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Digitalkamera
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Eine Digitalkamera, auch digitaler Fotoapparat genannt, ist ein Fotoapparat, der als Aufnahmemedium anstatt eines Films einen elektronischen Bildwandler (Bildsensor) und ein digitales Speichermedium enthält.
Inhaltsverzeichnis |
Geschichte
Erfindungsphase
Die Geschichte der Digitalkamera nimmt mit der 1963 von David Paul Gregg an der Stanford University erfundenen Videodisk-Kamera ihren Anfang, und obwohl ihre Bilder nur ein paar Minuten (auf eben jener Videodisk) gespeichert werden konnten, so ist sie doch die erste Kamera, die optische Bilder digital speichern kann.
Das erste Patent auf alle flachen (Bild-)Schirme, die optische Bilder stabil (solid-state) aufnehmen und aufbewahren können, wird 1968 beantragt. U.S. patent # 3,540,011
Im Jahre 1969 wurde dann die Basis des CCD (charged coupled device) von Willard Boyle und George Smith erfunden. Das CCD, ursprünglich als Datenspeicher entwickelt, ist ein lichtempfindlicher Chip, mit dem Bilder gespeichert werden können. Diese Erfindung ist der endgültige technische Durchbruch auf dem Weg zur digitalen Fotografie.
1970 bauen Bell-Wissenschaftler die erste Solid-State-Video-Kamera, die das CCD als Bildaufzeichnungssensor benutzt. Man beachte, dass es sich hierbei noch um eine Videokamera handelt, da es schwieriger war, ein einzelnes Bild zu speichern als einen kleinen Film.
Ein weiteres wichtiges Patent wird 1972 an den Erfinder Willis A. Adcock von Texas Instruments ausgegeben. Es beschreibt eine filmlose, elektronische Kamera, wobei noch ein Fernsehbildschirm als Sucher empfohlen wird.
Kommerziell erhältlich wurde das CCD 1973, welches von Fairchild Imaging entwickelt und produziert wurde. Es hatte eine Auflösung von 100 × 100 Pixel (0,01 megapixel). 1974 fand Dr. Gil Amelio eine Möglichkeit, CCDs einfach und industriell zu fertigen.
1975 ist die Geburtsstunde der ersten „richtigen“ Digitalkamera. Konstruiert wurde sie von Steve J. Sasson von Kodak. Sie verwendete das CCD von Fairchild als Bildsensor, benötigte 23 Sekunden, um ein einziges Bild auf eine Digitalkassette zu speichern, und wog gut 4 kg.
Die Fairchild MV-101 war dann 1976 die erste kommerziell erhältliche CCD-Kamera, die ebenfalls den Bildsensor von Fairchild mit 0,01 Megapixel verwendete
Weitere Entwicklung
Digitalkameras wurden ab Mitte der 1980er Jahre zunächst vorwiegend von professionellen Fotografen im Bereich der Studio-, Mode- und Werbefotografie sowie ab Mitte der 1990er Jahre auch in der Reportagefotografie eingesetzt. Frühe serienreife Modelle wurden von Apple (Apple QuickTake), Sony (Mavica) und Canon (Ion) angeboten; Konica Minolta (Dimage), Nikon (Coolpix) und Olympus (Camedia) u. a. folgten mit eigenen Modellreihen. 2002 wurde von Kyocera erstmals eine digitale Spiegelreflexkamera (DSLR = Digital Single Lens Reflex) mit einem Sensor in voller Kleinbildgröße (Contax N Digital) vorgestellt.
Im Heimanwenderbereich setzen sich Digitalkameras ab Ende der 1990er Jahre durch und erzielen aufgrund rapide fallender Preise mittlerweile höhere Umsätze als analoge Fotogeräte, manche Hersteller haben inzwischen sogar die Herstellung analoger Modelle fast ganz eingestellt. [1].
Damit verbunden ist eine stürmische Belebung des gesamten Fotohandels, der vor Einführung der Digitalkameras als gesättigt und technologisch ausgereizt galt. Trotz anfänglicher Befürchtungen hat die Einführung des digitalen Fotografierens zu keinem Rückgang des Auftragsvolumens in den Fotolaboren geführt. Es werden vielmehr sogar Steigerungen festgestellt. Auch heute wollen die Fotografen ihre Bilder noch auf Papierabzügen sehen.
Digitalkameras werden seit Anfang des 21. Jahrhundert zunehmend in andere Geräte integriert:
- Fast alle modernen Mobiltelefone enthalten eine eingebaute Digitalkamera. Mittlerweile werden hier auch Modelle mit bis zu fünf Megapixel gebaut.
- Für Personal Digital Assistants sind externe Kamera-Module verfügbar, oder eine einfache Digitalkamera ist in den PDA integriert.
- Video-Camcorder besitzen Fotofunktionen, die ähnlich wie Digitalkameras arbeiten.
Andererseits verfügen viele digitale Fotoapparate über die Möglichkeit, Filme in VHS-Qualität mit Ton aufzunehmen oder die digitalen Signale ohne Zwischenspeicherung direkt an die Schnittstelle zu übertragen. Damit können diese Digitalkameras auch als Webcam genutzt werden.
Funktionsweise
Das fotografische Bild entsteht in einer Digitalkamera in folgenden Schritten. Die mit * gekennzeichneten Punkte entfallen bei einer Speicherung von Rohdaten:
- Scharfstellung des Bildes
- Abschätzen einer sinnvollen Belichtungszeit und Blende
- optische Projektion durch das Objektiv
- optische Filterung durch Tiefpass-, Infrarot- und RGB-Filter
- Wandlung der Lichtintensitäten in analoge elektrische Signale in diskreten Elementen (Diskretisierung)
- Digitalisierung der Signale durch Analog-Digital-Wandlung (Quantisierung)
- Bildverarbeitung der Bilddatei:
- Umrechnung von Signalen in Helligkeiten
- * Farb-Rekonstruktion
- * Rauschunterdrückung
- * Entfernen bekannter Fehler des Bildaufnahmesystems (defekte Pixel, Übersprechen, Nachschärfen, Randabschattung, Verzeichnung, chromatische Aberration)
- * Komprimierung der Bilddatei
- Speicherung der Bilddatei.
Bei einer Digitalkamera gelangt Licht durch eine Linse, welche das Bild auf den Sensor wirft, in das Kameragehäuse. Vor dem Sensor durchläuft das Licht in der Regel einen Infrarot-, einen Tiefpass- sowie einen Farbfilter. In Kombination werden meist auch Mikrolinsen eingebaut, die das Licht auf die sensitiven Bereiche des nachfolgenden Bildwandlers fokussieren. Hierbei handelt es sich um eine vollständig analoge Signalverarbeitung.
Der A/D-Wandler führt eine Bildwandlung durch, die aus den Schritten Diskretisierung und Quantisierung besteht.
Die Diskretisierung bezeichnet die Bilderzerlegung in diskrete, also nicht-kontinuierliche Einheiten, bei der Quantisierung wird die Signalstärke durch eine natürliche Zahl repräsentiert. Da bei Kameras, die nach dem RGB-System arbeiten, pro Pixel außer bei der Rohdatenspeicherung drei Farbwerte gespeichert werden müssen, findet nach der Transformation in den entsprechenden Farbraum in der Regel eine Farbinterpolation statt (→ Bayer-Sensor). Dabei werden die zwei nicht registrierten Farbwerte aus den Werten der umliegenden Zellen interpoliert, das heißt nach einer Regel „geschätzt“ (educated guess).
Nach der optionalen Korrektur von Abbildungsfehlern erfolgt die Kompression zur Reduktion des Datenvolumens, wenn das Bild wie im allgemeinen im JPEG-Datenformat gespeichert wird. Inwieweit auch Rohdaten (Raw-Format) komprimiert werden, hängt vom proprietären Format des jeweiligen Herstellers ab.
Bildwandlung
Wie bei einer Analogkamera wird das einfallende Licht mit einem Objektiv gesammelt und auf die Filmebene, in diesem Fall auf den Sensor, scharfgestellt (fokussiert). Der Sensor ist ein elektronisches Bauelement, das in der Regel eine deutlich kleinere Fläche hat als ein Bild auf analogem 35-mm-Film einer Kleinbildkamera; nur wenige höherwertige Digitalkameras verfügen über einen Sensor in Größe des APS-C-Negativs oder sogar über einen Vollformatsensor. Im professionellen Mittelformatbereich werden auch größere Sensoren eingesetzt.
Es werden grundsätzlich zwei Sensortypen unterschieden: Flächensensor und Zeilensensor.
Beim Flächensensor registriert der Bildwandler entweder gleichzeitig die drei Grundfarben (One-shot-Kameras) oder nacheinander (Three-Shot-Kameras). Es existieren im Wesentlichen zwei verschiedene marktgängige Flächensensor-Typen, der weit verbreitete CCD-Sensor (zum Beispiel in Kameras von Canon, Hewlett-Packard, Kodak, Nikon, Olympus, Panasonic, Pentax, Samsung oder Sony) mit der Variante des Super-CCD-Sensor (nur Fujifilm) sowie der CMOS-Sensor.
