1. Aufnahmebereitschaft , die Zeitspanne, die der digitale Fotoapparat nach dem Einschalten benötigt, um eine Fotografie anfertigen zu können.
  2. Fokussiergeschwindigkeit , die Zeitspanne, die der Autofokus zur Scharfstellung benötigt.
  3. Auslöseverzögerung , die Zeitspanne, die zwischen Drücken des Auslösers und tatsächlicher Bildaufzeichnung verstreicht.
  4. Bildfolgezeit , die Zeitspanne nach einer Aufnahme, nach der die Kamera ein Folgebild anfertigen kann. In direktem Zusammenhang damit steht die maximale Bildfrequenz der Digitalkamera.

Trotz einer rasanten technischen Entwicklung sind viele digitale Kompaktkameras signifikant langsamer als ihre Äquivalente im Kleinbildbereich . Vor allem die Bildfolgezeiten brechen oft nach wenigen Aufnahmen massiv ein, während bei motorisierten Kleinbildkameras über den gesamten Film hinweg die gleiche Geschwindigkeit erreicht wird.

Bei hochwertigen digitalen Kameras sind Auslöseverzögerung und Bildfolgezeit dagegen vergleichbar mit ihren analogen Pendants.

Energieversorgung

Manche analoge Fotoapparate können ganz ohne elektrische Energie verwendet werden – Digitalkameras benötigen jedoch stets elektrische Energie. Das ist beim Umstieg auf die digitale Fotografie zu beachten. Neben den auch bei Analog-Fotoapparaten mitunter vorhandenen großen Stromfressern eingebaute Mini-Monitore und Blitz verbrauchen bei Digitalkameras auch Sensor, Elektronik und LC-Display nennenswerte Energiemengen. Jede Digitalkamera benötigt daher eine kontinuierliche Energieversorgung, die in der Regel über einen Akku oder ein Netzteil gewährleistet wird; daneben gibt es auch einige Spezialkonstruktionen, die beispielsweise auf Solarenergie basieren.

Der Energieinhalt des Akkus bestimmt – in Verbindung mit der Leistungsaufnahme der Kameraelektronik und deren Stromsparfunktionen – die maximale Betriebsdauer der Kamera, bis ein Akkuwechsel nötig wird. Proprietäre Akkutypen (meist Lithium-Ionen-Akkus ) sind deutlich teurer als Standardakkus ( AA oder AAA etc.), aber häufig auch leistungsfähiger, das heißt, sie besitzen einen größeren Energieinhalt bei gleicher Baugröße bzw. Gewicht und weisen daher eine längere Betriebsdauer auf. Ein durchschnittlicher Akku mit einem Energieinhalt von 6 Wh versorgt eine Digitalkamera mit Energie zum Aufnehmen von rund 200 Bildern.

Dateiformat

Damit ein Bild mit einer Auflösung von zehn Megapixeln und drei Farbkanälen pro Pixel nicht dreißig Megabyte (unkomprimierte Dateigröße) auf der Speicherkarte benötigt, wird es meist komprimiert .

Als verlustbehaftetes Format steht meistens nach Exif -Standard JFIF („JPEG“) zur Verfügung, als verlustfreies Format wurde häufiger auch TIFF angeboten. Bei vielen Kameras können die digitalen Bilder auch verlustfrei in einem proprietären Rohdatenformat (englisch raw für „roh“) gespeichert werden.

Da für das Rohdatenformat kein etablierter Standard existiert (siehe auch Digital Negative ), sind die Bilddaten unterschiedlicher Kamerahersteller und sogar unterschiedlicher Baureihen eines Herstellers untereinander meist nicht kompatibel und müssen vor der Betrachtung oder Bearbeitung mit einem oftmals vom Kamerahersteller bereitgestellten Programm oder einem sogenannten Plug-in für Bildbearbeitungsprogramme in ein Standard-Bildformat (meist TIFF oder JPEG) konvertiert werden.

