Technisches
Lichtmenge
Sensor
Ein Pixel (des Sensors) besteht u.a. aus einer Photodiode, die Licht in ein elektrisches Signal wandelt, einem Farbfilter und einer Linse. Jedes Pixel nimmt nur einen Farbkanal auf. Die Farbkanäle sind Rot, Grün und Blau (RGB). Aus diesen 3 Grundfarben lassen sich nahezu alle sichtbaren Farben zusammen setzen. Ein Bildpixel mit Farbwerten für rot, grün und blau, wird (teilweise nach Herstellern unterschiedlich) aus benachbarten Pixeln des Sensors zusammengesetzt (siehe Kapitel 1.2.1).
Bayermaske
Die Photodioden der Pixel messen nur Helligkeitswerte und würden ohne die Filter in den Farben Rot, Grün oder Blau ein schwarz-weiß Bild erzeugen. Deshalb gibt es Farbfilter vor den Photodioden, die es möglich machen, rot, grün und blau einzeln zu messen. Damit über alle Farben möglichst “richtig” gemessen wird und so ein für das menschliche Auge “richtiges” Bild erzeugt wird, sind die Farbfilter meistens in einem Bayer-Maske genannten Muster angeordnet.
Für das Abspeichern der Bildpixel erhalten:
- die “roten” Pixel die Werte für blau und grün durch Mittelwertbildung der Werte der blauen bzw. grünen Nachbarpixel
- die “grünen” Pixel die Werte für rot und blau durch Mittelwertbildung der Werte der roten bzw. blauen Nachbarpixel
- die “blauen” Pixel die Werte für rot und grün durch Mittelwertbildung der Werte der roten bzw. grünen Nachbarpixel
Eine weniger verbreitete Variante ist der X-Trans-Sensor von Fujifilm.
Die Mittelwertbildung oder auch Interpolation ist von einer zur anderen Sensorvariante unterschiedlich. Die Formeln dazu werden für das Fotografieren mit JPG in die Kamera programmiert und für die RAW-Bearbeitung den Softwareherstellern zur Verfügung gestellt. Es gibt verschiedene Arten der Interpolation.
Farbraum
Nicht alle Farben, die wir sehen können, können tatsächlich durch rot, grün und blau dargestellt werden. Deshalb sehen manche Farben auf Bildern nicht “richtig” aus. Dies liegt u.a. auch daran, dass Kameras und Monitore Farben mit additiver Farbmischung darstellen und Drucker mit subtraktiver Farbmischung.
Kamerasensor, Kameradisplay, Monitor und Drucker müssen aufeinander abgestimmt sein.
Gängige Sensorgrößen
Die Sensorgrößen reichen von winzigen Sensoren in den meisten Smartphones, die nicht größer als der Nagel eines kleinen Fingers eines Kleinkinds sind, bis hin zu großen Sensoren von Studiokameras, die in etwa so groß wie eine halbe Kreditkarte sind.
| Sensorgröße | Kamerabeispiele |
|---|---|
| 1/2.3’’ | Nikon Coolpix P950 |
| 1 Zoll | Canon G7x, Sony R10V |
| MFT | Olympus PEN |
| APS-C | Canon R7, Nikon Z50, Fujifilm X-T5 |
| Vollformat | Sony \(\alpha\) 7V, Canon R5, Nikon Z9, Leica Q3 |
| Mittelformat | Fujifilm GFX 100 |
Das Mittelformat ist auf der Grafik nicht dargestellt. Die APS-C Formate weichen je nach Hersteller geringfügig voneinander ab. Der Zollsensor oder auch Inch-Sensor genannt ist kleiner als 1 Inch im Durchmesser. Dies hat historische Gründe. Sensoren in Smartphone sind meistens sehr klein (ca. 1/2.3’’). Die größten, die bisher verbaut wurden, sind die Zollsensoren. Die Pixelzahl ist unabhängig von der Sensorgröße. Es gibt Vollformatsensoren mit 20 Megapixel und winzige Sensoren in Smartphones mit über 40 Megapixel. Die Bezeichnungen der Sensoren sind von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich.
Pixelpitch
Diese Angabe beschreibt die Größe der Fotodioden. Einige Beispiele:
- 1 Zoll, 20 MP (z.B. Canon G7x), 2.4 \(\mu m\)
- APS-C, 24 MP (z.B. Canon EOS 80D), 3.7 \(\mu m\)
- Vollformat, 20 MP (z.B. Canon EOS 6D), 6.5 \(\mu m\)
ISO
ISO steht für “International Organization for Standardization” und steht in der Fotografie für die Empfindlichkeit des Filmmaterials bzw. des Sensors.
