Donnerstag, 3. April 2008

Kaufkriterien für Digitalkameras

Hier folgt ein kurzer Überblick über Hintergründe zur Technik von Digitalkameras, die bei einem Digitalkamera-Kauf wissenswert sein können.
Die wohl wichtigsten technischen Parameter einer digitalen Kamera werden von der verbauten Optik als auch vom eingesetzten Sensor und zusätzlich von der Software/Elektronik vorgegeben. Deshalb werden diese 3 Komponenten hier kurz erläutert.

Der Bildwandler (Sensor)

Der Sensor ist ein Bauteil, welches das einfallende Licht in elektrische Signale zur digitalen Weiterverarbeitung wandelt. Die Qualität eines Sensors bestimmt sich aus dessen Auflösungsvermögen ("Mega Pixels") und - wichtiger noch - aus dessen Lichtempfindlichkeit (Rauschverhalten). Je lichtempfindlicher der Sensor ist, desto weniger Licht ist für eine gute Aufnahme nötig, d.h. je weniger Rauschen zeigt ein aufgenommenes Bild bei gleicher Ausleuchtung. Eine höhere Lichtempfindlichkeit sorgt also für rauscharmere Aufnahmen bei ungünstigen Lichtverhältnissen (z.B. in geschlossenen Räumen), begünstigt eine schärfere Abbildung durch eine mögliche größere Blendenwahl im Objektiv und sorgt für kürzere Belichtungszeiten (Verwackelschutz).

Die Auflösung (Megapixelzahl) des Sensors ist ein Maß für dessen Vermögen, feine Details des Motives wiederzugeben.

Technisch besteht ein Sensor aus einem Halbleiterplättchen auf dem die einzelnen Licht-Wandlerelemente aufgebracht sind. Die Größe und damit Packungsdichte dieser Wandlerelemente haben entscheidenden Einfluss auf die Herstellungskosten des Sensors. Je mehr Wandlerelemente (=höhere Megapixelzahl bei gleicher Fläche) auf einer gegebenen Fläche des Sensor unterzubringen sind, desto günstiger der Herstellungspreis eines "Megapixels". Die Hersteller haben also aus dieser Perspektive betrachtet bereits Interesse daran, die Wandlerelemente weiter zu verkleinern. Da eine hohe Megapixelzahl beim Konsumenten außerdem das Hauptkriterium bei der Bewertung digitaler Kameras zu sein scheint, erhöht sich der Druck auf die Hersteller zusätzlich, die einzelnen Wandlerelemente weiter zu verkleinern um dadurch mit noch mehr Megapixel werben zu können.

Leider hängt die so wichtige Lichtempfindlichkeit eines Sensors mit der Größe seiner einzelnen Wandlerelemente zusammen. Je kleiner die einzelnen Elemente, desto lichtunempfindlicher. In den letzten Jahren wurde die Anzahl der Megapixel auf jedem Sensor stetig erhöht. Parallel dazu wurden die einzelnen Sensoren auch noch verkleinert.

Beispiel:
Eine lange gängige Sensorgröße war 1/1.8". Auf dieser Sensorfläche wurden im Jahre 2000 etwa 3 MPix untergebracht. Im Jahre 2006 gab es 1/1.8"-Sensoren mit 10 MPix. Die einzelnen Wandlerelemente wurden dabei von 3,5 µm (2000) auf 1,9 µm (2006) verkleinert. Die (kleinere) Sensorgröße 1/2.5" scheint sich derzeit im Markt der Kompakt- und Brigde-Kameras durchzusetzen.
Zum Vergleich: Digitale SLRs haben Sensorgrößen von weit über einem Zoll, die Canon 300D hat z.B. einen 1.7"-Sensor mit 6 MPix, das entspricht 7,4µm Wandlergröße.

Die Regel für die Sensorwahl ist recht einfach: Je größer der verbaute Sensorchip, desto besser. Achtung: Mit höherer Megapixelzahl geht meist ein verschlechtertes Rauschverhalten (~ geringere Lichtempfindlichkeit) einher.

Beispielbild zum "Rauschen" eines Sensors bei verschiedenen ISO-Stufen (Lichtempfindlichkeitseinstellungen)

Die Optik / das Objektiv

Das Objektiv sorgt für die Abbildung auf den Sensor. Zum einen sollte diese Abbildung möglichst qualitativ sein ("scharf"), zum anderen soll das Objektiv möglichst viel Licht zum Sensor bringen. Ein Maß für die "Lichtstärke" eines Objektives ist dessen Blendenzahl - diese steht meist auf dem Objektiv (Beachte: Je höher die angegebene Blendenzahl, desto schlechter!)