Rohdaten werden auch als digitales Negativ bezeichnet. Durch ihre im Allgemeinen verlustlose Speicherung weisen Rohdaten keine Kompressionsartefakte auf. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist der potentiell größere Farbumfang. Während JPEG-Bilder mit 8 Bit (= 256 Stufen) je Farbkanal gespeichert werden, liegen Rohdaten in zehn, zwölf (= 4096 Stufen) oder 14 Bit (= 16.384 Stufen) vor. Die Bilder können somit unter Umständen in feinerer Farbabstufung ausgegeben werden.

Videoaufnahme

Fast alle Kameras bieten auch die Möglichkeit, Videosequenzen aufzunehmen. Wegen der notwendigen Bildwiederholrate jedoch stets in niedrigerer Auflösung als die von der Kamera aufnehmbaren Standbilder. Früher lag die Videoauflösung meistens unter denen der damals gängigen Videokameras , mittlerweile wird fast Ausnahmslos HD-Auflösungen bis Full HD (also 1920 × 1080 Pixel) Auflösung erreicht. Einige Consumer-Modelle, wie etwa die GoPro Hero 3 , unterstützen bereits sogar 4k-Aufnahmen . Während bei früheren Modellen die Videos meist im Rechenzeit-sparenden, jedoch speicherintensiven Motion-JPEG -Format gespeichert wurden, kommen mittlerweile meist auch hochwirksame Kompressionsformate wie MPEG-4 und H.264 zum Einsatz. Andernfalls können die Videosequenzen nach dem Übertragen auf den Rechner in ein effizienteres Format umgewandelt werden.

Bis zur Veröffentlichung der Nikon D90 2008 entfiel die Möglichkeit der Videoaufzeichnung für Spiegelreflexkameras systembedingt. Neuere Kameras wie die Nikon D3s oder die Canon EOS 550D können auch HD-Videos aufzeichnen.

Lange Zeit konnten die meisten Digitalkameras während der Videoaufnahme zwar zoomen, jedoch nicht (neu) fokussieren. Auch führten sie meist keinen sich während der Aufnahme anpassenden Weißabgleich oder Helligkeitsanpassung durch. Mittlerweile (Stand 2015) gibt es immer mehr Kameras, die Camcordern diesbezüglich nicht mehr nachstehen.

Metadaten

Geotagger „Solmeta N2 Kompass“ für Nikon-Kameras mit Speicherung der Blickrichtung (Heading)

Digitalkameras betten in die Bilddaten sogenannte Metainformationen ein, die im Exif -Standard spezifiziert sind. Diese Exif-Metadaten finden sich im Header der Datei. Viele Bildbearbeitungsprogramme sowie spezielle Werkzeuge können diese Daten auslesen und anzeigen. Sie finden auch bei der Ausbelichtung des digitalen Bildes auf Fotopapier im Fotolabor Anwendung. Zu den via Exif automatisch für jede Aufnahme gespeicherten Parametern gehören beispielsweise Datum bzw. Uhrzeit, Belichtungszeit , Blendenzahl , Belichtungsprogramm , Belichtungsindex (nach ISO), Brennweite , Weißabgleich oder Blitzverwendung.

Einige Kameras unterstützen mittels eingebautem oder zusätzlich angeschlossenem GPS -Modul das Geo-Imaging und können Informationen zum Aufnahmeort speichern, beispielsweise geografische Länge und Breite sowie GPS-Höhe, GPS-Zeit oder GPS-Blickrichtung. [54]

Sprachnotiz

Einzelne Modelle wie die Maginon SZ 24 ermöglichen wahlweise die ausschließliche Aufnahme von Ton durch das Mikrofon für Sprachnotizen. [55]

Begleitdateien

Zum schnellen, effizienten Einlesen von Vorschaubildern in einer Miniaturansicht und der Erhaltung von Metadaten werden zu Film- und Rohaufnahmen bei manchen Herstellern kleine Begleitdateien mit niedrigauflösenden Vorschaubildern gespeichert, beispielsweise mit „THM“-Endung bei Canon. [56] JPEG -Bilder können bereits eigenständig ein kleines Vorschaubild erhalten. [57]

Speichermedien

Sony Mavica FD5: Diskette als Speichermedium
CompactFlash -Speicherkarte

Gespeichert werden die Bilder in der Kamera auf verschiedenen Speichermedien , gebräuchlich waren vor allem verschiedene Arten Speicherkarten und das Microdrive ; ältere Digitalkameras verwendeten daneben auch Floppy Disks , PCMCIA -/ PC Cards oder Compact Discs .