Für analoge Filme gilt:
- niedrige ISO-Zahl: sehr feine Auflösung (kann man sich als kleine Pixel vorstellen), braucht viel Licht
- hohe ISO-Zahl: gröbere Auflösung (kann man sich als größere Pixel vorstellen), gut bei wenig Licht
Für digitale Kameras gilt:
- die ISO-Zahl steuert die Empfindlichkeit des Sensors durch Anpassung der Verstärkung (ähnlich wie ein Lautstärkeregler)
- niedrige ISO-Zahl erzeugt wenig Rauschen, braucht viel Licht
- hohe ISO-Zahl: erzeugt mehr Rauschen, gut bei wenig Licht
- je größer die Pixel auf dem Sensor sind, desto geringer ist das Rauschen (bei gleicher ISO-Zahl)
Das Rauschen entsteht durch die Verstärkung des Signals und wird stärker, wenn die ISO-Zahl/Verstärkung erhöht wird.
Das Rauschen fällt in dunklen Bereichen eines Bildes stärker auf als in hellen. Meistens haben größere Sensoren bei gleicher Pixelzahl ein geringeres Rauschen als kleinere. Es hängt aber auch vom der Kamerageneration ab. Mit der Zeit sind die Sensoren immer besser geworden.
Crop-Faktor
Der Crop-Faktor gibt an, um welchen Faktor der Sensor kleiner oder größer im Vergleich zum Vollformat ist. Genauer: Der Crop-Faktor gibt das Verhältnis der Länge der Diagonalen des Vollformatsensors zur Länge der Diagonalen des betrachteten Bildsensors an. Je kleiner der Sensor, desto größer ist der Crop-Faktor.
Crop-Faktoren verschiedener Sensorgrößen
| Sensorgröße | Crop-Faktor | Sensorfläche (gerundet) | Anteil an Vollformat |
|---|---|---|---|
| 1/2,3’’ | 5,6 | 28 \(mm^2\) | 0,03 |
| 1 Zoll | 2,7 | 123 \(mm^2\) | 0,14 |
| MFT | 2 | 225 \(mm^2\) | 0,26 |
| APS-C | ca. 1,5 | 367 \(mm^2\) | 0,42 |
| Vollformat | 1 | 864 \(mm^2\) | 1 |
Das Vollformat ist so etwas wie eine Bezugsgröße. Es ist genauso groß wie ein Kleinbild-Dia oder Kleinbildnegativ, dass auf analogem 35mm-Film aufgenommen wurde.
Kleine Sensoren fangen viel weniger Licht ein als große. Smartphones haben Sensoren, die aktuell (2026) maximal eine Fläche haben, die 14 % der Fläche eines Vollformatsensors entspricht. Daher wird bei Smartphone gerade bei wenig Licht das Bild stark durch Software und KI korrigiert.
Crop-Faktor und Bildausschnitt
Crop-Faktor und Brennweite
Ein 24mm Objektiv wird an einer APS-C-Kamera nicht zu einem 38 mm Objektiv. Es verändert sich nur der aufgenommene Bildausschnitt wie in Abb. 6 zu sehen ist.
Häufig werden zum Vergleich aber zur tatsächlichen Brennweite die effektive Brennweite angegeben: Die effektive Brennweite eines 24 mm Objektivs an einer APS-C Kamera beträgt dann 38mm.
Verschluss
Der Verschluss schirmt den Sensor vom einfallenden Licht ab und öffnet sich so, dass die Pixel für die gewählte Zeit belichtet werden.
Dabei wird die Belichtungszeit bei einem Schlitzverschluss durch einen Spalt erreicht, dessen Höhe so von der Kamera eingestellt wird, dass bei immer gleich schneller Bewegung des Schlitzes die festgelegte Belichtungszeit für die einzelnen Pixel erreicht wird. Andere Varianten sind der Zentralverschluss und der elektronische Verschluss.
Objektiv
Moderne Objektive bestehen aus verschiedenen Linsen, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen können und zu Linsengruppen zusammen gefasst werden. Einzelne Gruppen können dabei beweglich sein, um zu fokussieren oder bei Zoomobjektiven die Brennweite zu verändern.