Eine Sonderstellung nimmt der Foveon-Sensor ein, der in Sigma-Kameras zum Einsatz kommt. Dabei handelt es sich um einen dreischichtigen Sensor, der rotes, grünes und blaues Licht mit jedem Bildpunkt aufzeichnet. Dem interessanten Prinzip zum Trotz hat auch die zweite mit Mikrolinsen ausgestattete Generation nicht zum durchschlagenden Erfolg geführt.
Zeilensensoren werden in Scannerkameras eingesetzt, die nach dem Scannerprinzip funktionieren, das heißt, sie arbeiten ähnlich wie ein Flachbettscanner und tasten das Bild zeilenweise ab.
Bildverarbeitung
In einem digitalen Fotoapparat führt die Elektronik und die Firmware eine Reihe bildverändernder Verarbeitungen vor, während und nach der Aufnahme durch; diese werden unter dem Begriff der Bildverarbeitung zusammengefasst. Diese ist zu unterscheiden von der Bildbearbeitung, die an der fertiggestellten Aufnahme durchgeführt wird.
Die Digitalkamera beeinflusst durch den Weißabgleich – wie auch die Videokamera – die Farbtreue bei Tageslicht oder Kunstlicht.
Die Homogenität, das heißt gleichmäßige Schärfe und Helligkeit über das gesamte Bild insbesondere am Bildrand, ist abhängig von den Abbildungseigenschaften und kann teilweise durch die kamerainterne Software ausgeglichen werden.
Die Qualität der kamerainternen Elektronik entscheidet auch über die Signaldynamik, das heißt, die von der Kamera unterscheidbaren Helligkeitsstufen sowie den Kontrastumfang des digitalen Bildes.
Die Kameraelektronik beeinflusst auch die Bildreinheit bzw. den Grad an Bildfehlern, die sich beispielsweise als Bildrauschen oder Kompressionsartefakte zeigen. Bei Kameras mit einer Auflösung von drei Megapixeln und mehr lassen sich CCD-Fehler kaum vermeiden: Einzelne Zellen arbeiten möglicherweise überhaupt nicht, andere arbeiten dagegen mit unterschiedlicher Empfindlichkeit usw.. Solche „Aussetzer“ können ebenso wie das besonders bei Nachtaufnahmen auftretende Bildrauschen von der Kamera-Elektronik zumindest vermindert werden. Dennoch bleibt für jede einzelne Kamera ein individuelles Muster, das bei mindestens zwei vorliegenden Bildern als digitaler „Fingerabdruck“ extrahiert werden kann.
Zur Verbesserung der subjektiven Bildwirkung führt die Firmware darüber hinaus noch diverse Optimierungen durch. Dazu zählen beispielsweise:
- Scharfzeichnung: Erkennen und Verstärken von Übergängen im Bild;
- Kontrastanhebung: Anhebung des Kontrasts im Bild;
- Farbsättigung: Erhöhen der Farbsättigung;
Bevor ein Foto ausgelöst wird, wird gegebenenfalls der Autofokus in Gang gesetzt, der die Scharfeinstellung übernimmt. Auch wenn mehrere Fotos vom gleichen Objekt gemacht werden, muss jeweils eine Scharfeinstellung erfolgen. Bei einigen Kameras kann der Autofokus abgestellt werden. Einen Schärfe-Einstellring sucht man bei den meisten Digitalkameras allerdings vergeblich. Lediglich über eine Menüstruktur kann eine manuelle Scharfeinstellung in Stufen erreicht werden, was die Einsatzmöglichkeiten der meisten Digitalkameras begrenzt. Auch wenn der Autofokus abgeschaltet wird, findet vor dem Auslösen in der Kameraelektronik noch ein Weißabgleich statt. Und weil das nicht reicht, findet auch noch ein Schwarzabgleich statt (um das elektronische Rauschen des Sensors und Fehlerpixel auszufiltern).
Optisches System
Durch die gegenüber einer Kleinbildkamera kleinere Bildfläche des Sensors ergeben sich für gleiche genutzte Bildwinkel scheinbar andere Brennweiten für die Objektive; häufig wird dies fälschlicherweise als Brennweitenverlängerung bezeichnet, fälschlich deshalb, da die Brennweite des Objektives natürlich nicht geändert ist. Um die Objektive weiterhin auf einfache Weise mit dem herkömmlichen Kleinbildformat vergleichen zu können, geben viele Hersteller von kompakten Digitalkameras zusätzlich zur realen Brennweite ihre Objektive auch mit der Brennweite an, welche im Kleinbildformat den gleichen Bildwinkel erreichen würde.
