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Kapitel 1.4 - Der Vollformatsensor und seine Vorteile

Kapitel 1.4 - Der Vollformatsensor und seine Vorteile

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Entscheiden Sie selbst:


Filter vor dem Sensor - Eingebauter Staubwedel - Die Vorzüge des Vollformats - Weniger Bildrauschen - Besser angepasste Objektivwahl - Inhaltsverzeichnis



1.4 Der Vollformatsensor und seine Vorteile

 

Canon hat den EOS-6D-Bildsensor komplett neu entworfen, ohne jedoch bislang Details dazu bekanntzugeben. Es ist davon auszugehen, dass er wie an der EOS 5D Mark III durch optimierte und lückenlos anschließende Mikrolinsen eine maximale Lichtausbeute erlaubt. Der EOS-6D-Bildsensor bietet nominell eine Auflösung von 5.472 x 3.648 Bildpixeln. Multipliziert man den Wert, ergeben sich 19.961.856 und somit rund 20 Millionen Bildpunkte. Hinzu kommen noch eingeschwärzte Bildpixel, die nicht direkt für die Bildaufnahme, sondern lediglich für Rausch-Referenzzwecke zuständig sind. Mit ihnen kann das Bildrauschen nochmals optimiert werden. Canon gibt daher eine nominelle Auflösung inklusive der Referenzpixel von 20,2 Millionen an.

Auf dem Bildsensor sind den einzelnen Pixeln (Fotodioden) noch Mikrolinsen vorgeschaltet. Es ist anzunehmen, dass die Lücken wie schon bei der EOS 5D Mark III – auch an der EOS 6D effektiv geschlossen wurden, während die Linsen an der EOS 5D Mark II (linke Grafik) noch etwas weiter auseinanderliegen.

 

 Die Pixelgröße ist ein wichtiges Maß für die Rauschfreiheit und auch das Auflösungsvermögen. Dabei gilt als Faustregel, dass größere Bildpixel effektiver Licht sammeln und daher weniger Bildrauschen erzeugen. Die 20 Megapixel Ihrer EOS 6D haben dabei vergleichsweise viel Platz auf der Sensorfläche von 36 x 24 mm. Die Größe eines Bildelements kann man leicht ermitteln, indem die Breite des Sensors durch die Bildpixel dividiert wird. 36 mm / 5.472 ergibt 0,00657 mm. Ausgedrückt in Mikrometern entspricht dies rund 6,6 μm. Bildsensoren im sogenannten APS-C-Format mit einer Fläche von rund 15 x 22 mm bringen dort bei Canon aktuell 18 Megapixel unter. Folglich müssen die einzelnen Bildpixel auch deutlich kleiner werden. Sie liegen bei 4,3 μm. Damit steht ihnen weniger Licht zur Verfügung, was sich vor allem bei höheren ISO-Werten durch stärkeres Bildrauschen zeigt.

 

Vereinfachter Signalfluss der EOS 6D: Die Ladungen der Bildpixel werden einem 14-Bit-A/D-Wandler zugeführt, der wiederum seine Digitalwerte an den Signalprozessor DIGIC 5+ weiterreicht. Die Daten werden dort aufbereitet (inklusive z. B. Weißabgleich, Objektivkorrekturen etc.), zwischengepuffert und dann mit Ultra-High-Speed-Unterstützung letztlich auf der SD-Karte abgelegt.

 

So arbeitet der CMOS-Bildsensor


Im Prinzip gibt es zwei grundlegend verschiedene Bildsensor-Technologien. Hauptsächlich bei Kompaktkameras werden CCDs eingesetzt. Dabei wird die durch den Lichteinfall generierte Stromspannung sofort abtransportiert und in einem extern untergebrachten Kondensator gespeichert. Charge-coupled Device (CCD) weist namentlich darauf hin, dass hier die Ladung wie mit einer Eimerkette weitergereicht wird. Im Gegensatz dazu speichert der CMOS-Bildsensor Ihrer 6D auf jedem Pixel – auf den Leiterbahnen der Fotodiode – die Ladung direkt in einem Kondensator, bis sie über Datenleitungen Analog-digital-Wandlern und dem weiteren Bildprozess zugeführt werden. CMOS steht für Complementary Metal Oxide Semiconductor, also für komplementären Metalloxid-Halbleiter. Der große Vorteil der CMOS-Technologie liegt darin, dass sich die Ladungen beim Abtransport nicht vermengen und sich dabei wie bei der CCD-Technik Störungen einschleichen können. CCDs zeigen z. B. bei direktem Sonnenlicht oft partiell oder komplett ausgebrannte Linien vor allem in Videoaufzeichnungen. Dieses als Smear bzw. Blooming bezeichnete wirklich störende Phänomen tritt bei CMOS-Bildsensoren nicht auf.

