Digitale Bildsensoren

Im Gegensatz zur Bildentstehung durch chemische Prozesse wird auf einen Sensor elektrisch „belichtet“. Derzeit gibt es drei verschiedene Typen. Eine Änderung scheint da auch in nächster Zeit nicht in Sicht zu sein. Es gibt den CCD (Charge Coupled Device), den APS (Active Pixel Sensor) der nach seiner Fertigungstechnik auch oft als CMOS-Sensor (Complementary Metal Oxid Semiconductor) bezeichnet, diese Bezeichnung werde ich ebenfalls verwenden wird und den X3-CMOS-Sensor von Foveon.

Der Siegeszug der Digitalkameras wird derzeit immer noch durch den recht hohen Preis (für ordentliche Qualität) gebremst, ist aber sicherlich nicht mehr aufzuhalten. In diesem Handbuch schreibe ich über „Kameras“ und nicht über irgendwelche Mobilfotofone, Mini-Kompakt...Knipsen. Diese Arroganz leiste ich mir hierJ, auch wenn sehr viele immer noch begeistert davon sind, was diese kleinen Geräte für tolle Fotos Bekanntlich ist alles Geschmackssache und über den kann man nicht streiten, sollte man auch nicht, bringt auch nichts!  machen.

Der Preis des Aufnahmesensor macht meist rund 40% der Produktionskosten des Kameragehäuses aus.

Der CCD-Sensor

wurde bereits 1969 von Georg Smith und Willard Boyle die dafür 2009 den Nobelpreis für Physik erhielten entwickelt und sollte ursprünglich eigentlich der Datenspeicherung dienen. Als man feststellte, dass das entstandene Bauteil lichtempfindlich war, wurde er speziell für Foto- und Videoanwendungen weiterentwickelt und ist in Sachen Bildqualität zurzeit unerreicht. Leider ist er durch die, für seine Produktion notwendigen, speziellen, hochwertigen Fertigungsanlagen und den hohen Anteil an Ausschuss in der Produktion sehr teuer.

Ein CCD arbeitet mit analogen Signalen, die in der Kamera zentral durch einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) digitalisiert werden. Der Vorteil der CCD- Sensoren ist die sehr geringe Neigung zu Bildrauschen und die daraus resultierende hohe Bildqualität.

Beim CMOS-Sensor befindet sich in jedem Pixel ein RAM-Speicher und ein A/D-Wandler. Dadurch kann ein Teil der Signalumwandlung direkt im Pixel erfolgen, was eine deutlich höhere Auslesegeschwindigkeit und einen geringeren Stromverbrauch bewirkt. Allerdings verringern diese nicht lichtempfindlichen Bauteile, die lichtempfindliche Sensorfläche um etwa 50%, was zu einer erhöhten Rauschneigung des CMOS-Sensors gegenüber dem CCD-Sensor führt.

Im Gegensatz zum CCD- Sensor, dessen Pixel nur zeilen- und spaltenweise ausgelesen werden können, kann bei einem CMOS-Sensor jedes Pixel einzeln ausgelesen werden.

Allerdings sind CMOS-Sensoren durch die langen Signalleitungen zur Ansteuerung der einzelnen Pixel und die schon beschriebene verringerte „Aufnahmefläche“ anfällig gegen Rauschen, welches mit steigender Pixelzahl noch zunimmt!

Von der Bildqualität insgesamt sind die beiden angesprochenen Sensoren mittlerweile etwa gleich gut, jedoch hat jeder spezifische Stärken und Schwächen.

Vorteile/ Nachteile CCD

Vorteile/ Nachteile CMOS

Während der CMOS früher eher in Kameras der Billig-Klasse eingesetzt wurde, verdrängt er den CCD mittlerweile bei den DSLR-Kameras, da hier seine Vorteile gegenüber dem CCD offenbar überwiegen. In den Kompakt- und Bridge-Kameras dominiert derzeit der CCD-Sensor den Markt.

Auf den X3-CMOS möchte ich gleich eingehen, nachdem wir die Farbdarstellung der CCD- und CMOS-Sensoren betrachtet haben.