Sensoren

Die Sensoren von Digitalkamera bestehen aus lichtempfindlichen Halbleitern (Siliziumdioden). Beim Auftreffen von Licht entsteht eine elektrische Spannung an den einzelnen Fotodioden (Pixel), diese elektrischen Signale werden ausgelesen und in Helligkeitswerte umgesetzt.

Es werden vor allem zwei verschiedene Typen von Sensoren unterschieden, der CCD-Chip (Charge-Coupled Device) und der CMOS-Chip (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Die CMOS-Technik hat den Vorteil, dass sie günstiger als CCD-Technik zu produzieren ist und einen geringeren Energieverbrauch aufweist. Der Nachteil liegt jedoch in einer höheren Rauschempfindlichkeit. Dieses Problem kann mittlerweile mit entsprechendem technischem Aufwand recht erfolgreich eingedämmt werden.

Sensor – Beispiel CMOS-Sensor Canon [Foto: Canon]

Die Siliziumdioden eines CCD- oder CMOS-Sensors sind farbenblind, sie können nur Helligkeitsunterschiede feststellen. Damit die einzelnen Fotodioden Farbinformationen liefern können, wird ihnen jeweils ein Farbfilter (z. B. Bayer-Filter) vorgelagert. Vor jedem Pixel befindet sich hierbei jeweils ein Filter mit einer spezifischen Farbe (rot, grün oder blau). Mittels dieser Filtermatrix kann der kamerainterne Bildprozessor die Werte mit Hilfe der Software (Bestandteil der Firmware) aufbereiten und anhand der umliegenden Pixel die Farbe und Helligkeit für jeden einzelnen Pixel errechnen. Zudem errechnet die kamerainterne Software u. a. den Weißabgleich, Kontrast und Farbsättigung, bevor das Bildergebnis auf der Speicherkarte gespeichert wird. Da das menschliche Auge vor allem im Grün-Bereich sehr empfindlich ist, sind auf 4 Pixel je ein roter, ein blauer und zwei grüne Filter vorgelagert. So wird die Farbdarstellung im Grün-Bereich verbessert. Fujifilm verwendet in einigen Kameras X-Trans-Sensoren. Diese zeichnen sich durch eine andere Filteranordnung und eine hohe Bildqualität aus.

Wesentlich für die Lichtempfindlichkeit von Sensoren ist die Größe der Siliziumdioden. Diese sind in der Regel direkt von der verwendeten Sensorgröße und der darauf befindlichen Pixel abhängig. Entscheidend ist hierbei meist der Größenunterschied zwischen verschiedenen Kameratypen (ob digitales Mittelformat, APS-C, Four Third oder Spiegelreflex- oder spiegellose Systemkamera, Kompaktkamera …). Aber auch die Sensortechnik ist entscheidend. So zeichnen sich Sensoren mit rückwärtiger Belichtung durch hohe Lichtempfindlichkeit aus (BSI für back side illumination). Das Seitenverhältnis des Fotos wird in der Regel ebenfalls von dem Abmessungen (Seitenverhältnis) des Sensors bestimmt. Um Brennweiten bei verschiedenen Kameras vergleichen zu können, muss neben der Brennweite auch die Sensorgröße bzw. der Crop-Faktor bekannt sein. Detaillierte Ausführungen zum Crop-Faktor und seine Auswirkungen auf genutzte Brennweiten und auf den Bildausschnitt finden Sie im Artikel "Crop-Faktor".

Sensoren unterscheiden sich auch im Ausleseverhalten. So gibt es Sensoren mit Rolling Shutter oder Global Shutter. Bei Sensoren mit Global Shutter werden alle Pixel gleichzeitig belichtet, bei Rolling Shutter wird der Sensor zeilenweise belichtet. Dies kann bei schnellen Bewegungen zu Verzerrungen der bewegten Objekte im Bild kommen. Eine Besonderheit in der Sensortechnik sind derzeit noch Canons Dual-Pixel-Sensoren. Diese Technik ermöglicht eine besonders sanfte und schnelle Fokusnachführung (insbesondere bei Videoaufnahmen). Hierfür werden für jeden Pixel zwei Fotodioden genutzt.

Weitergehende Informationen zu den einzelnen Sensortypen finden Sie unter: