Aufbaukurs, Lektion 2

Darf’s ein bisschen mehr sein: 6 Millionen Megapixel

Zur Einleitung gibts diesmal keinen Spargel, sondern eine wahre Geschichte: Am Silvesterabend 2006 waren wir indisch essen (lecker…). Im Restaurant kamen wir mit einem netten Jungen vom Nachbartisch ins Gespräch, weil er die Gruppe dort mit einer Digitalkamera fotografierte. Wir erfuhren, dass er Robin heißt, 9 Jahre alt ist, und seine eigene Digitalkamera habe „6 Millionen Megapixel“!

Nun, Robin ist ein cleverer Junge und kennt sich z.B. mit Astronomie sehr gut aus. Aber bei den Megapixeln ist er ein wenig durcheinandergekommen. Macht aber nix, denn das geht selbst Profis in dem Geschäft manchmal noch so, wie ich im übernächsten Abschnitt zeigen werde. Deshalb erkläre ich hier mal für alle die Sache mit den Pixeln und Megapixeln. Und dazu noch das mit den Sensorgrößen.

Kilo- Mega- Gigapixel

Die Umrechnerei mit „Kilo“ gibt es ja in vielen Bereichen des täglichen Lebens. Der Weg zur Arbeit betägt beispielsweise 8 Kilometer. Wer sagt da schon 8000 Meter? Oder die 500 Gramm Mehl werden auch als 1/2 Kilogramm bezeichnet. Soweit, so einfach. Aber mit den Megas und Gigas tun wir uns manchmal ein bisschen schwerer. Man braucht sie halt nicht so oft. Kaum ein Mensch sagt beispielsweise, die Fahrt in den Urlaub sei 1 Megameter lang gewesen. Unter „1000 Kilometer“ kann man sich viel leichter was vorstellen (nämlich Kreuzschmerzen, quengelnde Kinder auf dem Rücksitz, horrende Benzinrechnungen, massig tote Fliegen auf der Windschutzscheibe, etc.). :-)

Die Umrechnung von Längen-Einheiten funktioniert genauso wie bei den Pixeln:

  • 1000 Pixel sind 1 Kilopixel.
  • 1000 Kilopixel sind 1 Megapixel oder 1 Million Pixel.
  • Und 1000 Megapixel sind 1 Gigapixel.
  • 1000 Gigapixel ergeben ein Terapixel.

Der Begriff „Kilopixel“ hat sich jedoch nicht durchgesetzt. Statt 300 Kilopixel sagt man lieber 0,3 Megapixel – dies ist z.B. die typische „VGA-Auflösung“ von 640×480 Bildpunkten. Und mit Gigapixeln oder gar Terapixeln braucht man als Digitalfotograf gewöhnlich auch nicht rechnen (wenn man mal von diversen Gigapixel-Panoramen absieht, wie z.B. hier von diesem: www.koeln.de/gigapixel). Wer also nicht gerade solche zusammengesetzten Riesenpanoramen erstellt oder bei Google Earth bzw. Streetview arbeitet, kommt mit Giga- bzw. Terapixeln kaum in Berührung. Für den Hausgebrauch reichen die Megapixel völlig aus.

Doch zurück zu Robins Kamera. Hätte sie wirklich „6 Millionen Megapixel“, dann wären dies ja 6000 Gigapixel bzw. 6 Terapixel. Er meinte jedoch die bei Digitalkameras teilweise noch üblichen 6 Megapixel. Ein Foto mit ca. 3000 mal 2000 Pixeln ist ein 6-Megapixel-Bild. 6 Terapixel wären demnach 3 Millionen mal 2 Millionen Bildpunkte, also 6 Billionen Pixel. Welche Speicherkarte soll so eine Datei nur fassen können?

Auch wenn derzeit meist noch mit möglichst hohen Megapixel-Zahlen geworben wird, setzt sich langsam aber sicher die Erkenntnis durch, dass die Bildpunktezahl nicht das Entscheidende ist. Eine 6 Megapixel-Kamera macht unter Umständen bessere Fotos als eine 10 Megapixel-Kamera. Warum das so ist, erläutere ich später.

