In diesem Artikel wird die Frage behandelt: Wie beeinflusst die Sensorgröße Ihrer Digitalkamera verschiedene Arten von Fotografie? Die Sensorgröße entspricht der Auswahl zwischen 35-mm-, Mittelformat- und Großformat-Filmkameras – mit einigen bemerkenswerten Unterschieden, die nur in der Digitaltechnik zu finden sind. Bei diesem Thema herrscht häufig große Verwirrung, da es sowohl so viele verschiedene Größenoptionen als auch so viele Handelsoptionen gibt. Offs in Bezug auf Schärfentiefe, Bildrauschen, Beugung, Kosten und Größe / Gewicht.
Hintergrundinformationen zu diesem Thema finden Sie in Das Tutorial zu Digitalkamerasensoren.
ÜBERBLICK ÜBER SENSORGRÖSSEN
Sensorgrößen bieten derzeit viele Möglichkeiten, abhängig von ihrer Verwendung, dem Preis und der gewünschten Portabilität. Die relative Größe für viele davon wird unten gezeigt:
Die Serien 1Ds / 5D und Nikon D3 von Canon sind die am häufigsten verwendeten Vollbildsensoren. Canon-Kameras wie die Rebel / 60D / 7D haben alle einen 1,6-fachen Crop-Faktor, während herkömmliche Nikon-Spiegelreflexkameras einen 1,5-fachen Crop-Faktor haben. In der obigen Tabelle ist der 1,3-fache Crop-Faktor nicht enthalten, der in Kameras der 1D-Serie von Canon verwendet wird.
Kamerahandys und andere Kompaktkameras verwenden Sensorgrößen im Bereich von ~ 1/4 „bis 2/3 „. Olympus, Fuji und Kodak haben sich zusammengetan, um ein Standard-4/3-System zu entwickeln, das im Vergleich zu 35-mm-Filmen einen 2-fachen Erntefaktor aufweist. Es gibt Mittelformat- und größere Sensoren, diese sind jedoch weitaus seltener und derzeit unerschwinglich teuer wird daher hier nicht speziell angesprochen, aber es gelten immer noch die gleichen Prinzipien.
CROP FACTOR & FOCAL LENGTH MULTIPLIER
Der Erntefaktor ist Die diagonale Größe des Sensors im Vergleich zu einem 35-mm-Vollbildsensor. Dies wird genannt, weil bei Verwendung eines 35-mm-Objektivs ein solcher Sensor (aufgrund seiner begrenzten Größe) so viel Bild an seiner Außenseite effektiv ausschneidet.
35 mm Vollbild-Betrachtungswinkel Man könnte zunächst denken, dass das Wegwerfen von Bildinformationen niemals ideal ist, hat jedoch seine Vorteile . Fast alle Linsen sind in ihrer Mitte am schärfsten, während sich die Qualität zu den Rändern hin zunehmend verschlechtert. Dies bedeutet, dass ein zugeschnittener Sensor die Teile des Bildes mit der niedrigsten Qualität effektiv verwirft. Dies ist sehr nützlich, wenn Objektive mit geringer Qualität verwendet werden (da diese normalerweise die schlechteste Kantenqualität aufweisen).
Unbeschnittenes Foto
Center Crop 
Corner Crop Andererseits bedeutet dies auch, dass man ein viel größeres Objektiv als nötig trägt – ein Faktor, der besonders für diejenigen relevant ist, die ihre Kamera länger tragen Zeiträume (siehe Abschnitt unten). Idealerweise würde man fast das gesamte von der Linse übertragene Bildlicht verwenden, und diese Linse wäre von ausreichend hoher Qualität, so dass ihre Änderung der Schärfe in Richtung ihrer Kanten vernachlässigbar wäre. Zusätzlich ist die optische Leistung des Weitwinkels Objektive sind selten so gut wie längere Brennweiten. Da ein zugeschnittener Sensor gezwungen ist, ein Weitwinkelobjektiv zu verwenden, um den gleichen Blickwinkel wie ein größerer Sensor zu erzeugen, kann dies die Qualität beeinträchtigen. Kleinere Sensoren vergrößern auch den mittleren Bereich des Objektivs stärker, sodass die Auflösungsgrenze bei Objektiven mit geringerer Qualität wahrscheinlich deutlicher wird. Weitere Informationen hierzu finden Sie im Tutorial zur Qualität von Kameraobjektiven.
