Inside Story

Eine Digitalkamera, die Ihre Ausdrucksmöglichkeiten erweitert
Welche Technologien wurden angewandt, um den Dynamikumfang zu erhöhen?

Was bedeutet Dynamikumfang?

Der Ausdruck „Dynamik“ ist sicherlich Vielen von seinem Gebrauch in der Musik und in der Akustik bekannt, wo er zum Beispiel den Bereich vom leisesten bis zum lautesten Schallpegel bezeichnet, den eine HiFi-Anlage wiedergeben kann. Auf ähnliche Weise wird bei Digitalkameras der Bereich zwischen dem kleinsten und dem größten Helligkeitswert als „Dynamikbereich“ oder „Dynamikumfang“ bezeichnet. Die folgende Illustration zeigt die Helligkeitswerte, die das menschliche Auge differenziert wahrnehmen kann im Vergleich zu einer Digitalkamera mit „schmalem“ bzw. „weitem“ Dynamikbereich.

Dynamikumfang

Es wurde bisher immer gesagt, „Digitalkameras hätten einen kleineren Dynamikbereich als der fotografische Film“ und außerdem sei „der Dynamikbereich besonders bei digitalen Kompaktkameras begrenzt, weil sie nicht so große Bildsensoren wie in SLR-Digitalkameras benutzen können“. Die erste Kamera, die diese Beschränkungen durchbrach, ist die „CX1“, eine „Kompaktkamera mit weitem Dynamikbereich“.

Was begrenzt den Dynamikbereich einer Kamera?

Manabu Yamada

„Wir erweiterten den
Helligkeitsbereich durch Kalkulieren
der tatsächlichen Helligkeitswerte für
gesättigte Sensorpixel.“ (Manabu
Yamada)

Eine Digitalkamera wandelt das vom Objektiv projizierte Licht in elektrische Ladung um, und zwar separat für die drei Grundfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Die elektrischen Signale werden wiederum in digitale Bilddaten konvertiert. Durch die additive Mischung der drei Grundfarben (R, G und B) lassen sich alle anderen Farben erzeugen. Ist beispielsweise der Anteil von R hoch, resultiert ein rötlicher Farbton. Die gleichmäßige Mischung von R, G und B ergibt Weiß. „Jedoch werden die Komponenten des weißen Lichts (R, G und B) nicht in gleichartige elektrische Signale umgewandelt“, erklärt Manabu Yamada, Mitglied der Entwicklungsgruppe für Software.

Die drei Primärfarben des Lichts: R, G und B

„Der Sensor registriert die RGB-Anteile unterschiedlich stark, aber der ‘Weißabgleich’ sorgt mit einer Korrektur dafür, dass die RGB-Werte für weiße oder neutralgraue Flächen gleich hoch sind. Dank der Weißabgleich-Automatik erscheint ein weißer Gegenstand auch auf dem Foto in Weiß, unabhängig davon, ob die Aufnahme unter freiem Himmel oder in Innenräumen entsteht, egal ob Leuchtstofflampen oder Glühlampen das Objekt beleuchten. Weißes Licht erzeugt auf dem Sensor aber unterschiedliche Ladungen in den RGB-Pixeln, wobei die lichtempfindlicheren grün-gefilterten Pixel eine höhere Ladung aufweisen als die B- und R-Pixel. Bei hoher Lichtintensität passiert es schnell, dass die Ladung der grünen Pixel gesättigt ist. Alle Helligkeitswerte über einem bestimmten Niveau erscheinen dann als reines Weiß“, erläutert Yamada.

Die Erweiterung des Dynamikbereichs durch einen Interpolationsalgorithmus bei der Pixelausgabe

„Zur Überwindung dieses Problems benutzen wir ein Verfahren, das wir ‘Interpolationsalgorithmus bei der Pixelausgabe‘ nennen“, berichtet Yamada. „Selbst wenn ein Sensorpixel gesättigt ist, können wir dessen Helligkeitswert aus den Ladungswerten benachbarter Pixel herleiten. Dadurch kann die CX1 Helligkeitsabstufungen in Bereichen wiedergeben, die bisher als reines Weiß erschienen.“ Der neue Bildprozessor „Smooth Imaging Engine IV” wurde dazu mit einem anwendungsspezifischen Schaltkreis versehen. Das Resultat ist der um 1 EV größere Dynamikbereich der CX1 gegenüber früheren Modellen.

  • *EV: Mit dem Belichtungswert (EV, Lichtwert) wird die von der Kamera genutzte Lichtmenge angegeben. Höhere EV-Werte stehen für größere Helligkeit. Bei der Erhöhung der Belichtung um 1 EV (eine Belichtungsstufe) trifft die doppelte Lichtmenge auf den Kamerasensor.

„Schwierig war die Festlegung der Parameter, wie stark die Werte für die grünen Pixel in verschiedenen Situationen verändert werden müssen. Wir machten viele Versuchsaufnahmen mit verschiedenen Einstellungen, bis wir Bilder bekamen, die mit ‘Hervorragend!’ bewertet wurden“, erinnert sich Yamada.

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