Saublöd und saubillig

ZeitungsprospektEine Umkehr des Trends zu immer mehr Megapixeln zeigte sich übrigens im Dezember 2006 in einem Zeitungsprospekt. Dort verkaufte der Ich-bin-doch-nicht-blöd-Markt die rechts abgebildete Kamera mit der traumhaften Auflösung von 6,1 Pixel! :-) Einmal abgesehen davon, dass es Zehntelpixel nicht gibt, hat ein Sensor mit 3 mal 2 Bildpunkten natürlich den Vorteil, dass seeeehr viele Bilder auf die Speicherkarte passen. Dem Fotografen verlangt allerdings die Beschränkung auf 3×2 Pixel einiges an Abstraktionsvermögen ab. Hier mal einige Beispiele von (20fach vergrößert dargestellten) Bildern in der 0,000006-Megapixel-Klasse:

Abendhimmel über dem Schwarzen Meer.

Nacht über dem Roten Meer.

Türme des Kölner Doms vor blauem Himmel.

Unvergrößert sehen die 6-Pixel-Bilder übrigens so aus:

Vielleicht kann Robin sein überschüssiges „Mega-“ an den „Fach“markt verkaufen (vielleicht für 1 Megaeuro). Dann passen die Bilder von Robins Kamera auch wieder auf normale Speicherkarten. Und der besagte Markt wird seine Kameras vermutlich besser verkaufen können, wenn sie statt 6,1 Pixeln dann mit 6,1 Megapixeln beworben werden könnten. Beiden wäre also geholfen… :-)

Filmformate und Sensorgrößen

Um den Zusammenhang zwischen Megapixelzahl und Bildqualität besser einschätzen zu können, ist ein Blick auf die üblichen Sensorgrößen von Digitalkameras ganz hilfreich. Ich habe dazu einmal die folgende Grafik vorbereitet. Das Bild zeigt einige der üblichen Aufnahmeformate von analogen und digitalen Kameras. Ich habe mich bemüht, es etwa in Originalgröße erscheinen zu lassen, aber je nach Monitorgröße und -einstellung kann es natürlich sein, dass es größer oder kleiner erscheint (siehe vorige Lektion). Im Zweifel einfach mal ein ungerahmtes Dia oder ein Lineal vor den Bildschirm halten, dann sieht man, ob die Größen in etwa stimmen.

Vergleich verschiedener Film- und SensorgrößenDie Grafik zeigt deutlich, dass es sehr große Unterschiede in der Film- bzw. Sensorgröße verschiedener Kameras gibt. Ein genauerer Blick lohnt sich:

Größenvergleich, 6x7 MittelformatDie beiden blauen Rechtecke der obigen Grafik zeigen zwei typische Mittelformat-Fotoformate. Die Negative oder Dias haben eine Größe von ca. 70 x 60 mm oder 60 x 60 mm. In der Digitalfotografie spielen sie nur im „unbezahlbaren“ Profi-Bereich eine Rolle, auf die ich hier nicht näher eingehe.

Der Name „Mittelformat“ zeigt schon an, dass es auch noch größere Aufnahmeformate gibt. Und auch das Mittelformat ist – wie man deutlich erkennen kann – wesentlich größer als das Kleinbildformat, das ja gerne als „Vollformat“ bezeichnet wird.

6×7-Mittelformatfotos auf Rollfilm haben gewöhnlich eine belichtete Fläche von 56 mal 68 Millimetern. Dies ergibt mit 3808 mm2 eine 4,4fach größere Fläche als die 864 mm2 des Kleinbildformats, das als nächstes vorgestellt wird.

