Die Größe des Sensors
Zwar wird die Größe des Sensors im Datenblatt der Kamera in Zentimetern oder Millimetern angegeben, aber über die Größe des Bildes, das ein Sensor erfassen kann, sagen die Abmessungen des Sensors wenig aus. Die Kamerahersteller geben anstelle einer Bildgröße Megapixel an und sprechen von der Auflösung.
Ein Pixel hat weder eine Größe noch eine Form. Der Pixel entsteht als elektrische Ladung und aus den elektrischen Ladungen werden auf der Speicherkarte zu Nullen und Einsen. Eine Form, Größe und Farbe bekommt der Pixel erst auf dem Monitor. Die Größe des Bildes wird bei der Anzeige auf dem Monitor und beim Drucken festgelegt.
Digitale Bilder sind flexibel
Das klingt ungenau und schwammig, aber beim analogen Film war es nicht anders: Die Größe des Negativs und des Dias waren uns zwar mit 24 x 36 mm vertraut, aber wir konnten Abzüge mit 13 x 18 cm oder 20 x 30 cm bestellen oder ein Dia groß an die Wand projizieren.
Der Abzug von 13 x 18 cm war scharf, aber ob der Abzug von 20 x 30 cm noch scharf genug war, hing vom Film und von der Qualität des Objektivs ab.
Die Größe des Sensors sagt auch nichts darüber aus, wie groß das Foto werden kann. Tatsächlich hat die jüngste Generation der Handy-Kameras Auflösungen von 10 bis 20 Megapixel. Da sitzen dann auf dem kleinen Sensor genau viele lichtempfindliche Zellen wie auf dem großen Sensor. Die Zellen sind einfach kleiner.
Der Sensor der Kamera
Die Oberfläche des Sensors ist in ein Raster unterteilt, mit einer Zelle für jeden Pixel. Auf einem 10-Megapixel-Sensor sitzen also 10 Millionen Zellen. In jeder Zelle sitzt ein Stück Metall, das Elektronen abgibt, wenn es vom Licht getroffen wird, und zwar je mehr Elektronen, desto mehr Licht auftrifft. Durch das Auslesen der Spannung an den Zellen stellt der Sensor fest, wie viel Licht auf die einzelnen Pixel gefallen ist.
Jetzt haben wir zwar ein Bild, aber das Bild ist Schwarzweiß, denn der Sensor hat nur das Licht gemessen, dass auf jede einzelne Fotozelle fällt. Um Farbe ins Spiel zu bringen, sitzt über jeder Fotozelle ein Farbfilter. Die Farbfilter können z.B. Rot, Grün und Blau sein – die Hersteller verwenden unterschiedliche Filter.
Wenn das Bild entwickelt wurde, ist bekannt, wie viel von Rot gefiltertem, Grün gefiltertem und Blau gefiltertem Licht auf die Zellen getroffen ist. Ein weiterer Filter vor dem Sensor zeichnet das Bild noch ein wenig weich, damit die Farben der Pixel keine Sprünge aufweisen. Natürlich ist der ganze Prozess noch um einiges komplexer.
Obwohl es digitale Kameras erst seit Ende der 90er Jahre gibt, geht die Entwicklung der Sensortechnik zurück auf die 60er Jahre. Scanner waren die Vorläufer der Digitalkamera. Sie brauchten nur eine Sensorzeile und konnten sich mit dem Auslesen der Helligkeits- und Farbwerte der Pixel Zeit lassen.
Und wer jetzt denkt: Meine Kamera nimmt doch eigentlich Schwarzweiß auf, also kann ich die Farbe weglassen und habe ein Schwarzweißbild? So einfach ist das nicht: Die Kamera nimmt immer erst ein Farbfoto auf und wandelt dann das Farbfoto in ein Schwarzweißbild um.