Mittlerweile verwendet der Großteil der Digitalkameras (Micro-) SD-Karten (Stand 2015). Ein kleiner interner Speicher fungiert u. A. als Zwischenspeicher während dem Wechsel („ Hot-Swap “) einer Speicherkarte. [58]

Zeitweilig gab es auch Digitalkameras mit SDRAM als Speicher. Diese Art der Datensicherung erwies sich allerdings als unpraktisch, da das SDRAM permanent mit Energie versorgt werden mussten. Das führte dazu, dass die Betriebbereitschaftszeit mit eingesetzten Akkus recht kurz war. Wurde die Energieversorgung unterbrochen, waren die gespeicherten Daten verloren. Um diesem Datenverlust vorzubeugen, verfügten einige Modelle über einen Kondensator, der im Falle eines Batteriewechsels das RAM weiter mit Energie versorgte. Erfolgte das allerdings nicht, bevor der Kondensator entladen war, waren die gespeicherten Daten ebenfalls verloren. Kameras dieser Bauweise zeichneten sich vor allem durch günstige Produktionskosten aus.

Geräteschnittstellen

Als Hardwareschnittstelle hat sich im Anwenderbereich der Universal Serial Bus weitestgehend durchgesetzt. Die Kamera stellt die Daten dem PC üblicherweise entweder als „Mass storage device“ (siehe USB-Massenspeicher ) oder im PTP -Modus zur Verfügung. Bei einigen (meist älteren) Geräten ist noch herstellerspezifische Software zur Übertragung nötig. Über den PTP-Modus ist bei einigen Kameras auch die rechnergesteuerte Auslösung möglich, in den seltensten Fällen jedoch mit voller Kontrolle über Belichtungszeit , Blendenzahl , Zoom , Fokus und ISO-Zahl .

Über USB lassen sich viele Digitalkameras auch direkt zum Drucken mit Fotodruckern verbinden, wenn beide Geräte den PictBridge -Standard unterstützen. Seit 2006 bieten Kameras zunehmend die Möglichkeit der drahtlosen Datenübertragung wie WLAN oder Bluetooth .

Digitalkameras für Kinder

Digitalkameras, die für Kinder vermarktet werden, zeichnen sich dadurch aus, dass vergleichsweise einfache Technik in relativ robuste und stoßfeste, teils wassergeschützte Gehäuse eingebaut wird. Oft sind sie auch größer und so gestaltet, dass sie beidhändig gehalten werden können, um der noch unausgebildeten Feinmotorik von Kindern entgegenzukommen. Häufig haben sie auch zwei Suchfenster, damit die Kinder nicht ein Auge zukneifen müssen. Die fotografischen Möglichkeiten solcher Kameras sind in der Regel sehr eingeschränkt, da sie meist nur eine geringe Bildauflösung aufweisen, keinen optischen Zoom und meist auch keine Entfernungs-Einstellmöglichkeit haben.

Digitalkameras für Tiere

Neugierige Haustierbesitzer entwickelten Digitalkameras, die jeden Schritt ihres Vierbeiners dokumentieren. Die Kameras haben ein besonders leichtes Gewicht, damit sie das Tier nicht stören. Sie werden am Halsband befestigt und man sieht dann alles aus der Perspektive des Haustieres . Die meisten dieser Kameras verfügen sowohl über eine Foto- als auch über eine Videofunktion, wobei die Qualität und die genauen Funktionen je nach Hersteller variieren. [59] [60]

Verbreitung

Verbreitung von Digitalkameras in Deutschland [61] [62]
Jahr Ausstattungs-
grad [63] bestand [64]
2004 19,4 21,3
2005 31,9 36,1
2006 41,8 48,9
2007 48,7 59,4
2008 58,3 73,3
2009 64,1 85,1
2010 67,7 91,8
2011 71,7 100,6
2012 72,8 103,2
2014 75,6 109,0
2015 75,1 107,2
2016 73,6 105,1

In Deutschland ist in 73,6 % der Haushalte eine Digitalkamera vorhanden (Stand 2016). [61] Diese Haushalte besitzen im Durchschnitt mehr als 2 Digitalkameras. [61]