Bei digitalen Spiegelreflexkameras mit Wechselobjektiven wird zumeist ein Umrechnungsfaktor angegeben – der Formatfaktor –, mit dem die Brennweite eines Objektivs multipliziert werden muss, um die Brennweite zu errechnen, die auf Kleinbild den gleichen Bildwinkel aufnimmt. Auf Spiegelreflexkamera mit Vollformatsensor trifft das nicht zu. Dies hat Nachteile im Weitwinkelbereich, da sich dort kleinere Bildwinkel in Richtung Normalobjektiv ergeben, Vorteile dagegen im Telebereich, da dort die kleineren Bildwinkel ein stärkeres Tele bedeuten.
Zusätzlich zu einem bei digitalen Kompaktkameras meist eingebauten optischen Zoom besitzen viele Modelle noch einen digitalen Zoom. Dabei handelt es sich um eine Interpolation, die das Bild zwar größer erscheinen lässt, tatsächlich findet jedoch nur eine Ausschnittsvergrößerung mit verringerter Auflösung statt. Digitalzooms sind ein reines Marketing-Konstrukt und haben keinen fotografischen Wert. Der funktional identische Effekt lässt sich mit jeder Bildbearbeitungssoftware nachträglich und mit jedem beliebigen Vergrößerungs- bzw. „Zoomfaktor“ realisieren.
Suchersysteme
Entsprechend ihrer konventionellen Pendants verfügen digitale Kameras je nach Konstruktionsprinzip über verschiedene optische Suchersysteme, die eine Gestaltung des Bildes vor der Aufnahme ermöglichen.
Diese sind im Consumersegment in der Regel separate optische Systeme. Dieser Aufbau ermöglicht dem Aufnahmesensor permanent aktiv zu sein und eine Vorschau („live preview“) auf das Bild, u. U. zusammen mit Statusinformationen, auf dem Monitor des Gerätes darzustellen. Im Marktsegment für die professionelle Nutzung werden in der Regel Geräte in Spiegelreflexbauweise gefertigt, bei denen konstruktionsbedingt zur gleichen Zeit nur entweder der Sucher oder der Aufnahmesensor in Betrieb sein kann. Für den anspruchsvollen Amateur werden Kameras angeboten, die die Vorteile beider Systeme verbinden sollen. Dies wird durch halbdurchlässige Spiegel oder digitale Sucher, die auf einem separaten Display basieren, gelöst. Professionelle digitale Messsucherkameras sind auf dem Markt unterrepräsentiert, es sind zur Zeit (Stand Februar 2007) nur drei Modelle von Epson (R-D1 und R-D1s), sowie Leica (M8) erhältlich.
Kameras mit integriertem Monitor haben den Vorteil gemein, dass sie nach der Aufnahme erlauben, die aufgenommenen Bilder noch vor Ort zu betrachten und missglückte Aufnahmen zu entfernen.
Leistungsklassen und Auflösung
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Die Auflösung von 35 mm-Kleinbildfilm entspricht bei guten Bedingungen einer Bildauflösung von bis zu 20 Millionen Bildpunkten, bei den üblichen Empfindlichkeitsstufen von ISO 100 aber meist nur zwischen sechs und zehn Millionen Bildpunkten.
Digitalkameras mit Bildauflösungen unter zwei Megapixel gelten heute als Spaß- beziehungsweise Spielzeugkameras oder werden für spezielle Anwendungen (zum Beispiel schnelle Serienbildfolgen, Schnappschüsse) eingesetzt. Sie sind häufig mit Festbrennweitenobjektiven ausgestattet. Darunter fallen auch Mikrokameras mit VGA-Bildauflösung (0,3 Megapixel), die als Schlüsselanhänger benutzt werden können, sowie einige preiswerte und ältere Kameras in Mobiltelefonen. Heutige Mobiltelefone (Mitte 2006) verfügen über interne Kameras mit bis zu zwei Megapixel, es gibt aber auch schon welche mit über fünf Megapixel.
Digitalkameras mit einer Bildauflösung von vier bis fünf Megapixel gelten heute (2006) als Einsteigerklasse. Sie sind ausgereift, preiswert und leicht zu bedienen. Sie genügen für übliche Papierabzüge mit einer Größe von bis zu 50 cm × 75 cm. Die Dateigrößen der Bilder im JPEG-Format liegen hierbei meist zwischen ein und zwei Megabyte. TIFF-Bilder können weit größer sein, werden aber kaum noch unterstützt.