 

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Filter vor dem Sensor


Der Bildsensor wird noch durch eine recht komplexe Filter- und Deckglasschicht überlagert. Dabei werden hauptsächlich in Verbindung mit dem polarisierenden, dichroitischen Spiegelglas Infrarotlicht, mit nachgelagertem Antialiasing- und Tiefpassfilter Treppenstufen um schräge Konturen herum und weitere optische Störfaktoren eliminiert.

Da die Fotodioden keine Farben, sondern nur Helligkeitswerte erfassen, ist dem Sensor ein Farbmuster – das sogenannte Bayer-Pattern – mit den RGB-Farben vorgelagert. Die Farbe Grün wird dabei aufgrund der Präferenz des menschlichen Auges für grüne Farben gedoppelt. Die Farbwerte werden zusätzlich noch aus den Nachbarpixeln interpoliert – beim RAW-Format findet dieser Prozess erst später im RAW-Konverter statt. Hier spricht man dann folgerichtig auch von Demosaicing, da das Bayer-Pattern durch die Interpolation wieder aufgehoben wird. Pixelgrößen, Auflösung und ISO-Bereich sehen Sie in der untenstehenden Tabelle.

Kamera Pixelgröße µm
(Mikrometer)
Auflösung in Megapixel ISO-Wertbereich
EOS 7D 4,3 17,9 100–12.800
EOS 70D 4,1 20 100–25.600
EOS 60D 4,3 17,9 100–12.800
EOS 50D 4,7 15,1 100–12.800
EOS 40D 5,7 10,1 100–3.200
EOS 30D 6,4 8,2 100–3.200
EOS 20D 6,4 8,2 100–3.200
EOS 10D 7,4 6,3 100–3.200
EOS 700D 4,3 17,9 100–25.600
EOS 650D 4,3 17,9 100–25.600
EOS 600D 4,3 17,9 100–12.800
EOS 550D 4,3 17,9 100–12.800
EOS 500D 4,7 15,1 100–12.800
EOS 450D 5,2 12,2 100–1.600
EOS 400D 5,7 10,1 100–1.600
EOS 350D 6,4 8,0 100–1.600
EOS 300D 7,4 6,3 100–1.600
EOS 100D 4,3 17,9 100–25.600
EOS 1200D 4,3 17,9 100–12.800
EOS 1100D 5,2 12,2 100–6.400
EOS 1000D 5,7 10,1 100–1.600
EOS 1D X 6,9 17,9 50–204.800
EOS 1D Mark IV 5,7 16,1 50–102.400
EOS 1D Mark III 7,2 10,1 50–6.400
EOS 1Ds Mark III 6,4 21 50–3.200
EOS 6D 6,6 20 50–102.400
EOS 5D Mark III 6,3 22,1 50–102.400
EOS 5D Mark II 6,4 21 50–25.600
EOS 5D 8,2 12,8 50–3.200

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Eingebauter Staubwedel


Um Bildstörungen durch Staubpartikel zu reduzieren, bietet Canon seit dem Jahr 2006 mit der EOS 400D das sogenannte EOS Integrated Cleaning System. Dieses Reinigungssystem wurde über die Jahre immer weiter optimiert. Hier wird durch ein piezoelektrisches Element der beweglich aufgehängte, antistatische Tiefpassfilter in Schwingungen versetzt und Staubpartikel werden in den umgebenden Rahmen abgeschüttelt. Dabei hilft seit der EOS 5D Mark II/EOS 7D auch eine Fluoridbeschichtung auf dem Anti- aliasing-Filter, der anhaftenden Staub noch besser abweisen soll. Abriebfeste Materialien beim Verschluss und Gehäusedeckel sollen zudem Partikel im Gehäuseinneren reduzieren. Staub werden Sie dennoch früher oder später auf Ihren Bildern vor allem im Makrobereich bzw. mit hohen Blendenzahlen ernten. Dagegen hilft die optionale Aufzeichnung von Staublöschungsdaten (siehe Kameramenü, vierter roter Karteireiter), bei der eine kleine Datei zusätzlich an die Bilddatei angehängt wird, die via Menüeintrag von Digital Photo Professional ausgelesen werden kann. Die Software stempelt dann selbsttätig die ggf. noch verbliebenen Sensorflecken weg. Ein Konzept, das in der Praxis tatsächlich zu erheblich geringerer Bildverschmutzung führt, die manuelle Reinigung jedoch nicht ganz überflüssig werden lässt.