In ähnlicher Weise bezieht der Brennweitenmultiplikator die Brennweite eines Objektivs, das in einem kleineren Format verwendet wird, auf ein 35-mm-Objektiv, das einen äquivalenten Blickwinkel erzeugt, und ist gleich dem Erntefaktor. Dies bedeutet, dass ein 50-mm-Objektiv, das bei einem Sensor mit einem 1,6-fachen Crop-Faktor verwendet wird, dasselbe Sichtfeld erzeugt wie ein 1,6 x 50 = 80-mm-Objektiv bei einem 35-mm-Vollbildsensor.
Seien Sie gewarnt dass diese beiden Begriffe etwas irreführend sein können. Die Brennweite des Objektivs ändert sich nicht, nur weil ein Objektiv für einen Sensor unterschiedlicher Größe verwendet wird – nur für seinen Blickwinkel. Ein 50-mm-Objektiv ist unabhängig vom Sensortyp immer ein 50-mm-Objektiv. Gleichzeitig ist der „Zuschneidefaktor“ möglicherweise nicht geeignet, um sehr kleine Sensoren zu beschreiben, da das Bild nicht unbedingt ausgeschnitten wird (bei Verwendung von Objektiven, die für diesen Sensor entwickelt wurden).
Überlegungen zu Linsengröße und Gewicht
Kleinere Sensoren erfordern leichtere Objektive (für äquivalenten Blickwinkel, Zoombereich, Verarbeitungsqualität und Blendenbereich). Dieser Unterschied kann für Wildtiere, Wanderungen und Reisefotografien von entscheidender Bedeutung sein, da bei all diesen häufig schwerere Objektive verwendet werden oder für längere Zeiträume eine Ausrüstung erforderlich ist.Die folgende Tabelle zeigt diesen Trend für eine Auswahl von Canon-Teleobjektiven, die für die Sport- und Tierfotografie typisch sind:
Dies impliziert, dass das Motiv auf einer 35-mm-Kamera denselben Bruchteil des Bildes einnehmen muss wie auf einem 200-mm-1: 2,8-Objektiv einer Kamera mit einem 1,5-fachen Zuschneidefaktor (300 mm erforderlich) f / 2.8 Objektiv) müsste man 3,5X so viel Gewicht tragen! Dies ignoriert auch den Größenunterschied zwischen den beiden, was wichtig sein kann, wenn man nicht in der Öffentlichkeit auf sich aufmerksam machen möchte. Darüber hinaus kosten schwerere Objektive in der Regel viel mehr.
Für SLR-Kameras und größere Sensorgrößen führen zu größeren und klareren Sucherbildern, was besonders bei der manuellen Fokussierung hilfreich sein kann. Diese sind jedoch auch schwerer und kosten mehr, da sie ein größeres Prisma / Pentaspiegel erfordern, um das Licht vom Objektiv in den Sucher und in Richtung Ihres Auges zu übertragen.
FELDENTIEFENANFORDERUNGEN
Mit zunehmender Sensorgröße nimmt die Schärfentiefe für eine bestimmte Blende ab (wenn der Rahmen mit einem Motiv gleicher Größe und Entfernung gefüllt wird). Dies liegt daran, dass bei größeren Sensoren ein Objekt näher an das Motiv herangehen oder eine längere Brennweite verwendet werden muss, um den Rahmen mit diesem Motiv zu füllen. Dies bedeutet, dass immer kleinere Aperturgrößen verwendet werden müssen, um bei größeren Sensoren die gleiche Schärfentiefe beizubehalten. Der folgende Rechner sagt die erforderliche Blende und Brennweite voraus, um die gleiche Schärfentiefe zu erreichen (unter Beibehaltung der Perspektive).
* Wenn dieselbe Perspektive gewünscht wird.
Als Beispiel Berechnung: Wenn man auf einem Vollbildsensor die gleiche Perspektive und Schärfentiefe reproduzieren möchte wie mit einem 10-mm-Objektiv bei 1: 11 auf einer Kamera mit einem 1,6-fachen Crop-Faktor, müsste man ein 16-mm-Objektiv verwenden und eine Blende von ungefähr 1: 18. Wenn man alternativ ein 50 mm 1: 1,4-Objektiv für einen Vollbildsensor verwendet, würde dies eine Schärfentiefe erzeugen, die so gering ist, dass bei einer Kamera mit einem 1,6-fachen Crop-Faktor eine Blende von 0,9 erforderlich wäre – mit Consumer-Objektiven nicht möglich!