Bildauflösungen von sechs bis acht Megapixeln gelten als Mittelklasse, High-End-Geräte verfügen derzeit (Stand: 03/2004) über Bildauflösung von 16 bis 39 Megapixel; bei diesen Bildauflösungen ist es - eine einwandfreie optische Abbildung vorausgesetzt - problemlos möglich, auch kleine Ausschnitte zu vergrößern. Zu beachten ist jedoch auch hier, dass sich die Bildformate der Kamera teilweise von den klassischen Bildformaten der Fotolabore für Papierabzüge unterscheiden, so dass ein häufig ein Beschneiden der Bilder erforderlich ist.
Die Profiklasse bietet Spiegelreflexkameras mit Wechselobjektiven, erweiterten Einstellungsmöglichkeiten sowie mit Bildsensoren mit Bildauflösungen ab etwa sechs Megapixel. Durch die Preise von unter 700 Euro (Stand: 01/2006) für eine Kombination aus Kameragehäuse und preiswertem Objektiv, werden diese Geräte inzwischen auch von zahlreichen ambitionierten Amateuren genutzt. Die Anzahl der Bildpunkte ist in der Profiklasse von untergeordnetem Rang; entscheidend sind vielmehr die Qualität des Objektivs und der Bildwandlung sowie Einstellungsmöglichkeiten und Aufnahmegeschwindigkeit. Analoge Mittelformat- und Fachkameras lassen sich in der Regel durch digitale Aufnahmeeinheiten umrüsten, mit denen Bildauflösungen bis 39 Megapixel erreicht werden können.
Zum Vergleich: Bei der optimalen, analogen Kleinbild-Fotografie kann eine Auflösung erzielt werden, die 30 Millionen Bildpunkten entspricht. Dieser Wert kann jedoch nur mit speziellen Filmen erzielt werden. Diese Auflösung wird zum Beispiel vom Negativfilm Kodak Ektar 25 professional erreicht (Auflösung 200 Linien pro Millimeter bei einem Kontrast von 1000:1 und einer Filmempfindlichkeit von ISO 25). Filme mit diesen niedrigen Empfindlichkeiten werden aber schon seit dem Jahr 2000 nicht mehr hergestellt.
Neben der Sensorauflösung entscheiden aber auch das optische System und die Elektronik über das Gesamtergebnis. Diese drei „Säulen“ zusammen ergeben die eigentlich relevante, effektive Auflösung, die nur anhand von Testbildern, zum Beispiel mit dem Auflösungschart nach ISO 12233, festgestellt werden kann. Die effektive Auflösung wird von der jeweils schwächsten „Säule“ begrenzt.
Die Grenze der Auflösung wird sowohl bei der analogen als auch digitalen Fotografie durch die Objektive bestimmt. Die besten zur Zeit (2003) auf dem Markt verfügbaren Objektive wie zum Beispiel das Leica Summilux-R 1:1,4/80 mm (2003: 3000 Euro) haben ein Auflösungsvermögen, das 20 Millionen Bildpunkten entspricht. Ein sehr gutes Zoom-Objektiv wie das Canon 28–70mm f/2.8 (2003: 1000 Euro) hat eine Auflösung von circa 60 Linienpaaren pro Millimeter, was etwa 13 Megapixel entspricht. Bei billigen Kameras wird in der Regel bei der optischen Qualität gespart.
Für verschiedene Zielgruppen und -einsätze reichen bestimmte Bildauflösungen aus:
- ½–1 Megapixel: Webseiten
- 2–3 Megapixel: Schnappschüsse, Urlaubsfotos, Kompaktkameraersatz
- 3–4 Megapixel: hochwertige Abzüge
- > 5 Megapixel: professioneller Einsatz durch Designer und Grafiker
Die Anzahl der Bildpunkte sagt nichts über die erzielbare maximale Bildgröße bei der Reproduktion aus, da der Betrachtungsabstand hierbei in Betracht gezogen werden muss. Ein Poster oder die Projektion auf eine Leinwand, die im allgemeinen aus mehreren Metern Abstand betrachtet werden, bieten häufig nicht einmal eine Million Bildpunkte. Wenn der Kontrastumfang und die Farbwiedergabe hierbei gut sind, wird die Bildqualität in der Regel nicht als schlecht empfunden.