Die Abbildungsqualität eines Objektivs hängt zum einen von dessem Herstellungsaufwand ab, als auch vom Kompromiss, den das System bezüglich der gewünschten Featurevielfalt erfüllen muss. Ein 10-fach Zoomobjektiv wird bei gleichem Herstellungsaufwand wahrscheinlich im gleichen Brennweitenbereich schlechter abbilden als ein gleich teures 3-fach-Zoomobjektiv oder gar ein Objektiv mit Festbrennweite. Auch die Lichtstärke eines Objektives leidet meist unter einer Verlängerung und/oder Flexibilisierung der Brennweite (Zoom).
Während die Lichtstärke eines Objektives teilweise noch als Wert auf dem Objektiv selbst aufgedruckt ist, gibt es für die anderen optische Qualitäten meist keine Angaben vom Hersteller. Da es ziemliche viele Sorten von Abbildungsfehlern gibt, folgt an dieser Stelle keine ausufernde Erläuterung, sondern nur ein Link zum entsprechenden Artikel auf Wikipedia. Pauschale Aussagen zu den verbauten Objektiven lassen sich also nicht treffen. Einleuchtend erscheint es aber, dass ein größeres Objektiv wahrscheinlich eine bessere Lichtstärke und ein aufwendigeres (=qualitativeres) optisches System besitzt als ein vergleichbares kleineres Objektiv.
Obwohl Objektive selbst "analog" arbeiten, lässt sich auch für diese eine maximale Auflösung angeben. Die Auflösung beschreibt dann nichts anderes, als das Vermögen der Optik alle Details bis zu einer bestimmten Größe noch erkennbar abzubilden. Relativ kleine Objektive aus Kompaktkameras (oder gar Mobiltelefonen) liegen mit Ihrer Auflösung häufig weit unter der Auflösung der dahinterliegenden Sensorchips, d.h. die gemachte Angabe zur Megapixel-Auflösung des Sensors ist dann reine Marketingmaßnahme und kann bedingt durch die Optik letztlich nie erreicht werden.

Regel für die Auswahl des Objektivs: Die aufgedruckte Blendenzahl liefert einen Hinweis auf die Lichtstärke. Da es zu den Abbildungsfehlern in aller Regel keine direkten Angaben gibt, muss man diese selbst durch Ausprobieren in Erfahrung bringen. Die Abbildungsfehler erkennt man also am besten an mit der jeweiligen Kamera gemachten Beispielbildern. Das Ausprobieren kann allerdings recht aufwendig sein. Doch auch im Internet findet man meist Beispielfotos von einem bestimmten Kameramodell.

Auf dem obengenannten Beispielbild zum "Rauschen" eines Sensors kann man auch sehr gut die chromatische Aberration des verwendeten Objektives der Kamera sehen. Durch diesen Abbildungsfehler entsteht der bläuliche Farbsaum an der hellen Kante auf der grauen Fläche.

Software/Elektronik

Die Software bestimmt, inwieweit der Benutzer in den Abbildungsprozeß eingreifen kann. Einfache Kameras haben meist nur eine Vollautomatik, welche unter allen möglichen Umständen mit der vorhandenen Hardware mittelgute, aber nie die bestmöglichen Resultate erzielt. Bessere Kameras bieten dem Nutzer die Wahl zwischen verschiedenen spezialisierten Automatikprogrammen oder bieten manuelle Modi, in denen der Nutzer Aufnahmeparameter selbst festlegen kann. Je mehr Parameter manuell festlegbar sind, desto besser. Wie diese Parameter zugänglich gemacht werden ist eine Frage der Komfortabilität der Benutzeroberfläche der Kamera. Da aufwendige Bedienelemente wie Auswahlrädchen, Minijoysticks e.t.c. recht teuer sind, finden sich diese nur bei teureren Kameramodellen.

Die verbaute Elektronik stellt die Grundlage für die Intelligenz der Kamera dar. Je schneller der verbaute Signalprozessor, desto hochwertigere Features (z.B. Gesichtserkennung bei Portraitfotografie) kann die Kamerasoftware anbieten. Allerdings benötigt die Elektronik, also Display und Prozessor usw. auch Energie, welche von einem gewichtigem Akku bereitgestellt werden muss. Obwohl die verbauten elektrischen Komponenten immer stromsparender werden ist die Laufzeit der Kamera mit einer Akkuladung noch immer ein wichtiges Kriterium.

Regel für die Auswahl der Features einer Kamera: Je mehr manuell einstellbare Parameter die Kamerasoftware möglichst komfortabel zugänglich macht, desto besser. Ein weiteres Kriterium ist die Akkulaufzeit. Wenn Standardakkus (z.B. Typ "AA") einsetzbar sind, kann das von Vorteil sein. Datenspeicherung im RAW-Format ist wünschenswert.

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