Lichtstärke
Zusätzlich zur Brennweite steht hinter der Brennweite eine weitere Zahl, die Lichtstärke oder auch Blendenzahl. Je kleiner die Blendenzahl, desto größer ist die Lichtstärke. Die Blendenzahl ist der Quotient aus Brennweite und Durchmesser des Objektivs
Beispiele:
- Brennweite 50mm, Durchmesser 25 mm: Blendenzahl f/2
- Brennweite 100mm, Durchmesser 25 mm: Blendenzahl f/4
Ein 100mm Objektiv mit einem Durchmesser von 25mm ist also nicht so lichtstark wie ein 50mm Objektiv des selben Durchmessers.
Die Bezeichnung f/2 soll andeuten, dass es um den Quotient handelt. Auf manchen Objektiven steht daher auch 1:2 oder z.B. 50/2 bei einem Objektiv mit 50mm Brennweite. Die angebenen Blende nennt man auch Offenblende, da sie den größtmöglichen Lichteinfall durch das Objektiv zulässt.
Blendenreihe
Die Abfolge der verschiedenen Blendendurchmesser nennt man Blendenreihe. Man findet sie auf alten Objektiven, bei denen man die Blende manuell, also am Objektiv selbst einstellt, aufgedruckt. Bei modernen Objektiven werden sie von der Kamera aus eingestellt.
Die Zahlenwerte der Blendenreihe verändern sich von Stufe zu Stufe um den Faktor \(\sqrt{2}\).
Die Fläche A der Blendenöffnung berechnet sich nach der Kreisformel aus dem Durchmesser der Blendenöffnung d.
\[A=\pi \cdot \left(\frac{d}{2}\right)^2\]
Der Durchmesser beträgt also
\[d=\sqrt{\frac{4}{\pi}\cdot A}\]
Wenn durch die Blende doppelt so viel Licht fallen soll, muss die Fläche verdoppelt werden: \(A \rightarrow 2 \cdot A\).
Dann ist der neue Durchmesser
\[d_{neu}=\sqrt{\frac{4}{\pi}\cdot 2 \cdot A}= \sqrt{2} \cdot d\]
Schärfentiefe
Für Kameras, die nur auf eine Entfernung fokussieren können (also so gut wie alle, die privat genutzt werden), bezeichnet Schärfentiefe die Entfernung vom nächsten bis zum entferntesten Objekt, das akzeptabel scharf abgebildet werden kann.
Die Definition von akzeptabel scharf ergibt sich aus dem so genannten Zerstreuungskreis. Ist dieser für ein punktförmiges Objekt gerade so groß, dass genau ein Pixel von ihm abgedeckt wird, ist die Abbildung scharf. Eine kleinere Blendenöffnung führt zu einem kleineren Zerstreuungskreis.
Wie groß der Zerstreuungskreis wirklich sein darf, hängt von vielen Faktoren ab. Siehe hier.
Ob ein großer Abstandsbereich akzeptabel scharf abgebildet wird, hängt ab von:
- der Qualität des Objektivs
- der Pixelgröße des Sensors
- der Blendenöffnung
Auf einigen Objektiven kann der Bereich der Schärfentiefe abgelesen werden.
In Abb. 11 ist der Fokus auf etwas mehr als 3 Meter (Skala und senkrechter Strich in orange) eingestellt und die Blende steht auf 8. Die Zahlen links und rechts des senkrechten Strichs zeigen Blendenwerte, mit denen man wieder an der Entfernungsskala den Schärfentiefebereich ablesen kann. In diesem Beispiel also:
- Blende 8: ca. 2,6 m bis 4,9 m
- Blende 16: 2 m bis ca. 10 m
Hyperfokaldistanz
Möchte man bei Landschaftsaufnahmen erreichen, dass das Bild bis z.B. zu einem Bergrücken scharf ist, fokussiert man nicht direkt auf den Bergrücken. Statt dessen sucht man sich einen Punkt, der ungefähr ein Drittel soweit weg ist, fokussiert mit dem One-Shot-AF dahin, hält den Sucher weiter halb gedrückt und schwenkt wieder auf den ursprünglichen Ausschnitt und löst dann aus. Diese Drittelentfernung entspricht ungefähr der Hyperfokaldistanz.
Die Hyperfokaldistanz ist ein Wert, der angibt ab welcher Fokusentfernung alle im Unendlichen liegenden Objekte scharf abgebildet werden.
Auch dieser Wert ist von der Blendenöffnung abhängig.