Porträt (flacher DoF)
Landschaft (großer DoF)
Eine flachere Schärfentiefe kann für Porträts wünschenswert sein, da sie die Hintergrundunschärfe verbessert, während a Für die Landschaftsfotografie ist eine größere Schärfentiefe wünschenswert. Aus diesem Grund haben Kompaktkameras Schwierigkeiten, in Porträts eine signifikante Hintergrundunschärfe zu erzeugen, während Großformatkameras Schwierigkeiten haben, in Landschaften eine ausreichende Schärfentiefe zu erzeugen.
Beachten Sie, dass der obige Rechner davon ausgeht, dass Sie ein Objektiv auf dem neuen Sensor haben (# 2), die den gleichen Blickwinkel wie auf dem Originalsensor (# 1) wiedergeben kann. Wenn Sie stattdessen dasselbe Objektiv verwenden, bleiben die Anforderungen an die Blende gleich (Sie müssen sich jedoch Ihrem Motiv nähern). Diese Option ändert jedoch auch die Perspektive.
EINFLUSS DER DIFFRAKTION
Größere Sensorgrößen können kleinere Aperturen verwenden, bevor die Beugungsluftscheibe größer als der Verwirrungskreis wird (bestimmt durch die Druckgröße) und Schärfekriterien). Dies liegt vor allem daran, dass größere Sensoren nicht so stark vergrößert werden müssen, um die gleiche Druckgröße zu erreichen. Als Beispiel: Man könnte theoretisch einen digitalen Sensor verwenden, der 8 x 10 Zoll groß ist, und daher müsste sein Bild für einen 8 x 10 Zoll-Druck überhaupt nicht vergrößert werden, während ein 35 mm-Sensor eine signifikante Vergrößerung erfordern würde.
Verwenden Sie den folgenden Taschenrechner, um abzuschätzen, wann die Beugung die Schärfe verringert. Beachten Sie, dass dies nur angezeigt wird, wenn die Beugung bei 100% iger Anzeige auf dem Bildschirm sichtbar ist. Ob dies im endgültigen Druck erkennbar ist, hängt auch vom Betrachtungsabstand und der Druckgröße ab. Um dies ebenfalls zu berechnen, besuchen Sie bitte: Beugungsgrenzen und Fotografie.
Beachten Sie, dass der Beginn der Beugung allmählich erfolgt, sodass Blenden, die geringfügig größer oder kleiner als die oben genannte Beugungsgrenze sind, nicht plötzlich auftreten besser oder schlechter. Darüber hinaus ist das Obige nur eine theoretische Grenze; Die tatsächlichen Ergebnisse hängen auch von den Linseneigenschaften ab. Die folgenden Diagramme zeigen die Größe der luftigen Scheibe (theoretische maximale Auflösungsfähigkeit) für zwei Öffnungen gegen ein Gitter, das die Pixelgröße darstellt:
Auflösung der Pixeldichtegrenzen
(flache DOF-Anforderung)
Auflösung der Airy Disk Limits
(Deep DOF-Anforderung)
Eine wichtige Implikation der obigen Ergebnisse ist, dass das beugungsbegrenzte Pixel Bei größeren Sensoren nimmt die Größe zu (wenn die Anforderungen an die Schärfentiefe gleich bleiben).Diese Pixelgröße bezieht sich darauf, wann die Größe der luftigen Platte zum begrenzenden Faktor für die Gesamtauflösung wird – nicht die Pixeldichte. Darüber hinaus ist die beugungsbegrenzte Schärfentiefe für alle Sensorgrößen konstant. Dieser Faktor kann bei der Auswahl einer neuen Kamera für den beabsichtigten Gebrauch von entscheidender Bedeutung sein, da mehr Pixel möglicherweise nicht unbedingt eine höhere Auflösung bieten (für Ihre Anforderungen an die Schärfentiefe). Tatsächlich können mehr Pixel sogar die Bildqualität beeinträchtigen, indem das Rauschen erhöht und der Dynamikbereich verringert wird (nächster Abschnitt).