Verkaufsprognosen

Im September 2015 veröffentlichte der Digitalverband Bitkom Prognosen für den deutschen Markt [65] , nach denen Digitalkameras im Gesamtjahr 2015 voraussichtlich Umsätze von insgesamt 1,09 Milliarden Euro erzielen. Die Absatzzahl wird auf rund 3,38 Millionen Geräte geschätzt. Wer eine Digitalkamera erwirbt, zahlt laut Bitkom dafür mittlerweile mehr als vor wenigen Jahren: Heute liegt der Durchschnittspreis für eine Digitalkamera bei 323 Euro. 2012 waren es unter 240 Euro. [66]

Literatur

  • Josef Scheibel, Robert Scheibel: Digitalfotografie verstehen und anwenden – Basiswissen. vfv Verlag, 2010, ISBN 978-3-88955-192-4 .
  • Normenausschuss Veranstaltungstechnik, Bild und Film : DIN SPEC 15707 – Leitfaden für das zuverlässige Testen von digitalen Kameras [67]
  • Stiftung Warentest (Hrsg.): test Spezial. Kameras. Berlin 2017, ISSN 1438-8642. (Sonderheft von Juni 2017 mit Tests von 64 Kameras und 18 Action-Cams)

Weblinks

Commons : Digitalkameras – Sammlung von Bildern
Wiktionary: Digitalkamera – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  • Digitalkameraseite mit der Geschichte der elektronischen Fotografie