Größenvergleich, Kleinbildformat 24x36mmIn obiger Grafik orange dargestellt ist das bekannte Kleinbildformat von 36 x 24 mm. In diesem Format werden Dias oder Negative in den üblichen „analogen“ Spiegelreflexkameras auf Kleinbildfilm belichtet. Daher habe ich das Filmmaterial mit Perforation ebenfalls dargestellt, was einen Größenvergleich erleichtert.

Einige digitale Spiegelreflexkameras haben einen Sensor, der ebenfalls (fast) diese Größe aufweist (z.B. Canon EOS 5D). Diese Kameras haben daher keinen Crop-Faktor (bzw. „Crop-Faktor 1“), denn sie geben das Bild so wieder, wie es auch eine analoge Kamera mit gleicher Brennweite tun würde. Weil der Sensor (annähernd) die gleiche Größe wie das Kleinbildformat hat, wird dieser Sensortyp häufig als „Vollformat-Sensor“ bezeichnet.

Größenvergleich, APS-C-FormatGrößenvergleich, APS-C-FormatWeitaus üblicher bei digitalen Spiegelreflexkameras ist das sogenannte APS-C-Format, in obiger Grafik durch die beiden grünen Kästchen dargestellt. Die beiden Schwanenfotos rechts zeigen, dass zwischen dem echten APS-C Filmformat mit seinen 25,1 mal 16,7 mm und dem etwas kleineren, was in DSLRs eingebaut wird, auch noch ein gewisser Unterschied besteht, obwohl sich beides „APS-C-Format“ nennt.

Das kleinere der beiden Bilder zeigt die Sensorgröße der Canon EOS 20D und 30D, deren Sensoren 22,5 x 15 mm groß sind, was genau rechnerisch einem Cropfaktor von 1,6 entspricht. In den Kameras Canon EOS 350D und EOS 400D ist der Sensor mit 22,2 x 14,8 mm geringfügig kleiner, was aber in der Praxis nicht auffällt, denn der Cropfaktor liegt auch bei 1,6 (rechnerisch 1,62). Für meine neue EOS 60D wird er mit 22,3 x 14,9 angegeben (also auch Crop 1,6). Da die Unterschiede nicht bedeutend sind, werden alle diese Sensorgrößen mit Cropfaktor 1,5 oder 1,6 als „APS-C-Formate“ bezeichnet.

Sensoren dieser Größe haben gegenüber dem „Vollformat“ mehrere Vorteile: Sie sind preiswerter herzustellen. Auch haben sie weniger Probleme mit Vignettierung (Ecken des Fotos erscheinen dunkler), womit das Vollformat manchmal seine Probleme hat. Durch den kleineren Bildkreis, den das Objektiv aufzeichnen muss (kleinere Sensordiagonale), werden bei Vollformat-Objektiven die kritischeren Randbereiche sozusagen ausgelassen. Auch lassen sich dadurch preiswertere Objektive herstellen, die nur für den kleineren Bildkreis von Kameras mit APS-C Sensor gerechnet sind. Und außerdem freuen sich Tele-Fotografen, wenn sie ein 300mm-Objektiv kaufen und der Blick durch den Sucher fast wie bei einem 500mm-Objektiv aussieht.

Größenvergleich, Four ThirdsEin Stück kleiner als in APS-C-Digitalkameras ist der Sensor bei digitalen Spiegelreflexkameras des Four-Thirds-Standards (und auch bei der neuen Entwicklung Micro Four Thirds). Four Thirds wurde von Olympus und Kodak entwickelt, aber auch andere Hersteller bauen Kameras mit dieser Sensorgröße und nach diesem Standard, nämlich derzeit Panasonic und Leica.

Die Diagonale des FourThirds-Sensors ist nur halb so groß wie im ‚Vollformat‘. Dieser Sensortyp hat daher einen Crop-Faktor von 2. Dies ist zwar einfacher zu rechnen (ein 14-45mm Zoom entspricht beispielsweise einem Kleinbildformat-Zoom mit Brennweite 28-90mm). Wer jedoch gerne Objekte mittels geringer Schärfentiefe vor unscharfem Hintergrund ‚freistellt‘, wird den Cropfaktor von 2 allerdings eher als Nachteil sehen, weil die geringeren Brennweiten und die kleinere Sensorfläche eine höhere Schärfentiefe mit sich bringen.