PIXELGRÖSSE: Rauschpegel & DYNAMISCHER BEREICH
Größere Sensoren haben im Allgemeinen auch größere Pixel (obwohl dies nicht immer der Fall ist), wodurch sie das Potenzial haben, ein geringeres Bildrauschen und einen höheren Dynamikbereich zu erzeugen. Der Dynamikbereich beschreibt den Bereich von Tönen, den ein Sensor unten erfassen kann, wenn ein Pixel vollständig weiß wird, aber oben, wenn die Textur vom Hintergrundrauschen nicht erkennbar ist (nahezu schwarz). Da größere Pixel ein größeres Volumen und damit einen größeren Bereich der Photonenkapazität haben, haben diese im Allgemeinen einen höheren Dynamikbereich.
Hinweis: Hohlräume gezeigt, ohne dass Farbfilter vorhanden sind
Darüber hinaus erhalten größere Pixel während einer bestimmten Belichtungszeit (bei derselben Blende) einen größeren Photonenfluss, sodass ihr Lichtsignal viel stärker ist. Bei einer bestimmten Menge an Hintergrundgeräuschen führt dies zu einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis – und damit zu einem weicher aussehenden Foto.
Größer Pixel (mit einem größeren Sensor)
Kleinere Pixel (mit einem kleineren Sensor)
Dies ist jedoch nicht immer der Fall, da das Ausmaß des Hintergrundrauschens auch vom Herstellungsprozess des Sensors abhängt und davon, wie effizient die Kamera Toninformationen aus jedem Pixel extrahiert (ohne zusätzliches Rauschen einzuführen). Im Allgemeinen gilt der obige Trend jedoch. Ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt ist, dass selbst wenn zwei Sensoren bei 100% das gleiche scheinbare Rauschen aufweisen, der Sensor mit der höheren Pixelanzahl einen saubereren endgültigen Druck erzeugt. Dies liegt daran, dass das Rauschen für den Sensor mit höherer Pixelanzahl (für eine gegebene Druckgröße) weniger vergrößert wird, daher hat dieses Rauschen eine höhere Frequenz und erscheint daher feinkörniger.
KOSTEN FÜR DIE HERSTELLUNG DIGITALER SENSOREN
Die Kosten eines digitalen Sensors steigen mit zunehmender Fläche dramatisch an. Dies bedeutet, dass ein Sensor mit der doppelten Fläche mehr als doppelt so viel kostet, sodass Sie effektiv mehr pro Einheit „Sensorimmobilie“ zahlen, wenn Sie zu größeren Größen wechseln.
Silicon Wafer (unterteilt in kleine Sensoren)
Silicon Wafer (unterteilt in große Sensoren)
Man kann dies verstehen, wenn man sich ansieht, wie Hersteller ihre digitalen Sensoren herstellen. Jeder Sensor ist aus einer größeren Schicht aus Siliziummaterial geschnitten, die als Wafer bezeichnet wird und Tausende einzelner Chips enthalten kann. Jeder Wafer ist extrem teuer (Tausende von Dollar), daher führen weniger Chips pro Wafer zu viel höheren Kosten pro Chip. Darüber hinaus steigt die Wahrscheinlichkeit, dass ein irreparabler Defekt (zu viele heiße Pixel oder auf andere Weise) in einem bestimmten Sensor endet, mit der Sensorfläche, weshalb der Prozentsatz der verwendbaren Sensoren mit zunehmender Sensorfläche abnimmt (Ausbeute pro Wafer). Unter der Annahme, dass diese Faktoren (Chips pro Wafer und Ausbeute) am wichtigsten sind, steigen die Kosten proportional zum Quadrat der Sensorfläche (ein Sensor, der 2-mal so groß ist, kostet 4-mal so viel). Die reale Fertigung hat ein komplizierteres Verhältnis von Größe zu Kosten, aber dies gibt Ihnen eine Vorstellung von explodierenden Kosten.
Dies bedeutet jedoch nicht, dass Sensoren bestimmter Größe immer unerschwinglich teuer sind. Ihr Preis kann möglicherweise fallen, aber die relativen Kosten eines größeren Sensors bleiben im Vergleich zu einer kleineren Größe wahrscheinlich erheblich teurer (pro Flächeneinheit).
ANDERE ÜBERLEGUNGEN
Einige Objektive sind nur für bestimmte Sensorgrößen erhältlich (oder funktionieren möglicherweise nicht wie vorgesehen). Dies kann auch eine Überlegung sein, wenn diese Ihrem Fotografie-Stil helfen. Ein bemerkenswerter Typ sind Neigungs- / Verschiebungslinsen, mit denen die scheinbare Schärfentiefe mithilfe der Neigungsfunktion erhöht (oder verringert) werden kann. Tilt / Shift-Objektive können auch Shift verwenden, um die Perspektive zu steuern und konvergierende vertikale Linien zu reduzieren (oder zu eliminieren), die durch das Zielen der Kamera über oder unter den Horizont verursacht werden (nützlich in der Architekturfotografie). Darüber hinaus sind schnelle Ultraweitwinkelobjektive (1: 2,8 oder größer) nicht so häufig für beschnittene Sensoren, was bei Sport oder Fotojournalismus ein entscheidender Faktor sein kann.