Megapixel
Zurück zu den Megapixeln: Die Kamerahersteller geben in den technischen Daten ihrer Kameras die Megapixel an, die der Sensor auflösen kann. Die Megapixel sind das Produkt der Pixel in der Breite und der Höhe. Die Kamera mit einer Auflösung von 5184 × 3456 Pixeln hat
5184 × 3456 = 17915904 Pixel ≅ 18 Megapixel
Teilen wir 17915904 durch 1.000.000, kommen wir zu den Megapixeln. Die Kamera in diesem Beispiel ist eine 18 Megapixel-Kamera. Auch wenn es Ausreißer bei der Auflösung gibt: Die Unterschiede in der Auflösung sind gering. Wir können auf Basis der Pixel eines Sensor kaum beurteilen, ob es sich um einen Vollformat- oder einen APS-C-Sensor handelt. Was die Zahl der Pixel angeht, gibt es kaum einen Unterschied zwischen Kompaktkamera und Four Thirds-Kamera oder zwischen Vollformatsensor und APS-C-Sensor.
Auf einen kleinen Sensor können ebenso viele Pixel sitzen wie auf einem großen Sensor. Die Pixel sind dann einfach nur kleiner? Sind größere Pixel der Garant für bessere Fotos?
Völlig aufgelöst
Der Monitor hat ebenfalls eine Auflösung: z.B. 1440 x 900 oder 2560 x 1440 Bildpunkte. Wie beim digitalen Foto können wir aus der Zahl der Bildpunkte des Monitors keine Größe in Zentimetern ableiten.
Ein Monitor mit einer Diagonalen von 15 Zoll kann vielleicht 1680 x 1050 Pixel anzeigen, ein Monitor mit einer Diagonalen von 21Zoll nur 1440 x 900 Pixel.
Der 3 Zoll-Monitor der Kamera hat mehr Bildpunkte als der alte Röhrenfernseher. Ein moderner Fernseher mit einer Diagonalen von 106 Zentimetern hat dieselbe Auflösung wie ein 27 Zoll-Computer-Monitor.
Die Pixeldichte
Der Monitor des Computers hat 72 bis 120 ppi (pixel per inch). Ab 200 bis 300 Pixel pro Zoll kann das menschliche Auge keine Pixel mehr erkennen. Erst die »Retina«-Monitore von Tabletts und Notebooks haben diese hohe Auflösung – Apple iPads haben eine Pixeldichte von 264 ppi.
Trotzdem sieht das Foto schon auf einem Monitor mit 72 oder 96 ppi gut und scharf aus. Wir sehen das Bild aus einer modernen Digitalkamera nicht vollständig auf dem Monitor, weil die Auflösung dafür zu klein ist. Auf dem Monitor wird das Bild verkleinert und wirkt dadurch schärfer.
Wie groß kann das Foto gedruckt werden?
Erst auf dem Monitor erwachen Pixel in Farbe und zu ihrer quadratischen Form. Damit das Auge die Pixel nicht als farbiges Mosaik wahrnimmt, müssen für jeden Quadratzentimeter viele Pixel benutzt werden.
Der Monitor ist ein flexibleres Ausgabemedium als Papier. Wir können in das Bild hineinzoomen, aber erst in einer hohen Zoomstufe sehen wir die Pixel wie erwartet als Quadrate. Das Bild auf dem Monitor ist ein Mosaik aus kleinen Quadraten.
Unsere Drucker drucken keine Pixel, sondern kleine runde Punkte – »Dots« (dot per Inch). Gedruckt wird mit 300 Punkten pro Zoll oder 118,11 Punkten pro Zentimeter. Der Ausdruck mit 300 dpi aus der 18 Megapixel-Kamera mit 5184 × 3456 Pixeln wird 44 x 30 cm messen.
Dank der ausgefeilten Methoden für die Vergrößerung des digitalen Bildes (Interpolation) können wir ein Foto aber auch als Poster mit 88 x 60 cm ausdrucken, wenn es mit einem scharfen Objektiv sauber fokussiert ist. Am Ende hängt der Schärfeeindruck auch vom Betrachtungsabstand ab.