Prinzip der Sensorreinigung. Der Infrarot-Sperrfilter wird durch ein piezoelektrisches Element in Schwingungen versetzt und kann so Staubpartikel abschütteln.

 

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Die Vorzüge des Vollformats


Ihnen wird der Begriff Vollformat sicherlich geläufig sein und ein wichtiger Kaufgrund für die Anschaffung Ihrer 6D gewesen sein. Die Vorteile des 24 x 36 mm großen Bildsensors liegen auf der Hand: mehr Freistellungspotenzial, weniger Bildrauschen und eine besser abgestimmte Objektivauswahl.

Motive besser freistellen Sie können Motive besser vor dem Hintergrund lösen, weil die Schärfentiefe im Vergleich zu kleineren Sensoren geringer ist (siehe Bild auf der nächsten Seite). Das führt bei manchen Anwendern aber zu dem Umkehrschluss, man hätte im Makrobereich weniger Potenzial, da hier kleinere Bildsensoren die erwünscht höhere Schärfentiefe bringen. Das ist zwar sachlich erst mal korrekt, aber in der Praxis kaum relevant.

Auch im Makrobereich reichlich Schärfe Kompaktkameras wie z. B. die beliebten PowerShots der G-Klasse nutzen bis zur G12 einen 7,6 x 5,6 mm großen und damit um den Faktor 4,6 kleineren Bildsensor. Analog steigt auch die Schärfentiefe um diesen Faktor. Ein Grund, warum selbst manche Profifotografen für Makros auf Kompaktkameras zurückgreifen und die DSLR in der Fototasche lassen. Dabei wird vergessen, dass solche Kompaktkameras bereits oberhalb der Blende f3.5 Beugungsunschärfen verursachen und somit die Detailschärfe abnimmt. Diese sogenannte förderliche Blende ist daher ein limitierender Faktor, während sie an der 6D erst bei f10.8 liegt. Selbst wenn bei f3.5 mehr Licht zur Verfügung steht, rauscht der kleine Sensor viel stärker, sodass man am Vollformatsensor analog den ISO-Wert hochdrehen kann und letztlich auf vergleichbarem Niveau mit der Kompaktkamera liegt. Man erreicht also abgeblendet sowohl die gleiche Verschlusszeit als auch Schärfentiefe bei vergleichbarem Rauschniveau. Dafür muss man zwar das Bild auf Kompaktkameraniveau herunterrechnen, aber es spricht wenig dafür, eine Kompaktkamera wegen ihrer vermeintlich größeren Schärfentiefe im Nah- und Makrobereich einzusetzen. In der Praxis sehen Sie bei Nahaufnahmen keinen wesentlichen Unterschied, selbst wenn Sie Beugungsunschärfen in Kauf nehmen und eine Kompaktkamera am Limit mit f8 oder die 6D mit f22 betreiben.

Hier im Experiment zeigt sich das bessere Freistellungspotenzial des großen Sensors der EOS 6D. Fokussiert wurde mit allen drei Kameras jeweils bei f4.0 auf die vordere Orchideenblüte. Die hintere Blüte ist an der 6D am unschärfsten, während sie an der 650D (APS-C) schon etwas detaillierter wirkt und an der Kompaktkamera rechts (PowerShot G12 mit 1/1,8" = 7,6 x 5,7 mm Sensor) praktisch durchgehend scharf abgebildet wird.

 

Umgekehrt ist der Vorteil aber riesig, denn Ihre 6D kann, was ein kleiner Bildsensor nicht vermag: Mit ihm lassen sich Motive gezielt vor dem Hintergrund freistellen, vielfach lässt sich erst dadurch eine gewichtete Bildaussage realisieren. Viele professionelle Filmer nutzen deswegen mittlerweile auch vollformattaugliche Video-DSLRs, weil die Schärfentiefe noch geringer als an hochprofessionellen Videokameras wie etwa der Marke Red ausfällt.