Einzelnachweise

  1. ↑ Patent US3540011 : All solid state radiation imagers.. Angemeldet am 6. September 1968 , veröffentlicht am 10. November 1970 , Erfinder: Edward H. Stupp, Pieter G. Cath, Zsolt Szilagyi. ‌
  2. ↑ http://www.google.com.tr/patents/US3540011
  3. ↑ 1969 - Erfindung des CCD-Sensors , Abbildung der beiden CCD-Erfinder mit ihrer Live-Kamera , sueddeutsche.de, 24. November 2008, online abgerufen am 15. November 2012
  4. ↑ McCord, Thomas B. and Westphal, James A. (1972) Two-Dimensional Silicon Vidicon Astronomical Photometer. Applied Optics, 11 (3). pp. 522–526. ISSN 0003-6935
  5. ↑ Westphal and McCord, 1972
  6. ↑ Patent US4163256 : Electronic photography system. Angemeldet am 27. Juni 1972 , veröffentlicht am 31. Juli 1979 , Erfinder: Willis A. Adcock. ‌
  7. ↑ Electrical Design News, vol. 18, 1973
  8. ↑ Steve Sasson: We Had No Idea @1 @2 Vorlage:Toter Link/stevesasson.pluggedin.kodak.com ( Seite nicht mehr abrufbar , Suche in Webarchiven ) Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. . 16. Oktober 2007, abgerufen am 13. Mai 2008.
  9. ↑ Pitzke, M. (2015) Erste Digitalkamera - Der Mann, der die Zukunft erfan d. Spiegel Online, 27. Oktober 2015.
  10. ↑ a b Digitalkameras im Test: Hier finden Sie die beste Kamera , test.de vom 2. März 2018, abgerufen am 19. April 2018
  11. ↑ Foto-Boom: Fünf Millionen Digitalkameras verkauft ( Memento des Originals vom 4. Juli 2013 im Internet Archive ) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. @1 @2 Vorlage:Webachiv/IABot/www.chip.de , chip.de vom 27. April 2004, online abgerufen am 1. Oktober 2012
  12. ↑ Nikon stellt Produktion der meisten Analogkameras ein. (Nachrichtenmeldung) In: Heise-Online. 12. Januar 2006, abgerufen am 30. April 2009 .
  13. ↑ Digitalkamera - Vier Megapixel im Fokus , test.de , online abgerufen am 1. Oktober 2012
  14. ↑ Pixelrennen am Neustart , test.de , online abgerufen am 1. Oktober 2012
  15. ↑ Pixelwahn mit Folgen , test , Ausgabe März 2007, Seiten 56 bis 61
  16. ↑ Weniger wäre mehr , test , Ausgabe September 2007, Seiten 46 und folgende
  17. ↑ Smartphone mit 41-Megapixel-Kamera - Schlappe Kamera trotz Pixelwahn , test.de , online abgerufen am 1. Oktober 2012
  18. ↑ Nikon: Coolpix P900 , test.de vom 22. Mai 2015, abgerufen am 19. April 2018
  19. ↑ Neuheit im Test - Digitalkamera und Camcorder in einem Gerät , test.de , online abgerufen am 2. Oktober 2012
  20. ↑ APS-Kamera mit Fotovorschau - Schwache Vorstellung , test.de (Juni 2001), online abgerufen am 2. Oktober 2012
  21. ↑ Neuheiten der CES 2013 ( Memento des Originals vom 12. Januar 2013 im Internet Archive ) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. @1 @2 Vorlage:Webachiv/IABot/netzsieger.de , online abgerufen am 9. Januar 2013
  22. ↑ Digital Camera Shooting Modes and Scene Modes. In: Easy Basic Photography. Abgerufen am 26. Juni 2021 (englisch).
  23. ↑ Bedienungsanleitung für erweiterte Funktionen – DMC-TZ10, DMC-TZ8. In: Panasonic. Abgerufen am 26. Juni 2021 .
  24. ↑ Bildsensoren in Digitalkameras. Abgerufen am 29. August 2014 .
  25. ↑ Neuer Foveon-Schichtsensor mit höherer Auflösung. Abgerufen am 27. August 2014 .
  26. ↑ Verräterische Spuren, Auch Digitalkameras hinterlassen Fingerabdrücke. In: Thomas Reintjes, Deutschlandradio. 7. August 2015, abgerufen am 23. Juli 2019 .
  27. ↑ Nasim Mansurov: Camera Resolution Explained. 6. August 2018, abgerufen am 9. Februar 2021 (englisch).
  28. ↑ Carsten Meyer: Taucht ab: Rollei-Kompaktkamera X-8 Sports. (Nachrichtenmeldung) In: Heise-Foto. 29. August 2008, abgerufen am 30. April 2009 .
  29. ↑ Michael Ludwig: http://www.chip.de/artikel/Systemkamera-Die-besten-spiegellosen-Kameras-im-Test_43394276.html Die neuen Kamera-Stars CHIP, 5. Juli 2011, abgerufen am 22. April 2011
