Astronomischer Arbeitskreis Salzkammergut

Sternwarte Gahberg

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Digitalkamera Grundlagen

Digitalkamera Grundlagen Teil 3

Vorteile und Nachteile einer Digitalkamera

Jetzt habe ich mich lange darüber ausgelassen, wieviel heiße Luft uns mit dieser Technologie eigentlich als Vorteil verkauft wird. Stellen wir uns also die prinzipielle Frage, wie diese Technologie der klassischen Fotografie überlegen ist, indem wir einige prinzipielle Behauptungen in den Raum stellen:

Mehr Megapixel ergeben ein besseres Bild

Das ist richtig, sofern wir ausschließlich von der Auflösung des Bildsensors sprechen*, nicht von dem daraus abgeleiteten Bild. Es setzt jedoch voraus, daß die Qualität der Optik diesen Vorteil auch erkennbar macht.

* Ergänzung: Warum ergeben noch mehr Megapixel kein besseres Bild mehr?

Seit dem Erstellen des original Beitrages im April 2005 hat die Auflösung der Digital Kameras stetig zugenommen, deren Größe dagegen abgenommen. Aktuell (Jänner 2009) ist es fast unmöglich eine Digicam mit weniger als 8 Megapixel zu bekommen.

Vergleicht man die Bilder dieser modernen Kameras mit Bildern älterer Geräte mit 4-5 Megapixel, dann fällt auf, dass die Bilder mit höherer Auflösung im Allgemeinen wesentlich weniger Details zeigen. Eigentlich sollte es ja gerade umgekehrt sein - zumindest wird das so verkauft.

Das liegt daran, dass die Vermehrung der Pixel nicht durch Vergrößerung der lichtempfindlichen Sensor Fläche geschieht - das würde unweigerlich zu größeren Kameras führen - sondern durch Verringerung der Pixel-Dimensionen auf dem gleichen (oder sogar kleineren) Chip.

Kleinere Flächen für die lichtempfindlichen Elemente bedeutet aber, dass um den gleichen Faktor weniger Licht auf den Bildpunkt fällt, die Geräte also zunehmend unempfindlicher werden. Um das nun zu kompensieren werden die schwachen Signale elektronisch verstärkt und mit dem Signal das Rauschen.

Das ist, als ob Sie versuchen wollen die Sprachqualität eines sehr schwachen und verrauschten Radiosenders durch Erhöhung der Lautstärke zu verbessern. Das einzige was passiert ist, dass das Rauschen deutlicher wahrnehmbar wird.

Um dem geneigten Konsumenten nun nicht ein grauslich verrauschtes Bild vorzusetzen, werden die Bilddaten bereits in der Kamera ausgefeilten "Entrauschungs" Prozeduren unterzogen, bei denen ein Programm versucht, das wieder glattzurechnen. Je nach Bildhelligkeit und eingestelltem ISO Wert (bestimmt die Verstärkung) werden dabei gnadenlos Pixel vernichtet. Sieht man sich so ein Ergebnis in Originalgröße an, sieht es eher wie ein impressionistisches Gemälde als ein Foto aus.

Auf der Seite http://6mpixel.org/ ist dieser Zusammenhang ausführlich erklärt. Hier wird auch deutlich gemacht, dass Auflösungen jenseits von 6 Megapixeln bei kleinen Kompaktkameras keinen Sinn ergeben. Das ist kein vorübergehendes Problem, das man durch Verbesserung der Chip-Entwicklung bald beheben kann. Die Chips arbeiten bereits nahe der Grenze des physikalisch Möglichen.

 

Digital ist "besser" als analog

Hier gebe ich zu bedenken, daß "besser" eine ziemlich schwammige Beschreibung ist, die natürlich sehr von der Betrachtungsweise abhängt. Beim Zoom haben wir bereits festgestellt, ist das blanker Unsinn, denn genau das Gegenteil ist richtig.

Wir müßen uns zuerst einmal klar machen, was "digital" denn überhaupt bedeutet. Das Wort kommt aus dem lateinischen "Digitus" = "der Finger". Es bezeichnet also ein Verfahren, daß mit "abzählbaren" Werten arbeitet. Das heißt letztendlich nichts anderes, daß jede Eigenschaft mit einem genau definierten - aber begrenzten Vorrat an Werten beschrieben wird. Bei der Helligkeit eines Bildpunktes könnten das beispielsweise alle ganzzahligen Werte von 0 bis 100 sein, oder bei der Bild Geometrie die Unterteilung des gesamten Bildes in 3000 mal 2000 Punkte (6 Megapixel).

Bei der klassischen (chemischen) Fotografie wird ein Körnchen des lichtempfindlichen Materials aber nicht genau 21,000% oder 22,000% belichtet sondern vielleicht 21,368%. Bei der digitalen Belichtung, wird der Bildpunkt aber entweder exakt 21% oder exakt 22% ermittelt, die zwischenwerte gehen verloren.

Ganz so schlimm ist es im richtigen Leben aber nicht, da die Kameras üblicherweise deutlich mehr als 100 einzelne Stufen unterscheiden. Gute Kameras können zwischen 1000 und 65000 unterschiedliche Helligkeitsnuancen unterscheiden, was bei weitem besser ist als beim konventionellen Film. Man spricht hier von der "Dynamik". Eine gute Digitalkamera kann also mit einem weiten Helligkeits-Bereich arbeiten, etwas wofür man klassisch verschiedene Filme (100-400ASA) benötigen würde.

Der wahre Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die einmal ermittelten Werte jetzt jederzeit exakt wieder reproduziert werden können. Der Vorteil ist so groß, daß wir dafür sogar den Informationsverlust durch die Digitalisierung in Kauf nehmen.

Digitale Bilder sind unbegrenzt haltbar

Das scheint einleuchtend, denn die digitale Information unterliegt keiner Alterung oder Abnützung, wie das etwa beim klassischen Negativ der Fall ist. Dort verringern Fingerabdrücke, Kratzer, Staub und Veränderung des Materials im Lauf der Zeit die Bildinformation und können unter Umständen das Original unbrauchbar machen.

Dabei wird aber meist übersehen, daß die digitale Information ein außerordentlich flüchtiges Wesen besitzt. Mit einem falschen Tastendruck kann man tausende Bilder - wertvolle Originale - in ihr digitales Grab schaufeln. Es ist also nötig, diese Daten auf langlebige Art zu archivieren. Ein gängiges Medium dafür sind heute beschreibbare CDs. Wir vergessen dabei gerne, daß diese Technologie erst ca. 1990 auf den Markt gekommen ist. Langzeit Studien über die Haltbarkeit der Daten sind praktisch nicht existent und das Medium selbst ist auch nicht unempfindlich. Mittlerweile verdrängen die DVD Schreibgeräte die CD Brenner. Obwohl diese die alten CD's noch lesen können, wagt kaum jemend eine Prognose, daß das mit den Geräten in 10 Jahren immer noch funktioniert.

Große Datenarchive, die vor Jahrzehnten ihre wertvollen Daten auf Magnetband archiviert haben, stehen nun vor dem Problem, daß die damals modernsten Computer heute Dinosaurier sind und hoffentlich noch so lange am Laufen gehalten werden können, bis diese Daten auf ein "modernes" Medium umkopiert wurden. In wenigen Jahren steht man dann wieder vor dem gleichen Problem.

 

weiter zum Teil 4



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