Bei f3.5 ist die Schärfentiefe der Kompaktkamera (PowerShot G12) deutlich höher als an der 6D. Abgeblendet am Limit der PowerShot bei f8 ist die Schärfentiefe jedoch sehr ähnlich zur 6D bei f22, die mit dem Canon Objektiv Canon 100mm 1:2.8 Macro IS USM sogar noch auf f32 hätte abgeblendet werden können.

 

Relativer Suchergrößenvergleich: Die EOS 6D bietet beim Sucherblick die gleiche Größe wie an der EOS 5D Mark II und damit 92 % der Größe einer EOS-1Ds Mark III bzw. 1D X. Die Sucher der 7D, 60D, 650D etc. sind deutlich kleiner als an der EOS 6D.

 

Das steckt hinter Voll- und APS-Formaten


Neben der mit 24 x 36 mm als Vollformat bezeichneten Sensorgröße der EOS 6D sind sogenannte APS-Formatbezeichnungen (Advanced Photo System) gängig. Die EOS-1D-Klasse bis zur Mark IV etwa nutzt eine um den Faktor 1,3 kleinere Sensordiagonale und wird als APSH bezeichnet. Das H steht für High Definition und deutet auf ein noch kleineres Format, das APS-C-Format hin (C steht für Classic). Letzteres wird für Sensorgrößen mit 1,5–1,6x kleinerer Diagonale gegenüber dem Vollformat verwendet (z. B.EOS 7D/60D/50D/40D/650D/600D/550D/1100D/1000D, EOS M). APS-C- und APSH-Format stammen noch aus der analogen Zeit (1996), als erste Versuche zwecks Datenspeicherungsmöglichkeiten und kompakterer Abmessungen den analogen Film verbessern sollten. Das APS-System konnte sich jedoch aufgrund qualitativer Unterlegenheit gegenüber dem größeren 35-mm-Rollfilm nicht am Markt etablieren und wurde kurz darauf auch von ersten Digitalkameras mit Bildsensor abgelöst.

 

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Weniger Bildrauschen


Der zweite Vorteil des Vollformatsensors liegt in Pixeln, die mit 6,6 μ m an der 6D vergleichsweise groß ausfallen. Die Fotodioden können mehr Licht sammeln und somit letztlich rauschfreiere Bildergebnisse erzielen. Man sieht bereits den Unterschied zu den APS-CModellen. Eine EOS 7D rauscht stärker, weil ihre Pixel nur 4,3 μ m groß sind. Über das Post-Processing oder verbesserte A/D-Wandler lässt sich da wenig machen.

Bei ISO 6400 zeigt die EOS 7D schon deutlich stärkeres Bildrauschen als die 6D. Schuld sind die kleineren Bildpixel an der 7D, die weniger Licht aufnehmen (Aufnahme jeweils im RAW-Format, entwickelt bei Standardeinstellungen mit Adobe Lightroom 4.4).

 

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Besser angepasste Objektivauswahl


Und noch einen erheblichen Vorteil bringt der Vollformatsensor: Das überwiegende Angebot an Objektiven ist für das Kleinbildformat entwickelt. Die Auswahl ist daher viel größer als bei den APS-C-Formaten und an die erforderlichen Bildwinkel angepasst. Canon hat sich sogar vom APS-H-Format mit der 1D X verabschiedet. Die Vorgänger bis zur 1D Mark IV nutzen noch einen Verlängerungsfaktor von 1,3, was zwar einigen Naturfotografen wegen des damit einhergehenden Zoomeffekts entgegenkommt, aber eben auch mit den genannten Nachteilen einer nicht optimal abgestimmten Brennweitendefinition verbunden ist. Mehr als 16,1 Megapixel hielt Canon beim APS-H-Format an der 1D Mark IV nicht für vertretbar und musste auch dabei wegen geringerer Sensorfläche schon mit grenzwertigen 5,7 μ m Pixeln arbeiten. Insoweit setzt Canon seit der 1D X ausschließlich auf den Vollformatsensor auch in der oberen 1D-Klasse.

Der Vollformatsensor der 6D bietet mit 36 x 24 mm eine wesentlich größere Fläche als APS-C-Sensoren, wie Canon sie in seinen Einsteiger- und Prosumer-DSLRs nutzt.

 

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Dieser Report wurde am Dienstag, 29. April 2014 erstellt und zuletzt am Mittwoch, 04. Juni 2014 bearbeitet.


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