Stellt man an dem Objektiv in Abb. 11 den Fokusring so ein, dass das \(\infty\)-Symbol auf dem Blendenwert 8 steht, ergibt sich eine Fokusentfernung (senkrechter Strich) von 10 Metern; dies ist die Hyperfokaldistanz des Objektivs bei Blende 8.
An der Schärfentiefeskala sieht man, dass mit dieser Einstellung ab 5 Meter (halber Wert der Hyperfokaldistanz) bis Unendlich scharf abgebildet wird.
Stellt man das \(\infty\)-Symbol auf den Blendenwert 16, ergibt sich eine Hyperfokaldistanz von 5 Meter und ein Schärfentiefebereich von 2,5 Meter bis Unendlich; aber natürlich nur, wenn am Blendenring auch Blende 16 für die Aufnahme eingestellt wird.
Bokeh
Die Wirkung der Unschärfe bei einer Aufnahme nennt man Bokeh. Man kann das Bokeh gut beurteilen, wenn man kleine Lichtquellen, wie z.B eine Lichterkette, unscharf aufnimmt.
Als besonders schön werden Bokehs angesehen, bei denen die Unschärfekreise (“Bubbles”) tatsächlich kreisrund sind. Meistens verändert sich die Form der “Bubbles” zum Rand des Bildes hin. Dort erscheinen sie häufig als “Katzenaugen”. Das Bokeh wirkt sich nicht nur auf Lichtpunkte sondern allgemein auf die Homogenität der Hintergrundunschärfe aus.
Fokussieren
Im Automatikmodus wählt die Kamera das Fokusfeld selber aus. Dann kann funktionieren, muss aber nicht. Die Kamera wählt immer ein kontrastreiches Motiv im Vordergrund aus, auf das sie scharf stellt. Die sicherste Methode um in einer Szene das gewünschte Motiv scharf abzubilden ist, das Autofokusfeld in der Mitte auszuwählen und mit dem One-Shot-AF zu fotografieren. Das Autofokusfeld wird im Sucher und auf dem Display angezeigt und man hält die Kamera so, dass das wichtigste in diesem Autofokusfeld zu sehen ist.
Bei bewegten Motiven sollte man den Servo-AF nutzen. Im Servo-AF wir bei halb gerücktem Auslöser permanent scharf gestellt, also auch wenn ein Katze auf einen zuläuft.
Blitzen
Zum Thema “Fotografieren mit Blitz” sind hunderte Bücher geschrieben worden. Deshalb geben wir hier ein paar Hinweise zu Begriffen und verweisen dann auf weiter führenden Quellen zu verschiedenen Blitzlichtern und Blitzmethoden.
Interner Blitz
Die in manchen Kameras eingebauten Blitze sind nur dafür gedacht, die Szene im Nahbereich aufzuhellen. Die Software in den Kameras sorgt dann auch dafür, das der Blitz gar nicht erst ausgelöst wird, wenn die eingestellte Belichtungszeit kleiner als die Blitzsynchronzeit (siehe Kapitel 1.8.4) ist.
Meistens erzeugen diese Blitze auch sehr starke Schatten oder sehr hell ausgeleuchtete Gesichter und rote Augen.
Blitze in Mobilfunkgeräten
Die meisten Mobilfunkgeräte haben eine kleine LED-Leuchte, die beim Fotografieren als Blitz verwendet werden kann. Es handelt sich aber faktisch nicht um einen Blitz, sondern eine (recht schwache) Taschenlampe, die nur zur Aufhellung im absoluten Nahbereich tauglich ist. Die Aktivierung dieses “Blitzes” für zum Beispiel Landschaftsaufnahmen oder im Stadion bringt nichts.
Aufsteckblitzgeräte
Bei Aufsteckblitzgeräten handelt es sich um Blitzgeräte, die bei geeigneten Kameras auf den Blitzschuh gesteckt werden. Sie haben üblicherweise eine eigene Stromversorgung durch Batterien oder Akkus und werden durch die Kontakte im Blitzschuh gesteuert.
Die meisten Kamarahersteller bieten auch Blitzgeräte an, die genau auf ihre Kamaras abgestimmt sind und vielfältige Steuerungsmöglichkeiten bieten. Solche Systemblitzgeräte funktionieren meist auch an Kameras anderer Hersteller und älteren Modellen, aber oft nur mit Grundfunktionen und manuellen Einstellungen. Systemblitzgeräte können meistens auch für das so genannte entfesselte Blitzen (Kapitel 1.8.5) eingesetzt werden.
