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Digitale Fotografie

Mittlerweile ist die digitale Fotografie Standard. Jeder kennt es, jeder hat es, ob als Kamera im Smartphone, am Laptop, als kleine Systemkamera oder Profispiegelreflexgerät. Trotzdem will ich kurz in das Thema und die Technik einführen, sodass leichter verständlich wird, welche Eigenschaften was bedeuten und wie sie zu bewerten sind.

Was bedeutet Digital?

Das Grundprinzip der digitalen Bildaufnahme ist die Abtastung des realen, analogen Bildes. Dies ist nötig, um die Bildinformation in speicherbare Daten umzuwandeln. Dazu wird ein lichtempfindlicher Chip verwendet, der in einer Digitalkamera den Platz des fotografischen Films einnimmt.

By Andrzej w k 2 (Own work) [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Commons

Der Chip besteht wiederum aus einem Raster von lichtempfindlichen Fotodioden. Die Dioden sind empfänglich für unterschiedliche Frequenzen, also Farben des Lichts, wobei die meisten auf den Frequenzbereich des grünen Lichts ausgelegt sind. Das entspricht der physischen Konstitution des menschlichen Auges, das ebenfalls in der Mehrzahl Sehzellen für grünes Licht enthält.

Es gibt Bildsenoren mit CMOS- oder CCD-Technologie. Die CMOS-Technologie wurde zunächst nur für günstige Kameras und Webcams verwendet, hielt aber durch Ausmerzung von Qualitätsrückständen im Vergleich zum CCD in den letzten Jahren auch in höherklassigen Geräten Einzug.

Für weitere Details zur Technologie der Chips empfiehlt sich ein Ausflug zur Wikipedia, da wir uns hier auf das wesentlich konzentrieren wollen.

Die Krux mit der Auflösung

Da auf einem Sensor nur eine begrenzte Anzahl an Fotodioden vorhanden sind, kann man sich leicht vorstellen, dass bei der Abtastung des realen Bildes ein Informationsverlust entstehen kann. Das passiert genau dann, wenn eine Informationsänderung der Originalbildes in einem Abstand stattfindet, der kleiner ist als der doppelte Abstand zwischen zwei Rasterpunkten.

Der Abstand der Dioden beträgt zwar nur wenige Mikrometer, das bedeutet aber nicht, dass es nur bei der Flohfotografie zu Problemen kommen kann. Denn natürlich benutzt man beim Fotografieren Objektive, die einem das Einfangen großer Bildausschnitte ermöglichen. Dadurch können beispielsweise die glänzenden Fäden eines Sakkostoffs bereits zu eng beieinander liegen und somit im ungünstigen Fall den Sensor überfordern. Ein anderes Beispiel wäre ein weit entferntes Mauerwerk. Auch hier können die Fugen dann so nah beieinander sein, dass der sogenannte Moiré-Effekt entsteht wie er in der Abbildung zu sehen ist.

Der Effekt kommt aufgrund des gleichmäßigen Rasters zustande, in dem die Fotodioden auf dem Bildsensor angeordnet sind. Da bei der analogen Fotografie kein solches gleichmäßiges Abtastraster auf dem Filmmaterial vorliegt, gibt es speziell diesen Effekt dort nicht.

Ebenfalls bekannt ist die Problematik aus der Videotechnik, sowohl bei der analogen als auch bei der digitalen. Jeder kennt die sich scheinbar rückwärts drehenden Kutschenräder oder Helikopterrotoren, was dadurch zustande kommt, dass beides sich im Verhältnis zur Abtastfrequenz der Kamera, etwa 25 Bilder pro Sekunde, zu schnell dreht.

Es kommt nun also darauf an, wie viele Fotodioden auf dem Bildsensor vorhanden sind. Am bekanntesten ist dafür die Megapixel-Angabe. Je höher diese Zahl, desto größer die Auflösung.

Leider ist das etwas zu kurz gefasst und die Megapixelangabe hauptsächlich als Marketingistrument, denn als ein Qualitätsmerkmal zu verstehen. Zunächst zählen die Hersteller für Megapixel alle Fotodioden auf dem Chip, was nicht ganz richtig ist, da jede Diode nur für rot, grün oder blau empfindlich ist und somit ein vollständiger Bildpunkt nur durch Zusammenrechnen der Informationen von drei unterschiedlichen Dioden zustandekommt. Somit ist die Pixelanzahl schon mal nicht einfach mit der eines LC-Bildschirms zu vergleichen, bei dem ein Pixel tatsächlich alle drei Farben enthält.