Aktueller Stand
Januar 2006: Viele neue Digitalkameras (auch in der preiswerten Einsteigerklasse) haben eine Bildauflösungen von über fünf Megapixel. Die meisten aktuellen höherwertigen Geräte liegen zwischen acht und zehn Megapixel.
Die Rauschverhalten einer Kompaktkamera ist mit dem einer Spiegelreflexkamera nicht zu vergleichen, da diese Geräte größere Bildsensoren verwenden.
Bildauflösung
Beim Vertrieb werden neue Kamera-Generationen mit immer größeren Bildauflösungen beworben, obwohl diese nichts zur Bildqualität der Geräte beitragen und teilweise diese durch vermehrtes Bildrauschen sogar verschlechtern. Ferner werden die Bilddateien durch diesen Trend unnötig groß, das Dunkelstromverhalten wird negativ beeinflusst und die Datenübertragung sowie das Kopieren der Bilder wird verlangsamt. Die Vermehrung der Bildpunkte hat darüberhinaus keinen direkten Bezug zur tatsächlichen Auflösung der Bilder, da diese mittlerweile eher durch die Objektive, die Kameraelektronik und die Firmware begrenzt ist.
In den folgenden identischen Ausschnitten einer digitalen Fotografie mit identischer Bildauflösung und mit demselben Kontrast bei der Grenzauflösung wird verdeutlicht, dass der Kontrast bei der Grenzauflösung beim Empfinden der Bildqualität eine eher untergeordnete Rolle spielt. In allen drei Bildern können dieselben feinen Details erkannt werden. Der Kontrastumfang bei niedrigen und mittleren Ortsfrequenzen wird deutlich wichtiger empfunden. Auch das Bildrauschen wird allerdings durch eine Verstärkung des Kontrastes hervorgehoben, was in den Bildern als störend empfunden werden kann. Die Anbieter von digitalen Fotoapparaten versuchen, dies durch geeignete Rauschunterdrückungsverfahren abzumildern.
Bild:Rathausuhr.original.jpg Originalausschitt der digitalen Aufnahme einer Rathausuhr | Bild:Rathausuhr.weniger.Kontrast.jpg Weniger Kontrast bei tiefen und mittleren Ortsfrequenzen | Bild:Rathausuhr.mehr.Kontrast.jpg Mehr Kontrast bei mittleren Ortsfrequenzen |
Grenzen der visuellen Wahrnehmung
Das gesunde menschliche Auge hat bei guten Lichtverhältnissen ein Auflösungsvermögen von etwa einer Bogenminute, bei dem Helligkeitsunterschiede noch erfasst werden können. Beim einem normalen Sehwinkel von circa 50° für die Bilddiagonale ergibt sich eine Anzahl von etwa vier Millionen Bildpunkten, die maximal unterschieden werden können. Ist das Bild größer, kann es nicht mehr vollständig erfasst werden und nur ein Ausschnitt wird betrachtet. Ist das Bild kleiner, reichen sogar noch weniger Bildpunkte aus, ohne dass es zu Einschränkungen bei der wahrgenommenen Auflösung kommt.
Hierbei ist zu beachten, dass er sich bei den meisten Bildsensoren, die in Kameras eingesetzt werden, um Bayer-Sensoren handelt, die in jedem Bildpunkt nur eine einzige Primärfarbe registrieren. Die fehlenden Farben werden in diesen Fällen durch Interpolation der benachbarten Bildpunkte ermittelt, und tragen daher nicht zu einer entsprechenden Auflösung bei. Dies ist nicht unbedingt nachteilig, da bei der Auflösung der Bilder in der Regel nur Helligkeitsunterschiede und nicht jedoch Farbunterschiede wahrgenommen werden (siehe auch Kontrastübertragungsfunktion). Digitale Spiegelreflexkameras haben in der Regel eine Farbauflösung von lediglich 200 bis 400 Linienpaaren pro Bildhöhe, was einer Anzahl von weniger als einer Million Bildpunkten entspricht. Dies erklärt, warum eine hervorragende Wiedergabe von Fotografien - etwa auf Projektionswänden oder mit Großbildschirmen - auch mit nur einer Million Bildpunkten zum Beispiel bei einer Bildauflösung entsprechend WXGA oder beim HDTV möglich ist.
Geschwindigkeit
Die Arbeitsgeschwindigkeit einer Digitalkamera wird vor allem durch vier charakteristische Merkmale bestimmt:
- Aufnahmebereitschaft, also die Zeitspanne, die der digitale Fotoapparat nach dem Einschalten benötigt, um eine Fotografie anfertigen zu können;
- Fokussiergeschwindigkeit, also die Zeitspanne, die der Autofokus zur Scharfstellung benötigt.