Blitzsynchronzeit
Der Blitz leuchtet nur sehr kurz; deshalb muss er zu einem Zeitpunkt ausgelöst werden, zu dem der Verschluss vollständig geöffnet ist. Die kürzeste Verschlusszeit, bei der ein Schlitzverschluss den Film bzw. Sensor zu einem Zeitpunkt vollständig freigibt, nennt man Blitzsynchronzeit.
Entfesseltes Blitzen
Beim entfesselten Blitzen wird das Blitzgerät an einer geeigneten Stelle platziert und drahtlos oder über Kabel von der Kamera ausgelöst und teilweise auch gesteuert. Dabei können je nach Hersteller und System mehrere Blitzgeräte zum Einsatz kommen, um die Szene nach den Wünschen des Fotografen auszuleuchten. Dies findet meisten im Profi- und Studiobereich statt. Durch enrfesseltes Blitzen können rote Augen vermieden werden und Schatten besser kontrolliert werden.
Weißabgleich
Der Weißabgleich in einem digitalen Farbfoto sorgt dafür, dass das weiße Flächen im Foto auch weiß dargestellt werden. Digitalkameras sind normalerweise so eingestellt, dass ein automatischer Weißabgleich erfolgt. In den Einstellungsmenüs kann dann nach Bedarf zwischen Tageslicht, Kunstlicht usw. umgeschaltet werden. Manchmal kommt der automatische Weißabgleich an seine Grenzen (Aufnahmen im Schnee, bei Sonnenuntergang oder bei Kerzenlicht). Will man dann sicher gehen, dass der Weißableich in der Nachbearbeitung gut zu korrigieren ist, sollte man folgende Dinge tun:
- die Kamera im automatischen Weißabgleich belassen
- im RAW-Format fotografieren
- mit einer Graukarte Testbilder in der jeweiligen Lichtstimmungen machen.
Graukarte
Eine Graukarte ist eine kleine scheckkartengroße graue Karte. Die Karte ist matt, so dass sie nicht reflektiert und sie ist “exakt grau”.
Tonwerte
Als Tonwerte bezeichnet man die Helligkeitswerte, die in einem Bild unterschieden werden können. Die Anzahl hängt vom Sensor und dem Aufnahmeformat (JPG oder RAW) ab.
Histogramm
Ein Helligkeitshistogramm ist so etwas wie ein Inhaltsverzeichnis für ein Bild. Es gibt für die Helligkeitswerte (Tonwerte) von schwarz bis weiß an, wie oft sie im Bild vorkommen. Manche Kameras können ein Histogramm auf dem Display anzeigen. Dann kann man schon vor der Aufnahme sehen, wie die Helligkeitsverteilung ist. Das ist sinnvoll, da die Kamera nur einen begrenzten Tonwertumfang hat. Eine Aufnahmeist git belichtet, wenn alle Tonwerte vorkommen.
Exposure to the Left
“Exposure to the Left”, kurz ETTL, bedeutet “Belichtung nach links”. Damit ist gemeint, dass das Histogramm des Bildes nach links verschoben ist. Die dunklen Tonwerte werden dabei zusammengeschoben und erscheinen fast alle nahezu schwarz. Es gibt dann mehr Abstufungen für die hellen Tonwerte und wenige für die dunklen. Dies ist günstig, um
- ausgefressenen Lichter zu vermeiden,
- kürzere Verschlusszeiten bei schnell bewegten Motiven zu realisieren,
- rauschärmere Aufnahmen zu erhalten oder
- eine Low-Key-Aufnahme zu realisieren.
Man erreicht ein “Exposure to the Left” durch Unterbelichtung:
- eine kürzere Verschlusszeit,
- eine kleinere Blende oder
- ein niedrigerer ISO-Wert
Exposure to the right
“Exposure to the Right”, kurz ETTR, bedeutet “Belichtung nach rechts”. Damit ist gemeint, dass das Histogramm des Bildes nach rechts verschoben ist. Die hellen Tonwerte werden dabei zusammengeschoben und erscheinen fast alle nahezu weiß. Es gibt dann mehr Abstufungen für die dunklen Tonwerte und wenige für die hellen. Dies ist günstig, um
- absaufende Schatten zu vermeiden oder
- eine High-Key-Aufnahme zu realisieren.
Man erreicht ein “Exposure to the Right” durch Überbelichtung:.
- eine längere Verschlusszeit oder
- eine größere Blende