Zudem ist es so, dass sich die Sensorfläche in den letzten Jahren auf etwa 30 mm² halbiert hat. Gleichzeitig hat sich die Pixelzahl stark erhöht, die Pixeldichte also extrem zugenommen. Die Auflösung hat sich dabei zwar vergrößert, was gut ist, jedoch entsteht durch das enge Zusammenrücken der Fotodioden stärkeres Bildrauschen, da die Dioden kleiner werden und somit weniger Photonen aufnehmen können, die elektrischen Störungen der Elektronik aber konstant bleiben und somit stärkeren Einfluss auf die Abbildung nehmen.

Es gilt hier also etwas vorsichtig zu sein und bei der Wahl der Kamera nicht nur der größten Megapixelzahl hinterzulaufen. Anders ist dies wiederum bei größeren Spiegelreflexkameras oder auch Kompaktkameras der oberen Preisklassen. Hier wird ein großflächigerer Bildsensor, in der Regel im sogenannten APS-C-Format mit einer Fläche von 350 mm² verwendet. Hier führen auch Auflösungen von 30 und mehr Megapixeln nur zu geringem Bildrauschen.

Dateiformate

Nachdem das reale Bild durch den Sensor gerastert und die Helligkeitsinformationen der einzelnen Fotodioden in Zahlenwerte umgewandelt wurden, werden diese auf einer SD-Karte in einer Datei gespeichert.

JPEG

Das bekannteste Format dabei ist JPEG mit der Dateiendung .jpg beziehungsweise .jpeg. Bei der Umwandlung der Rohinformationen in das JPEG-Format findet eine verlustbehaftete Kompression statt. Zusätzlich nimmt die Software der Kamera Optimierungen des Bildes vor. Trotzdem entsteht hierbei meist ein Schärfe- und Detailverlust. Im Gegenzug sinkt die Dateigröße um bis zu 95%. Viele Kameras bieten dem Nutzer allerdings die Möglichkeit die Qualität der Kompression und der Auflösung des gespeicherten Bildes einzustellen, falls dieser auch größere Dateien akzeptiert.

Der Vorteil von JPEG ist, dass es sich um ein universelles Format handelt, das von praktisch allen Betriebssystemen und jeglicher bildverarbeitenden Software unterstützt wird.

RAW

Höherpreisige Profikameras bieten zusätzlich an, das Bild im Rohformat zu speichern. Hierbei wird gar keine bzw. nur eine verlustfreie Kompression angewendet. Dies führt dazu, dass alle Informationen, die im Moment der Aufnahme eingefangen wurden zur Verfügung stehen, was vielfältigere Möglichkeiten für die spätere Nachbearbeitung offen lässt. Da die Kamerasoftware keinerlei Anpassungen des Bildes wie Weißabgleich, Kontrastanhebung oder ähnliches vornimmt, ist mindestens eine minimale Nachbearbeitung der geschossenen Bilder bei Nutzung des RAW-Formats meist nötig.

RAW-Formate sind in der Regel proprietär, d.h. herstellerspezifisch und können daher nur von entsprechender Profisoftware verarbeitet werden. Auch ist die Datei größe aufgrund der fehlenden oder geringeren Kompression wesentlich größer als beim JPEG-Format. Normal sind zehn bis 30 Megabyte pro Datei.

Analog vs. Digital

Es wäre verkehrt zu sagen digital ist besser als analog, genauso wie es andersherum falsch wäre. Es gibt unzählige Merkmale mit denen man die Fotoqualität beurteilen kann. Allerdings hängt genau die Beurteilung dieser Eigenschaften immer von Anwendungsfall und manchmal auch persönlichem Geschmack ab.

Die Körnung einer analogen Aufnahme kann störend wirken, oder einem Motiv Charakter verleihen. Die einfache nachträgliche Manipulierbarkeit digitaler Aufnahmen kann als fantastische Möglichkeit zur Schaffung wunderschöner Bilder oder – überspitzt formuliert – als Vertuschungsmittel für die Unfähigkeit von vornherein gute Bilder zu schießen verstanden werden.

Die Anfangszeiten der digitalen Fotografie sind vorbei und die anfänglich offensichtlichen Qualitätseinbußen und niedrigen Auflösungen besonders bei günstigeren Geräten sind passé. Es lassen sich also heute auch mit günstigen Digitalkameras Fotos mit hervorragender Qualität machen. Natürlich würde ein absoluter Fotografieenthusiast hier und da Kritik üben, für Otto Normalbetrachter steht aber die ordentliche Abbildung einer Situation, einer wertvollen Erinnerung oder einer geliebten Person im Vordergrund, die er mit Hilfe der digitalen Fotografie jederzeit und praktisch kostenlos und mit geringem Aufwand anfertigen kann.

Es muss also wie bei allen Dingen abgewogen werden, was für einen selbst im Vordergrund steht. Danach kann entschieden werden, ob eine Kompaktkamera, eine großformatige Spiegelreflexkamera oder doch eine analoge Kamera für die geplante Nutzung geeignet ist.

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