Alle Digitalkameras verfügen über einen Bildsensor, der Informationen zur Erstellung eines Fotos erfasst. Es gibt zwei Haupttypen von Bildsensoren - CMOS und CCD - und jeder hat seine Vorteile.
Wie funktioniert ein Bildsensor?
Der einfachste Weg, den Bildsensor zu verstehen, ist, ihn als das Äquivalent eines Filmstücks zu betrachten. Wenn der Auslöser einer Digitalkamera gedrückt wird, fällt Licht in die Kamera. Das Bild wird so auf den Sensor belichtet, wie es in einer 35-mm-Filmkamera auf ein Filmstück belichtet würde.
Digitale Kamerasensoren bestehen aus Pixeln, die Photonen (Energiepakete aus Licht) sammeln, die von der Fotodiode in eine elektrische Ladung umgewandelt werden. Diese Informationen werden wiederum vom Analog-Digital-Wandler (ADC) in einen digitalen Wert umgewandelt, sodass die Kamera die Werte in das endgültige Bild verarbeiten kann.
DSLR-Kameras und Point-and-Shoot-Kameras verwenden hauptsächlich zwei Arten von Bildsensoren: CMOS und CCD.
Was ist ein CCD-Bildsensor?
Sensoren für ladungsgekoppelte Geräte konvertieren die Pixelmessungen sequentiell mit einer den Sensor umgebenden Schaltung. CCDs verwenden einen einzigen Verstärker für alle Pixel.
CCDs werden in Gießereien mit Spezialgeräten hergestellt. Diese Komplexität spiegelt sich in ihren oft höheren Kosten wider.
Ein CCD-Sensor hat gegenüber einem CMOS-Sensor einige entscheidende Vorteile:
- Weniger Rauschen und normalerweise Bilder mit höherer Qualität, insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen
- Bessere Farbtiefe, da der dynamische Bereich des Sensors oft doppelt so groß ist wie bei CMOS-Sensoren
- Höhere Auflösung und Lichtempfindlichkeit
Was ist ein CMOS-Bildsensor?
Komplementäre Metalloxid-Halbleitersensoren konvertieren gleichzeitig Pixelmessungen unter Verwendung von Schaltungen am Sensor selbst. CMOS-Sensoren verwenden separate Verstärker für jedes Pixel.
CMOS-Sensoren werden häufig in DSLRs verwendet, da sie schneller und billiger als CCD-Sensoren sind. Sowohl Nikon als auch Canon verwenden CMOS-Sensoren in ihren High-End-DSLR-Kameras.
Der CMOS-Sensor hat auch seine Vorteile:
- Schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeit, da sich die aktiven Pixel und der ADC auf demselben Chip befinden
- Geringerer Stromverbrauch, bis zu 100 Mal weniger als bei einem CCD
- Integrierte Kamerafunktionen wie automatische Belichtung, Farbkodierung und Bildkomprimierung direkt im Chip
- Verhindert "Verschmieren", wenn ein Bild überbelichtet ist
- Weniger teurer Herstellungsprozess
- Die Qualität hat sich seit ihrer Einführung erheblich verbessert
Farbfilter-Array-Sensoren
Ein Farbfilterarray ist an der Oberseite des Sensors angebracht, um rote, grüne und blaue Komponenten des auf den Sensor fallenden Lichts einzufangen. Daher kann jedes Pixel nur eine Farbe messen. Die anderen beiden Farben werden vom Sensor basierend auf den umgebenden Pixeln geschätzt.
Dieser Ansatz kann die Bildqualität zwar geringfügig beeinflussen, ist jedoch bei heutigen hochauflösenden Kameras kaum wahrnehmbar. Die meisten aktuellen DSLRs verwenden diese Technologie.
Foveon-Sensoren
Das menschliche Auge ist empfindlich für die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau, und andere Farben werden durch eine Kombination der Grundfarben erarbeitet. In der Filmfotografie legen die verschiedenen Grundfarben die entsprechende chemische Filmschicht frei.
In ähnlicher Weise haben Foveon-Sensoren drei Sensorschichten, von denen jede eine der Primärfarben misst. Durch Kombinieren dieser drei Schichten wird ein Bild erzeugt, um ein Mosaik aus quadratischen Kacheln zu erzeugen. Dies ist immer noch eine relativ neue Technologie, die von einigen Sigma-Kameras verwendet wird.