Da die Bauweise von FourThird-Kameras keine Rücksichten auf ältere ‚analoge‘ Objektive, Objektivbajonette, etc. nehmen musste, sondern eine Neuentwicklung für Digitalkameras war, hat dieses Format einige Vorteile gegenüber digitalen Spiegelreflexkameras mit größeren Sensoren. Auch die Verwendbarkeit von FourThirds-Objektiven der verschiedenen Hersteller ist natürlich sehr praktisch.

Bei den bisher betrachteten Sensorgrößen von Vollformat über APS-C bis zu FourThirds werden die Objektive mit ihrer jeweiligen echten Brennweite angegeben, und es wird zum Vergleich mit dem Kleinbildformat ggf. mit einem Cropfaktor gerechnet. Bei den beiden kleinsten Sensoren in obenstehender Grafik verhält es sich jedoch anders:

Größenvergleich, Kompaktkamera-SensorGrößenvergleich, Kompaktkamera-SensorDiese winzigen Flächen zeigen typische Sensorgrößen gängiger Kompakt-Digitalkameras. In der obenstehenden Grafik habe ich diese Sensoren pink bzw. rot eingezeichnet. Sie haben gerade mal ca. 4×6 bzw. 5×7 Millimeter Kantenlänge, und dies ist in fast allen Kompaktkameras, Superzoomkameras, Bridgekameras, etc. der Fall – von Handykameras wollen wir hier gar nicht reden.

Dem einfallenden Licht steht durch den winzigen Sensor auch nur ein Bruchteil der lichtempfindlichen Fläche zur Verfügung, die die größeren Sensoren von Spiegelreflexkameras einfangen können. Umso stärker muss das Sensor-Signal verstärkt werden, was zu erhöhtem Bildrauschen führt. Dies wird noch deutlicher, wenn man mal die Flächen berechnet. Die winzigen Sensoren kommen gerade mal auf ca. 38 mm2 bzw. 25 mm2. Verglichen mit den ca. 330 mm2 des APS-C-Formates sind sie also ca. 9 bis 13fach kleiner.

Wie im vorletzten Absatz schon angedeutet, wird bei den kleinen Sensoren von Kompaktkameras nicht mit echter Brennweite und Crop-Faktor gerechnet, sondern man gibt die auf Kleinbildformat umgerechnete Brennweite des Objektivs an.

Beispielsweise klebte auf meiner früheren Immerdabei-Kompaktknipse Ricoh Caplio R5 ein fetter Aufkleber mit großen Ziffern 28-200. Aber ein näherer Blick auf die klein gedruckten Zahlen am Objektiv verrät, dass es sich in Wirklichkeit um eine Brennweite von 4,6-33mm handelt. Wenn man 28 geteilt durch 4,6 (oder 200 durch 33) rechnet, erhält man den ungefähren Cropfaktor von 6. Nur der Bildwinkel entspricht einem 28-200-Zoom im Kleinbildformat. Was hingegen die Schärfentiefe betrifft, verhält es sich ganz wie ein 4,6-33mm-Zoom, was es ja auch ist. Es ist also schon schwierig, damit das Motiv vor einem möglichst unscharfen Hintergrund freizustellen, da man maximal eine Brennweite von 33mm (und Offenblende 4,8) zur Verfügung hat.

Mini-Megapixel

Größenvergleich, APS-C-FormatGrößenvergleich, Kompaktkamera-SensorInzwischen gibt es auch Kompaktkameras mit 8, 10 oder gar 14 Megapixeln. Ähnlich viele Megapixel haben auch die aktuellen ‚bezahlbaren‘ Spiegelreflexkameras mit APS-C-Sensor. Was kann man daraus über die Bildqualität schließen?

