Bildsensor – Einfach erklärt: Sensorgrößen Kameras

Die Größe des lichtempfindlichen Bereichs auf dem Bildsensor (Chip) einer Digitalkamera ist für die Bildqualität von erheblicher Bedeutung. Je größer der Sensor, desto besser, denn er bietet eine höhere Pixelmenge (Megapixel) und damit Auflösung. Aber auch das verwendete Objektiv ist wichtig.

Bildsensor – Je größer, desto besser?

Da, wo früher der Film war, ist heute in der Digitalkamera der Bildsensor.
Das ist also die Stelle, auf die das vom Objektiv aufgenommene Licht trifft.

Jedoch nicht nur bei der Größe, sondern auch bei der Qualität der späteren Aufnahmen gibt es erhebliche Unterschiede. Es dürfte daher klar sein, dass ein Sensor aus einem Smartphone nicht mit dem einer Profikamera mithalten kann.
Aber woran liegt das ?

Warum es doch auf die Größe ankommt

Der Sensor in einer Kamera ist die elektronische Version des Films. Er zeichnet mit Fotodioden Licht auf, um ein digitales Bild zu erzeugen. Die Größe dieses Chips bestimmt, wie viel Licht aufgezeichnet werden kann. Ein großer Bildsensor kann mehr Licht empfangen und ein kleiner viel weniger. Je mehr Licht der Kamerasensor aufnehmen kann, desto besser ist aber am Ende die Bildqualität. 

Die am häufigsten Formate sind Vollformat (DSLR), APS-C („Crop-Sensor“), Micro Four Thirds (Olympus, Panasonic), 1inch, 1/1,7 inch (in Kompaktkameras) und 1/2,33″. Obwohl auch andere Formate verwendet werden, sind diese die beliebtesten. In Smartphones sind noch kleinere zu finden.

Je größer der Sensor, desto mehr Pixel kann er meist unterbringen. Somit steigt schon mal potenziell die Pixelmenge, und damit die Auflösung. Aber noch wichtiger ist, dass bei gleicher Pixelmenge die einzelnen Pixel verschiedener Sensoren unterschiedlich groß sind!

Merke:
Große Pixel nehmen mehr Licht auf, sind weniger rauschempfindlich und daher qualitativ besser. Das gilt insbesondere bei schwachem Licht. Allerdings sind sie auch teurer. Mehr Pixelmenge bei gleichzeitig größeren Pixeln ist also das Ziel.

Größere Sensoren rauschen weniger

Das Format des Bildsensors ist also für die Bildqualität von erheblicher Bedeutung.

Ein größerer Chip hat ein besseres Signal-Rausch Verhältnis. Außerdem können dessen Zellen mehr Elektronen sammeln und haben damit einen höheren Dynamikbereich. Das bedeutet also: Ein riesiger Chip hat bei gleicher Pixelmenge weniger Rauschen als ein kleiner. Kameras mit Vollformatsensor sind somit klar im Vorteil.

Leider neigen Sensoren von Kameras dazu, Staub anzuziehen, was sich auf Fotos als kleine schwarze Flecken bemerkbar macht. Die sind lästig zu entfernen. Größere Sensoren sind hier dafür etwas im Nachteil, weil immer mehr Pixel betroffen sind. Mit einer Sensorreingigung lässt sich das aber leicht beheben.

Größe und Brennweite

Die Größe des Bildsensors in einer Kamera hat einen direkten Einfluss darauf, welche Art von Objektiven mit dieser Kamera verwendet werden kann.

Wenn Sie eine Kompaktkamera kaufen, ist das Objektiv oft in das Gehäuse eingebaut. Deshalb müssen Sie sich in dem Fall wenig Gedanken machen. Aber bei Kameras mit Wechselobjektiv wie DSLRs und DSLM muss jedes Objektiv in der Lage sein, die Abmessungen des Bildsensors abzudecken.

Egal ob sie in das Gehäuse einer Kamera eingebaut sind oder separat geliefert werden, sind Objektive mit ihrer tatsächlichen Brennweite gekennzeichnet. Und nicht mit der effektiven Brennweite, wenn sie an einer bestimmten Kamera verwendet werden. Je nach verwendeter Kamera ist die effektive Brennweite daher nicht die angegebene. Sondern sie muss dann mit einem Cropfaktor multipliziert werden. Zum besseren Verständnis geben die Hersteller oft eine „äquivalente“ Brennweite an, die den Vollformatsensor als Kleinbildformat-Referenzpunkt verwendet.

Ein 18-55-mm-Objektiv, das an einer Kamera mit APS-C-Sensor verwendet wird, hat einen effektiven Brennweitenbereich von 27-82 mm; wobei die genaue Länge von der verwendeten Kamera abhängt. Das liegt an dem Cropfaktor.