  30. ↑ Carsten Meyer: Auf ein Neues: Samsung-Systemkamera NX10 . heise Foto, 7. Januar 2010, abgerufen am 16. März 2010 (Nachrichtenmeldung).
  31. ↑ K-01-Beschreibung auf der Pentax-Webseite ( Memento vom 8. August 2012 im Internet Archive ), zuletzt abgerufen am 19. Februar 2012.
  32. ↑ Sony Alpha SLT-A58: Digitalkamera mit teildurchlässigem Spiegel. Sony, abgerufen am 5. Januar 2012 .
  33. ↑ Beispielsweise Panasonic Lumix DMC-SZ10 , Datenblatt von dkamera.de, abgerufen am 26. April 2019
  34. ↑ a b c Kameraberechnungen auf vision-doctor.com und Pixelgrößen Rechner lcdtech.info, eingegebene Daten für den 16MP-1/2,3-Zoll-Sensor waren 4608 * 3456 Pixel auf 0.3042 Zoll Sensordiagonale (entspricht 7,7 mm - siehe gängige Formatfaktoren ) = 1,35 µm; bei 123 MP des Mamiya-ZD-Mittelformatsensors wurden die Daten 12800 * 9624 auf einem 4:3 Sensor mit 2.3622 Zoll Diagonale (entspricht 60mm) verwendet = 3,75 µm Pixelgröße; bei 61 MP eines 3:2-KB-Sensors wurden die Daten 9600 * 6400 Pixel auf 1.7047 Zoll Diagonale (entspricht 43,3mm) verwendet = 3,75 µm Pixelgröße; abgerufen am 26. April 2019
  35. ↑ a b Bildaufnahme , Digitale bildgebende Verfahren, Wikibooks - die freie Bibliothek, Kapitel "Kritische Blende", Abschnitt "Berechnung an plankonvexer Linse", Formel: d=2,44*550nm*k=1,342µm*k (wobei k die Blendenzahl ist und d der Durchmesser des Beugugngsscheibchens, berechnet bei einer typischen Wellenlänge im Grünen von 550 Nanometern)
  36. ↑ a b Beugung, Diffraction, Diffraktion , foto-schuhmacher.de, abgerufen am 22. April 2019
  37. ↑ Alte Objektive an neuen Kameras verwenden , pcwelt.de, Autor: David Wolski, Stand 3. Mai 2012, abgerufen am 3. Dezember 2017
  38. ↑ Bei einem für Kleinbild-Vollformat-Sensoren typischen Seitenverhältnis von 3:2 entsprechen 87 Megapixel einer Auflösung von 11424x7616 Pixeln gemäß rechneronline.de . Bei einer 1.7047 Zoll Sensorsdiagonale (das entspricht 43,3mm eines typischen KB-Sensors) ergibt sich eine Pixelgröße von 3,15 µm (in Höhe und Breite) gemäß vision-doctor.com . Bayer-Farbsensoren kommen mit diesen Daten auf 79,36 lp/mm (500 / (3,15µm * 2) = 500 / 6,4 = 79,36 lp/mm) gemäß OptoWiki .
  39. ↑ Bei einem für Kleinbild-Vollformat-Sensoren typischen Seitenverhältnis von 3:2 entsprechen 44 Megapixel einer Auflösung von 8124x5416 Pixeln gemäß rechneronline.de . Bei einer 1.7047 Zoll Sensorsdiagonale (das entspricht 43,3mm eines typischen KB-Sensors) ergibt sich eine Pixelgröße von 4,43 µm (in Höhe und Breite) gemäß vision-doctor.com . Monochromsensoren kommen mit diesen Daten auf 80 lp/mm (500 / (4,43µm * 1,41) = 500 / 6,25 = 80 lp/mm) gemäß OptoWiki .
  40. ↑ Umrechnung Pixelgröße in Linienpaare pro Millimeter , OptoWiki.info, Wissensdatenbank für technische Optik; Formel für Farbsensoren: Linienpaare pro Millimeter = 500 / (Pixelgröße in µm * 2); Formel für Monochromsensoren: Linienpaare pro Millimeter = 500 / (Pixelgröße in µm * 1,41); abgerufen am 13. Mai 2019
  41. ↑ Google Pixel: Wie funktioniert Nachtsicht? t3n.de, Google erhöht die Fotoqualität seiner Kamera in Pixel 3 und älteren Geräten durch ein reines Softwareupdate, Autor: Andreas Floemer, abgerufen am 26. Dezember 2019
  42. ↑ Galaxy S10+ - Nachtmodus - Beispielfotos , samsung.com, eine Fotogalerie die die Möglichkeiten der trickreichen Erzeugung solcher Fotos aufzeigt; diese Möglichkeiten wurden ebenfalls per reines Softwareupdate ermöglicht, abgerufen am 26. Dezember 2019
  43. ↑ a b c Testbericht: Sony Alpha 7R IV , digitalkamera.de, Seite 2, 15. November 2019, getestet am Objektiv „Sony FE 24-105 mm F4 G OSS“, Autor: Benjamin Kirchheim, abgerufen am 23. Dezember 2019