Machen wir eine (grob vereinfachte, aber im Prinzip dennoch zutreffende) Rechnung: Der kleine Sensor der Kompaktkamera hat nur 1/9 der Größe des Spiegelreflex-Sensors, aber gleich viele Bildpunkte. Jedes einzelne Kompaktkamera-Pixel hat somit auch nur ca. 1/9 der Größe seines Kollegen in der Spiegelreflexkamera. Es bekommt daher im Vergleich zu seinem großen Vorbild auch nur ca. 1/9 des Lichts ab. Demnach muss das elektrische Signal, dass das Mini-Sensorelement erzeugt, auch ca. 9fach höher verstärkt werden. Dabei verstärkt sich bekanntlich das Bildrauschen mit. Eine neunfache Verstärkung entspricht aber mehr als 3 Blendenstufen. Schon im ‚Grundzustand‘ mit niedriger ISO-Zahl (z.B. ISO 100) muss die Kompaktkamera das Signal in etwa so verstärken, als wäre ISO 800 eingestellt. Das ist der Grund, warum Bilder einer modernen Kompaktkamera mit hoher Megapixelzahl viel stärker rauschen als Bilder einer Spiegelreflexkamera mit gleich viel Megapixeln.

Natürlich versuchen die Hersteller der ‚Minimegapixler‘, dieses Problem mit allerlei elektronischen Tricks zu kaschieren. Aufwändige Rauschunterdrückungsberechnungen sollen das Rauschen schon in der Kamera auf ein Minimum reduzieren. Dabei verschwinden allerdings auch feine Details aus dem Foto, wenn die Rauschunterdrückung zu aggressiv zu Werke geht.

Ein Ausweg aus dem Dilemma wäre ein Verzicht auf einige Megapixel. Für die meisten Anwendungen, bei denen überhaupt Kompaktkameras in Frage kommen, reichen 4 bis 6 Megapixel locker aus. Auch die Optiken der meisten Kompaktkameras sind mit höheren Auflösungen schon an der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit. So verwundert es nicht, dass die Tests vieler Fotozeitschriften immer wieder zum Ergebnis kommen, dass mehr Megapixel meist nicht mehr Bildqualität bringen. So heißt es beispielsweise in ColorFoto 1/2007: „Auffällig: die nominelle Pixelauflösung sagt wenig über die tatsächliche Bildqualität aus. Bei der Bildqualität stehen nicht die drei 10-Megapixel-Kameras vorn, sondern zwei […] Modelle mit 6 Megapixeln.“

Vermutlich wird es aber noch einige Zeit dauern, bis die meisten Verbraucher erkannt haben, dass das Megapixel-Wettrüsten vor allem Marketing-Gründe hat. Eine Kamera nur nach ihren Megapixeln zu beurteilen ist etwa ähnlich sinnlos wie z.B. ein Auto nur nach dem Hubraum zu bewerten. Weitere Infos hierzu gibt es auf der sehr interessanten (wenn auch leider nicht weiter aktualisierten) Website www.6mpixel.org.

Kompaktkamera-Rauschvergleich

Ein Vergleich des Bildrauschens von Kompaktkameras zeigt deutlich, dass mehr Megapixel nicht mehr Bildqualität bedeuten. Die obere Bildreihe zeigt 100%-Ausschnitte der 6-Megapixel-Kamera Ricoh Caplio R4 (300×200 Pixel aus einem Bild von 2816×2112 Pixeln), während die untere Reihe 100%-Ausschnitte von der R5 zeigt, die einen 7-Megapixel-Chip hat (3072×2304 Pixel). Links jeweils die ISO-100-Version, rechts war eine Empfindlichkeit von ISO 400 eingestellt:

Obern Caplio R4, unten R5Zwar war dies kein Test unter Laborbedingungen, sondern nur ein privater Vergleich dessen, was die Automatiken dieser beiden Kameras so draufhaben. Aber bezüglich des Rauschens sieht man deutlich, dass die zusätzlichen Pixel der R5 den Nachteil höheren Bildrauschens mit sich bringen. Die R4 war zu diesem Zeitpunkt preiswerter und macht trotzdem die besseren Fotos. Hätte ich die besseren Video-Qualitäten der R5 damals nicht öfters gebraucht, dann wäre ich bei der R4 geblieben. Zumal die R5 auch sonst ein paar kleinere Macken hatte, die bei der R4 noch nicht vorhanden waren. Ein typischer Fall von „Verschlimmbesserung“. Aber was interessiert heute noch die R4 oder R5? Zur Photokina 2008 ist Ricoh bei der R10 angelangt, leider mit 10 Megapixeln. Hätte sie 6 Megapixel, würde ich sie vielleicht kaufen. Leider bekommt man 6-Megapixel-Sensoren inzwischen nur noch in Handys…

Vergleich ISO 100 und 3200Ganz interessant ist auch ein Vergleich der obigen Bilder mit dem Bildrauschen-Vergleich der digitalen Spiegelreflex. Man kann deutlich erkennen, dass die DSLR wegen ihres größeren Sensors selbst bei höheren Empfindlichkeiten wesentlich weniger rauscht. Ihre Ergebnisse selbst bei ISO 1600 können durchaus mithalten bei ISO 400 an allzu megapixeligen Kompaktkameras.

Neben den möglichst rauscharmen Megapixeln (also der Bildgröße) bestimmt noch ein anderer Wert die Qualität eines Digitalfotos bzw. einer Rastergrafik: Die Anzahl der möglichen Farben, auch Farbtiefe genannt. Darum geht es in der folgenden Lektion.

Mittelformat (Rollfilm 6x6) Mittelformat (Rollfilm 6x6) Mittelformat (Rollfilm 6x6)

Mittelformat: Japanischer Garten Bonn auf Rollfilm 6×6

Advertisements

Über RoFrisch

www.rofrisch.de
Dieser Beitrag wurde unter Aufbaukurs, Fotografie, Fotokurs abgelegt und mit , , , , , , , , , , , , , , , , verschlagwortet. Setze ein Lesezeichen auf den Permalink.

8 Antworten zu Aufbaukurs, Lektion 2

  1. Pingback: Aufbaukurs, Lektion 1 | Rolands Fotokurs

  2. Pingback: Aufbaukurs, Lektion 3 | Rolands Fotokurs

  3. Pingback: Aufbaukurs, Lektion 4 | Rolands Fotokurs

  4. RoFrisch schreibt:

    Die 30 Leserkommentare zu diesem Artikel im alten Fotokurs können hier nachgelesen werden:
    http://www.rofrisch.de/fotokurs/kommentare-extypo3/03au02-megapixel.htm

  5. Pingback: Fujifilm Real 3D W1 | Rolands Fotokurs

  6. C schreibt:

    Es hat sich ein kleiner Fehler eingeschlichen, da steht „Die Fläche des FourThirds-Sensors ist nur etwa halb so groß wie im ‘Vollformat'“, tatsaechlich sind die Seitenlaengen halbiert, die Flaeche also „geviertelt“.

    • RoFrisch schreibt:

      Hallo und danke für den Hinweis. Du hast ganz recht. Daher habe ich das Wort „Fläche“ durch „Diagonale“ ersetzt und das „etwa“ weggelassen. So ist es nun richtig, und die Definition über die Diagonale (statt Kanten) macht auch keine Probleme damit, dass FourThirds ein Seitenverhältnis von 4:3 hat, während Vollformat ja 3:2 verwendet.

  7. lol schreibt:

    „Abendhimmel über dem Schwarzen Meer“
    „Nacht über dem Roten Meer“
    „Türme des Kölner Doms vor blauem Himmel“
    Herrlich!

    Vielen Dank für den locker und trotzdem lehrreich geschriebenen Fotokurs.

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden / Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden / Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden / Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden / Ändern )

Verbinde mit %s