Kamera/Bildgestaltung

Camcorder-Grundlagen: Bildsensoren

CCD, CMOS, 3-Chip – in der Welt der digitalen Camcorder wimmelt es geradezu von kryptisch anmutenden Fachbegriffen. Die Unterschiede und Besonderheiten dieser Technologien zu verstehen sollte aber jedem Filmer wichtig sein. Schließlich handelt es sich hierbei um die Bildsensoren, die maßgeblich für die Qualität des aufgenommenen Videobildes verantwortlich sind.

CCD

CCD steht für die englischsprachige Bezeichnung “Charge Coupled Device” was übersetzt soviel wie “ladungsgekoppeltes Bauelement” bedeutet. Wie diese Bezeichnung zustande kommt hat etwas mit der Art und Weise tun mit der die Bildinformationen innerhalb des Chips transportiert werden. Im Prinzip ist der Aufbau eines CCD-Chips recht einfach. Er besteht aus miteinander verschalteten Fotozellen die jede einzelne für sich jeweils einen Bildpunkt (Pixel) der späteren Aufnahmen repräsentieren. Licht, das auf die einzelnen Bildpunkte fällt, erzeugt in diesen eine elektrische Ladung. Je stärker das Licht oder je länger die Zeit ist, in der das Licht einwirken kann desto stärker fällt die Ladung aus. Nach der Belichtung werden die Ladungen schrittweise verschoben und nacheinander ausgelesen. Erst nach dem seriellen Auslesen werden die Ladungspakete verstärkt und von der Elektronik in Helligkeitswerte umgewandelt. Es entsteht ein Schwarzweißbild, das in der Auflösung genau der Anzahl Bildpunkte entspricht, die auch auf dem CCD-Chip zum Einsatz gekommen sind.

CMOS

Hierbei handelt es sich um eine Technologie, die neuerdings auch in Camcordern zum Einsatz kommt. CMOS steht hierbei für die englischsprachige Bezeichnung Complementary Metal Oxide Semiconductor was ins Technik-Deutsch übersetzt soviel wie „komplementärer Metalloxid-Halbleiter“ heißt. Auch hier erzeugt Licht, das auf einen einzelnen Pixel des Chips fällt, eine Ladung. Im Gegensatz zum CCD wird diese aber sofort durch einen direkt hinter den Pixel geschalteten Transistor verstärkt. Dadurch ist es wesentlich einfacher auch einzelne Pixelgruppen auszulesen – beispielsweise für den Autofokus oder die Belichtungsmessung. Im Vergleich zu CCD-Sensoren liefern CMOS-Aufnahmen einen größeren Dynamikumfang. Lichter überstrahlen nicht so leicht und in dunklen Bildbereichen bleiben Bilddetails erhalten, die mit einem CCD-Chip unter Umständen verloren gegangen wären. Ein weiterer Vorteil ist der geringere Stromverbrauch. CMOS-Sensoren haben allerdings nicht nur Vorteile. So ist die Empfindlichkeit der neuen Chips im Vergleich zu CCDs wesentlich geringer – das Bildrauschen erhöht sich dabei zwangsläufig. In der Digitalfotografie, wo CMOS-Chips schon eine größere Verbreitung gefunden haben, versuchen die Hersteller die geringe Lichtempfindlichkeit wettzumachen – die Chips werden einfach vergrößert. Der Ansatz erscheint logisch – schließlich sammelt bei gleicher Auflösung ein größerer Chip mit somit größeren Pixeln auch mehr Licht ein.

Farbe – aber wie?

Mit den genannten Verfahren lassen sich nur die Helligkeitswerte pro Pixel auslesen – das resultierende Bild ist quasi eine Schwarzweißaufnahme. Wie lässt sich nun ebenfalls die Farbe erfassen? Hierfür existieren zwei unterschiedliche Verfahren.

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1-Chip-Technik

Diese Technik basiert auf Farbfiltern, die vor jedem einzelnen der Bildpunkte des verwendeten Sensors sitzen. Aus den drei additiven Grundfarben Rot, Grün und Blau wird dabei zeilenweise abwechselnd entweder Blau und Grün oder Rot und Grün verwendet. Wer fix nachrechnet merkt schnell, dass die Farbe Grün hier doppelt so oft zum Einsatz kommt wie die beiden anderen Grundfarben. Damit ist das Farbverhältnis eher dem menschlichen Auge angelehnt, das für Grüntöne deutlich empfindlicher ist als für andere Farbabstufungen. Da jeder Bildpunkt des Sensors nur eine einzige der Grundfarben erfasst muss die Kameraelektronik die Farben zusammenrechnen. Naturgemäß ist damit – trotz intelligenter Interpolationsalgorithmen – die Auflösung der Farbinformationen innerhalb des Bildes geringer als die der Helligkeitsinformationen, also des reinen Graustufenbildes, das der Bildsensor ohne Filter liefert.



  • 1-Chip-CCD: winzige Filter vor den einzelnen Bildpunkten ermöglichen das Erfassen der Bildfarben

  • 3-Chip-CCD: durch ein Prisma wird das Bild auf die 3 Chips aufgeteilt. Farbfilter vor den einzeln en Chips separieren die Farbinformationen des Bildes

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