  44. ↑ a b Die 50-Megapixel-Vollformat-Lüge , docma.info, Autor: Christoph Künne, Stand 20. Februar 2015, Zitat: Nach Messungen von DXOmark.com ist zum Beispiel bei der Nikon D800 schon bei 29 Megapixeln (MP) das Ende erreicht [...] eine Vollformat-Kamera sollte nicht mehr als 24 MP Auflösung haben, eine APS-C-Kamera theoretisch nur neun und ein Sensor im 4/3-Format fünf MP ; zu Vollformat-Kameras siehe auch den Abschnitt Update , Zitat: bei DXOmark sind inzwischen auch die Nikon D800E und die D810 mit dem Zeiss-Otus 55 getestet worden: 33 MP Auflösung beim 36-MP-Chip; das Otus 85 löst sogar 35 MP an der D810 auf , abgerufen am 13. November 2017
  45. ↑ Megapixel ersetzen Zoomobjektive? , Zitat: Je höher die Auflösung, desto eher macht der Sensor nur Schwächen der Optik und jede geringste Erschütterung und Unruhe der Kamera sichtbar , abgerufen am 13. November 2017
  46. ↑ a b c d Sensor-Rauschen, Rauschen in Fotos, Bildrauschen , Autor: Dr. Schuhmacher, abgerufen am 13. November 2017
  47. ↑ Testbericht Sony Alpha 7R II , Vergleich der Bildqualität zwischen a7II (24MP) und a7rII (42MP) im Testlabor von digitalkamera.de, Autor: Benjamin Kirchheim, Stand 29. September 2015, Seite 2 Bildqualität, abgerufen am 8. Dezember 2017
  48. ↑ a b High-ISO-Auflösungs-Vergleich der Sony Alpha 9 und Alpha 7R III , digitalkamera.de, 2. Februar 2018, abgerufen am 14. März 2019; die Sony Alpha 7S ist zwar nicht Bestandteil der Titelüberschrift, wird jedoch im Artikel zum Vergleichstest herangezogen.
  49. ↑ a b c d Fototipp: Pixelzahl verringern , Stiftung Warentest, abgerufen am 14. November 2017
  50. ↑ Wieviel Auflösung brauche ich wirklich? Version 2.0c, slr-foto.de, siehe die Abschnitte Demosaicing-Methode und Bildverkleinerung , abgerufen am 13. November 2017
  51. ↑ Wie viel Auflösung brauche ich wann? , abgerufen am 14. November 2017
  52. ↑ PureView: So funktioniert Nokias neue Kameratachnik , Fokus online, online abgerufen am 1. Oktober 2012
  53. ↑ Markus Bautsch: Kontrastempfindlichkeitsfunktion , Wikibook: Digitale bildgebende Verfahren - Grundlagen , online abgerufen am 18. Januar 2013
  54. ↑ Foto-GPS mit Kompass - Wozu? ( Memento vom 22. März 2014 im Internet Archive ) gps-camera.eu, abgerufen am 25. November 2009 (Über automatische Speicherung der Kompass-Blickrichtung im Exif-Header).
  55. ↑ Maginon SZ 24 Bedienungsanleitung. In: ManualsLib. S. 22,43 , abgerufen am 27. März 2021 .
  56. ↑ What are THM files? Oktober 2006, abgerufen am 26. April 2021 (englisch).
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  58. ↑ Panasonic Operating Instructions. Digital Camera DMC-FS5, DMC-FS3. (PDF; 5,3 MB) 2008, S. 15 , abgerufen am 9. April 2021 (englisch).
  59. ↑ Mini-Kamera für Tiere: Katzen spähen ihre Nachbarn aus. Abgerufen am 29. August 2014 .
  60. ↑ Haustier Kamera. Abgerufen am 29. August 2014 .
  61. ↑ a b c Ausstattung privater Haushalte mit ausgewählten Gebrauchsgütern – Fachserie 15 Reihe 2. (Nicht mehr online verfügbar.) In: destatis.de. 2012, archiviert vom Original am 15. November 2013 ; abgerufen am 16. Dezember 2010 .
  62. ↑ Ausstattung privater Haushalte mit ausgewählten Gebrauchsgütern - Fachserie 15 Reihe 2 - 2016. In: destatis.de. 2016, abgerufen am 16. März 2017 .
  63. ↑ In … von 100 Haushalten ist eine Digitalkamera vorhanden.
  64. ↑ In 100 Haushalten sind … Digitalkameras vorhanden.
  65. ↑ Smartphones, Tablets und Wearables bringen Unterhaltungselektronik in Schwung . Bitkom-Presseinformation vom 1. September 2015, abgerufen am 30. September 2015.
  66. ↑ Markt für Unterhaltungselektronik schrumpft 2015 um 3,8 Prozent . ZDNet.de, 1. September 2015, abgerufen am 30. September 2015.
  67. ↑ Leitfaden für Tests digitaler Kameras erschienen ( Memento des Originals vom 23. August 2014 im Internet Archive ) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. @1 @2 Vorlage:Webachiv/IABot/www.din.de , DIN.de, online abgerufen am 5. März 2013
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