- Auslöseverzögerung, also die Zeitspanne die zwischen Drücken des Auslösers und tatsächlicher Bildaufzeichnung verstreicht;
- Bildfolgezeit, also die Zeitspanne nach einer Aufnahme, nach der die Kamera ein Folgebild anfertigen kann. In direktem Zusammenhang hiermit steht die maximale Bildfrequenz der Digitalkamera.
Trotz einer rasanten technischen Entwicklung sind viele digitalen Kompaktkameras signifikant langsamer als ihre Äquivalente im Kleinbildbereich. Vor allem die Bildfolgezeiten brechen oft nach wenigen Aufnahmen massiv ein, während bei motorisierten Kleinbildkameras über den gesamten Film hinweg die gleiche Geschwindigkeit erreicht werden kann.
Die Auslöseverzögerung und Bildfolgezeit sind bei hochwertigen digitalen Kameras hingegen vergleichbar zu ihren analogen Pendants.
Energieversorgung
Jede Digitalkamera benötigt eine kontinuierliche Energieversorgung, die in der Regel über ein Netzteil oder einen Akku gewährleistet wird; daneben gibt es auch einige Spezialkonstruktionen, die beispielsweise auf Solarenergie basieren.
Digitalkameras brauchen bei weitem mehr Energie als analoge Fotoapparate. Dies ist ein großer Nachteil der Geräte und beim Umstieg auf die digitale Fotografie zu beachten. Insbesondere der ständige Gebrauch eines eingebauten Mini-Monitors und die Blitzverwendung sind große Stromfresser.
Die Kapazität des Akkus bestimmt – in Verbindung mit der Leistungsaufnahme der Kameraelektronik und deren Stromsparfunktionen – über die maximale Betriebsdauer der Kamera, bis ein Akkuwechsel nötig wird.
Proprietäre Akkutypen sind deutlich teurer als Standard-Akkus (Mignon AA oder AAA etc.), aber häufig auch leistungsfähiger. Ein durchschnittlicher Akku von 2000mAh versorgt eine Digitalkamera für Energie zum Aufnehmen von rund 200 Bildern. Es sollten keine Nickel-Cadmium-Akkus (NiCD), sondern nur hochwertige NiMH-Akkus mit mindestens 1800mAh verwendet werden. Noch länger haltende Lithium-Ionen-Akkus sind nur für wenige Digitalkameratypen auf dem Markt.
Dateiformat
Damit ein Bild mit einer Auflösung von zwei Megapixeln und drei Farben pro Pixel nicht sechs Megabyte (unkomprimierte Dateigröße) auf die Speicherkarte schreiben muss, wird es komprimiert.
Als verlustbehafteter Modus steht nach EXIF-Standard das JPEG-Format zur Verfügung, als verlustfreier Modus wurde häufiger auch TIFF angeboten. Bei höherwertigen Kameras können die digitalen Bilder verlustfrei in einem proprietären Rohdatenformat (RAW - englisch für roh) gespeichert werden.
Da für das Format der Rohdaten kein etablierter Standard existiert (siehe auch Digital Negative), sind die Bilddaten unterschiedlicher Kamerahersteller und sogar unterschiedlicher Baureihen eines Herstellers untereinander meist nicht kompatibel und müssen vor der Betrachtung oder Bearbeitung mittels einer meist vom Kamerahersteller bereitgestellten Anwendung oder eines sogenannten Plugins für Bildbearbeitungsprogramme in ein Standard-Bildformat (meist TIFF oder JPG) konvertiert werden.
RAW-Daten werden auch als digitales Negativ bezeichnet. Ähnlich zur analogen Fotografie kann man davon ausgehend viele Parameter vor Erstellung der eigentlichen Bilddaten beeinflussen: Gammakorrektur, Weißabgleich, Helligkeit, Kontrast, Schärfe. RAW-Daten weisen aufgrund ihrer verlustlosen Speicherung keine Kompressionsartefakte auf. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist der potentiell größere Farbumfang. Während JPEG-Bilder mit 8 Bit (= 256 Stufen) je Farbe gespeichert werden, liegen RAW-Daten in 12 Bit (= 4096 Stufen) oder sogar 14 Bit (= 16384 Stufen) vor. Die Bilder können somit unter Umständen in feinerer Farbabstufung vorliegen.