Cropfaktor: Eine Kamera mit einem Sensor kleiner als Vollformat kann mit einem Objektiv mit einer Brennweite von 18-55 mm verwendet werden. Aber in Wirklichkeit liegt der effektive Brennweitenbereich bei 27-82 mm. Das liegt daran, dass der Sensor nicht groß genug ist, um die Vorteile des Objektivs im gleichen Maße zu nutzen, wie es ein Vollformatsensor kann. Durch den Verzicht auf einige Randbereiche des Bildes entsteht der Eindruck, als würden Sie eine längere Brennweite verwenden.

Digitalkameras und ihre Sensorgrößen

Bei kleinen Digitalkameras kommen oft 1/2,3″-Sensoren (ca. 7mm Diagonale) zum Einsatz. Digitale Spiegelreflexkameras verwenden oft ein Format ähnlich dem von APS-C (ca. 28 mm Diagonale). Beispielsweise die Nikon D1 oder – im gehobenen Preisbereich – ein Vollformat gleich dem des Kleinbildformats (z.B. Nikon D4,D5, Z9).

In obenstehender Grafik sind gängige Formate dargestellt, die in digitalen Video- und Fotokameras zum Einsatz kommen.
Im Vergleich sieht man die immensen Unterschiede. Zwischen dem kleinsten und dem größten ist ein 56-facher Unterschied erkennbar. Dieser Unterschied ist einer von mehreren Faktoren, welche die Bildqualität beeinflussen. Der Preis für diese Chips steigt aber leider mit der Fläche. Dabei bietet ein riesiger Sensor nicht zwangsläufig mehr Megapixel.

Der größte bislang gebaute Bildsensor ist von der Firma Canon mit einem Format von 205 mm × 202 mm.

Megapixel, Auflösung und Bildsensor

In der Digitalfotografie wird die gerundete Gesamtzahl der Bildpunkte in Megapixeln (MP) als Anhaltspunkt für die theoretisch erreichbare eines Sensors angegeben.

Die tatsächliche Auflösung hängt aber von vielerlei Faktoren ab. Die Pixelanzahl allein lässt keine Qualitätsaussage zu. Gab es anfangs fast nur das Seitenverhältnis 4:3, gibt es nun zunehmend auch das 3:2-Format des klassischen Kleinbilds sowie Kameramodelle mit 16:9-Format. 

Heute gibt es Digitalkameras mit einer Pixelmenge von 50 Megapixel und mehr. Das bringt natürlich in der späteren Bildqualität nur etwas, wenn das Objektiv auch die Auflösung bietet. Eine Kamera mit hoher Auflösung allein bringt daher noch nichts, wenn das Objektiv nicht mitzieht. Daher sollte man auf eine entsprechende Qualität der Objektive großen Wert legen.

Kit-Objektive, wie sie bei einer Einsteigerkamera dabei liegen, sind für hohe Auflösungen an einer Nikon D850 o.ä. nicht zu gebrauchen.

Als Fotografen hatten wir noch nie so viele großartige Optionen, die erstaunliche Bilder produzieren. Es gibt sehr leistungsfähige Kameras, die alles von Micro Four Thirds-Sensoren über APS-C und Vollformat bis hin zu riesigen Mittelformatsensoren bieten.

Als ich meine erste Vollformat- Nikon bekam (eine Nikon D3), hat sie mich, wie viele andere, umgehauen. Das lag an ihrer Fähigkeit, qualitativ top Bilder bei hohen ISO Werten und bei wenig Licht zu produzieren. Damals war der Wechsel zum Vollformat ein Game Changer, der uns einen Vorteil gegenüber APS-C Sensoren verschaffte.

Nach mehr als 10 Jahren ist das Vollformat immer noch die erste Wahl für die meisten Profis. Aber in den letzten Jahren haben die Hersteller die Grenzen dessen, was Kameras mit kleineren Sensoren leisten können, eweitert. Dies brachte leichtere Kameras und günstige Objektive und Sensoren. Die arbeiten, obwohl sie kleiner sind, auf hohem Niveau. 

Canon und Nikon und Sony haben sich hauptsächlich auf ihre Vollformat- Systeme konzentriert. Sie verfügen nur über eine relativ begrenzte Auswahl an Objektiven für kleinere Sensoren. Das betrifft insbesondere lichtstarke Objektive. Dagegen haben sich Unternehmen wie Fujifilm, Olympus und Panasonic voll auf kleinere Systeme konzentriert. Und eine jeweils große Auswahl an Objektiven entwickelt, die der Qualität der Vollformat- Objektive entsprechen.