SCHLUSSFOLGERUNGEN: GESAMTBILDDETAIL & WETTBEWERBSFAKTOREN
Die Schärfentiefe ist für Sensoren mit größerem Format viel geringer, man könnte jedoch auch a verwenden kleinere Blende vor Erreichen der Beugungsgrenze (für die von Ihnen gewählte Druckgröße und Schärfekriterien). Welche Option hat also das Potenzial, das detaillierteste Foto zu erstellen? Größere Sensoren (und entsprechend höhere Pixelzahlen) liefern zweifellos mehr Details, wenn Sie es sich leisten können, die Schärfentiefe zu opfern. Wenn Sie jedoch die gleiche Schärfentiefe beibehalten möchten, haben größere Sensorgrößen nicht unbedingt einen Auflösungsvorteil. Darüber hinaus ist die beugungsbegrenzte Schärfentiefe für alle Sensorgrößen gleich. Mit anderen Worten, wenn man die kleinste Apertur verwenden würde, bevor die Beugung signifikant wird, würden alle Sensorgrößen die gleiche Schärfentiefe erzeugen – obwohl die beugungsbegrenzte Apertur unterschiedlich sein wird.
Ein weiteres wichtiges Ergebnis ist, dass die erforderliche Belichtungszeit mit der Sensorgröße bei gleicher Empfindlichkeit zunimmt, wenn die Schärfentiefe der begrenzende Faktor ist. Dieser Faktor ist wahrscheinlich am relevantesten für die Makro- und Nachtbildfotografie. Beachten Sie, dass selbst wenn Fotos in einem kleineren Format mit dem Handheld aufgenommen werden können, dieselben Fotos nicht unbedingt im größeren Format mit dem Handheld aufgenommen werden müssen.
Andererseits erhöhen sich die Belichtungszeiten möglicherweise nicht unbedingt um eins Dies könnte zunächst angenommen werden, da größere Sensoren im Allgemeinen ein geringeres Rauschen aufweisen (und es sich daher leisten können, eine ISO-Einstellung mit höherer Empfindlichkeit zu verwenden, während ein ähnliches wahrgenommenes Rauschen beibehalten wird).
Idealerweise wahrgenommenes Rauschen Die Pegel (bei einer bestimmten Druckgröße) nehmen im Allgemeinen mit größeren Digitalkamerasensoren (unabhängig von der Pixelgröße) ab.
Unabhängig von der Pixelgröße haben größere Sensoren unvermeidlich mehr Lichtsammelfläche. Theoretisch hat ein größerer Sensor mit kleineren Pixeln immer noch ein geringeres scheinbares Rauschen (für eine bestimmte Druckgröße) als ein kleinerer Sensor mit größeren Pixeln (und eine daraus resultierende viel geringere Gesamtpixelzahl). Dies liegt daran, dass das Rauschen in der Kamera mit höherer Auflösung weniger vergrößert wird, auch wenn es auf Ihrem Computerbildschirm zu 100% lauter aussieht. Alternativ könnte man möglicherweise benachbarte Pixel in dem Sensor mit höherer Pixelanzahl mitteln (wodurch zufälliges Rauschen reduziert wird), während immer noch die Auflösung des Sensors mit niedrigerer Pixelanzahl erreicht wird. Aus diesem Grund sehen Bilder, die für das Web verkleinert wurden, und kleine Ausdrucke so rauschfrei aus.
Insgesamt: Größere Sensoren bieten im Allgemeinen mehr Kontrolle und größere künstlerische Flexibilität, jedoch bei die Kosten für größere Objektive und teurere Geräte. Diese Flexibilität ermöglicht es, mit einem kleineren Sensor (falls gewünscht) eine geringere Schärfentiefe als möglich zu erzielen, aber dennoch eine vergleichbare Schärfentiefe wie mit einem kleineren Sensor zu erzielen, indem eine höhere ISO-Empfindlichkeit und eine kleinere Blende verwendet werden (oder wenn ein Stativ verwendet wird) ).