Zahlreiche Kameras bieten auch die Möglichkeit, kurze Videosequenzen aufzunehmen, die meist im Motion JPEG- oder Apple QuickTime-Format gespeichert werden, jedoch aufgrund der zu erreichenden Bildwiederholrate meist in niedrigerer Auflösung als die von der Kamera aufgenommen Bilder. Die Auflösung liegt deutlich unter den Werten aller gängigen Videokameras. Für Spiegelreflexkameras entfällt diese Möglichkeit systembedingt.
Digitalkameras betten in die Bilddaten auch so genannte Metainformationen ein, die im EXIF-Standard spezifiziert sind. Diese EXIF-Metadaten finden sich im so genannten Header der Bilddatei. Viele Bildbearbeitungsprogramme sowie spezielle Werkzeuge können diese Daten auslesen und anzeigen. Diese finden auch bei der Ausbelichtung des digitalen Bildes auf Fotopapier im Fotolabor Anwendung.
Zu den via EXIF automatisch für jede Aufnahme gespeicherten Parametern gehören beispielsweise:
- Datum und Uhrzeit
- Belichtungszeit
- Blendeneinstellung
- Belichtungsprogramm
- Sensor-Empfindlichkeit (nach ISO)
- Brennweite
- Blitzverwendung
Speichermedien
Gespeichert werden die Bilder in der Kamera auf verschiedenen Speichermedien. Heute gebräuchlich sind vor allem Speicherkarten der Typen CompactFlash, Memory Stick, Microdrive, SmartMedia, SD Memory Card (bzw. der Vorgänger Multimedia Card) sowie xD-Picture Card; ältere Digitalkameras verwendeten daneben auch Floppy Disks, PCMCIA-/PC Cards oder Compact Discs.
Zeitweilig sind auch Digitalkameras mit SDRAM als Speicher aufgetreten. Diese Art der Datensicherung erweist sich allerdings als unpraktisch, da der SDRAM permanent mit Energie versorgt werden muss. Das führt dazu, dass die Lebensdauer von eingesetzten Batterien erheblich eingeschränkt wird. Wird die Energieversorgung unterbrochen, sind die gespeicherten Daten verloren und nicht wiederherstellbar. Um diesem Datenverlust vorzubeugen, verfügen einige Modelle über einen Kondensator, der im Falle eines Batteriewechsels den RAM weiter mit Energie versorgen soll, erfolgt dies allerdings nicht bevor der Kondensator vollständig entladen ist, sind alle gespeicherten Daten ebenfalls verloren. Kameras dieser Bauweise zeichen sich vor allem durch günstige Produktionskosten aus.
Geräteschnittstellen
Als Hardwareschnittstelle hat sich im Anwenderbereich der Universal Serial Bus weitestgehend durchgesetzt. Die Kamera stellt die Daten dem PC üblicherweise entweder als „Mass storage device“ (ähnlich einem USB-Speicher-Stick) oder im PTP Modus zur Verfügung. Über den PTP Modus ist bei einigen Kameras auch die rechnergesteuerte Auslösung möglich, in den seltensten Fällen jedoch mit voller Kontrolle über Belichtungszeit, Blende, Zoom, Fokus und ISO-Zahl.
Seit 2006 bieten Kameras zunehmend die Möglichkeit der drahtlosen Datenübertragung wie WiFi oder Bluetooth.
Weitere Ausstattungsmerkmale
Weitere relevante Ausstattungsmerkmale sind:
- Bedienung
- Abmessungen
- Gewicht
- Lichtstärke des Objektivs
- Qualität der Objektivs (Abbildungsfehler)
- Optischer Zoom
- Digitaler Zoom
- Weißabgleich
- Sonnenlichtabdeckung des Displays
- Digitaler Sucher
- Dioptrienkorrektur für optischen Sucher
- Systemgeschwindigkeit (Serienbildfunktion, Auslöseverzögerung etc.)
- Akkuart und -kapazität
- Schnittstellen
- Speichermedium
- Dokumentation
- Service und Garantie
- Zusatzfunktionen wie Panorama-Bildfunktion, Sprachaufzeichnung, Videoaufnahme, Selbstauslöser, Fernbedienung, Belichtungskorrektur, einstellbare Empfindlichkeit, Akku-Restanzeige
- Integration in ein bestehendes Kamerasystem, digital oder analog
- mögliches Zubehör (Blitz, Objektive, Filter, Fernauslöser)
Siehe auch
- Bildgebendes Verfahren
- Fernsehtechnik und Videotechnik
- Bildauflösung
- Auflösung (Fotografie)
- Fotohandy
- Bildsensor
- PictBridge
Quellen
Weblinks
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 | Wiktionary: Digitalkamera – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme und Übersetzungen |
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