Die eigentliche Frage ist: Welches System ist für Ihre Bedürfnisse am besten geeignet, wenn Sie aus so vielen Systemen wählen können? Vielleicht entscheiden Sie sich für zwei verschiedene Systeme, jedes für bestimmte Anwendungen. Ein Großteil der Entscheidung hängt von der geplanten Verwendung der Bilder ab, die man produzieren will.

Kleiner Sensor – Vorteil bei Videos

Was nicht jeder weiß, ist, dass kleinere Bildsensoren auch einige Vorteile haben. Bei Videos bietet der kleinere Sensor eine bessere Gesamtqualität: Er erhöht die Schärfentiefe, die bei Videos erforderlich ist, und verringert die Auswirkungen des „Rolling Shutter“, der beim Fotografieren von sich bewegenden Motiven zu Verzerrung führt. Dies kann auch bei Fotos vorkommen, aber der Effekt ist bei Videos leichter zu erkennen. Ein weiterer großer Vorteil kleinerer Sensoren besteht darin, dass sie eine schnellere Auslesegeschwindigkeit bieten, was wiederum eine schnellere Aufnahme ermöglicht.

Dazu kommen die kleineren Maße der Kamera mit kleinerem Sensor und die Tatsache, dass Kameras mit kleinerem Bildsensor (und Objektive) nicht so schwer sind und weniger kosten.

Betrachten wir nun ein Gerät mit einem sehr kleinen Bildsensor – zum Beispiel ein Smartphone. Da der Sensor sehr klein ist, können die Bilder nicht den gleichen Dynamikumfang aufweisen oder das digitale Rauschen oder die Schärfentiefe so kontrollieren, wie es bei größeren Sensoren möglich ist. Richtig? Richtig. Aber bedenken Sie Folgendes:

Viele Smartphones können mit Hilfe von Hightech den Hintergrund unscharf machen, um die Kontrolle über die Schärfentiefe zu simulieren. Für den Anwender kann es so aussehen, als wäre das Bild mit einem Gerät mit größerem Sensor aufgenommen, aber aufmerksame Betrachter und erfahrene Fotografen können das erkennen.

Wenn Sie eine Kamera benötigen, die qualitativ top Bilder zu geringeren Kosten liefert, sollten Sie die Modelle mit APS-C Bildsensor. Wie bereits erwähnt, haben Sie mit APS-C den Vorteil schnellerer Bildraten, was für Sie ein wichtiger Faktor sein kann, wenn Sie sich für Action- oder Wildlife Fotografie interessieren. Wenn Sie ein leichtes und weniger sperriges System wünschen, sollten Sie das MFT System in Betracht ziehen.

Großer Sensor – Vorteil bei schlechten Lichtverhältnissen

Die Dinge beginnen sich zu unterscheiden, wenn Sie unter weniger idealen Bedingungen fotografieren. Kameras mit größeren Bildsensoren sind den Kameras mit kleineren Sensoren überlegen, wenn Sie höhere ISO-Werte verwenden, um schwaches Licht zu kompensieren. Zwar ist die ISO-Grenze bei jeder Kamera etwas anders, aber wenn Sie hauptsächlich bei gutem Licht fotografieren, ist das kein Problem. Typischerweise ist es der Landschaftsfotograf, der sich am meisten um die Fähigkeit kümmert, große Abzüge zu machen.

Aber Landschaftsfotografen fotografieren fast immer bei Basis-ISO mit einem Stativ, also wen interessiert es, wie sich die Kamera bei ISO 6400 im Vergleich zu anderen Kameras schlägt? Machen Sie sich Sorgen über den geringeren Dynamikbereich kleinerer Sensoren? Auch hier gilt: Wenn Sie Landschaften auf einem Stativ fotografieren, nehmen Sie wahrscheinlich bereits HDR-Belichtungsreihen in kontrastreichen Szenen auf, so dass dies kein Problem darstellt.

Ich schätze den Vorteil, den mir das Vollformat bietet, wenn ich Wildtiere, Sport oder Aufgaben fotografiere, bei denen ich qualitativ hochwertige Bilder produzieren muss, egal wie schlecht das Licht ist.

In der Tat würde ich behaupten, dass für die meisten Fotografen heute der Gewinn durch den Wechsel zum Vollformat die zusätzlichen Kosten und das Gewicht nicht immer wert sind. Ich würde sogar so weit gehen zu sagen, dass man die Unterschiede in den Dateien beim Drucken nicht einmal erkennen kann, es sei denn, man macht riesige Abzüge. Wer jedoch besonders viel im Weitwinkelbereich tätig ist, für den lohnt sich eine Kamera mit Vollformatsensor allemal.

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