Fotografie-Experten: ISO und Exposure bei modernen Knipsen

[bemymonkey]

So, mal was für die Fotografie-Experten:

1. Wie wird an einem modernen Kamera-Sensor (CMOS oder CCD) die ISO Empfindlichkeit verstellt? Wie kann man sich das vorstellen?

Ist das:

a) Eine Art Verstärker mit justierbarem Gain, der hinter dem Sensor sitzt? Bei CCDs gibt es ja auf jeden Fall einen solchen Verstärker (siehe hier: http://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device unter "Basics of operation"), aber ist es tatsächlich der Verstärkungsfaktor dessen, der durch die ISO Einstellung gesteuert wird? Wieso wird dann nicht der "Stream" schon vor dem Verstärker abgefangen, so dass man direkt an diesem arbeiten kann und die Verstärkung dann nachher in aller Ruhe einstellen kann?
b) Eine Stellgröße am Sensor selbst (wobei ich mir nicht vorstellen könnte, was - so etwas wie ne Betriebsspannung gibt es da ja nicht, oder?)?
c) Digitale Nachbearbeitung in der Kamera selbst? Glaube ich auch eher weniger, da sonst ja niemand sich schon beim Fotografieren darauf festlegen wollen würde.

Oder doch etwas ganz Anderes?


2. Welchen Einfluss hat die "Exposure" Einstellung bei modernen Digitalkameras (auch Kompakt-Knipsen)?

Ist das:

a) Eine Zielvorgabe für die Helligkeit, welche durch automatische Einstellung von Blende, ISO-Empfindlichkeit und Belichtungszeit erreicht werden sollte?
b) Eine weitere Stellgröße an dem Sensor selbst?



Kann das jemand in kurzen Worten erklären, die man auch versteht, ohne sich erst mal komplett in die Funktionsweise von CCD und CMOS Sensoren einzulesen?

Die ganzen Artikel zu ISO Empfindlichkeit bei Digitalkameras, die ich bis jetzt gefunden habe, beziehen sich nur auf die Praxis beim Fotografieren... das ist ja langweilig

Danke im Voraus


-edit- Kann's sein, dass die Exposure Einstellung in Knipsen grundsätzlich eigentlich nur eine Exposure Compensation ist? Auch dann würde allerdings noch die obige Frage gelten...

 

[Tiarez]

Du hast es richtig erfasst: Der Sensor einer Digitalkamera ist ein höchst analoges Bauteil, dessen Signale verstärkt werden. High-Iso = High Gain. Die Rauschunterdrückung wird dann im digitalen Prozess eingesetzt - leider bei einigen Kameras schon vor Ausgabe der RAW-Daten.

Gruß

Thomas

 

[qwali]

Korrekterweise ist dies nicht korrekt ;-)
Heutzutage werden großflächig CMOS eingesetzt, CCDs sind in Digiknipsen stark rückläufig. Und CMOS entrauscht bereits auf dem Chip (in Grundzügen). Später kann (und wird) natürlich per Software nachgeregelt. Beeindruckend ist das wenn man das Ergebnis einer Sony, Nikon und Pentax mit dem selben (Sony) Sensor nebeneinander sieht.

 

[bemymonkey]

Hmmm, und wieso greift man das Signal nicht schon vor dem Verstärker ab (oder in der niedrigsten Verstärkungsstufe, also bei nativem ISO) und bearbeitet das Ganze dann später weiter? Würden einem da nicht deutlich mehr (und bessere) Möglichkeiten zur Regelung der Verstärkung bleiben?

Stimmte auch das mit der Exposure Compensation? Oder wird da tatsächlich noch ein weiterer Parameter verändert?

 

[MarcusAgrippa]

wieso greift man das Signal nicht schon vor dem Verstärker ab (oder in der niedrigsten Verstärkungsstufe, also bei nativem ISO) und bearbeitet das Ganze dann später weiter?

Jibbet doch, in manchen Apparaten! Die RAW-Formate

 

[bemymonkey]

Achso? Ich dachte immer, die sind auch post-ISO...?

 

[Tiarez]

Nein, auch RAWS sind schon verstärkt.

Und das Signal muss verstärkt werden, um eine bestimmte Dynamikbandbreite vor der AD-Wandlung zu haben.

Gruß

Thomas

 

[bemymonkey]

Und das Signal muss verstärkt werden, um eine bestimmte Dynamikbandbreite vor der AD-Wandlung zu haben.

Wieso dann aber nicht einfach nur so weit verstärken, dass es gerade so mit gutem SNR digitalisiert werden kann, und die weitere (wirklich destruktive) Verstärkung später am Rechner vornehmen, wenn man auch direkt sieht, ob es sich auf das Bild negativ auswirkt, und noch die Wahl hat?

Macht es z.B. Sinn, grundsätzlich mit der nativen Empfindlichkeit des Sensors zu fotografieren, und dann später am Rechner die Helligkeit anzupassen? Bekommt man hier grundsätzlich weniger oder mehr Rauschen?

 

[Tiarez]

Das ist doch genau der Sinn der Sache - Du (oder die Automatik) stellt die ISOs genau so ein, dass mit akzeptablen Blenden- und Zeitwerten gearbeitet werden kann. Wer im Sonnenschein mit hohen ISOs fotografiert, bereut.... so auch ich vor zwei Monaten auf Amrum: Weißer Strand und Sonne und ISO 800 inch:

Nein... das klappt nicht. Ich habe in Grenzsituationen oftmals um zwei bis drei Blenden unterbelichtet, um das Bild noch aus der Hand halten zu können und dann in der EBV aufgeholt - rauscht genau so.

Gruß

Thomas

 

[bemymonkey]

Nein... das klappt nicht. Ich habe in Grenzsituationen oftmals um zwei bis drei Blenden unterbelichtet, um das Bild noch aus der Hand halten zu können und dann in der EBV aufgeholt - rauscht genau so.

Hätte aber den Vorteil, dass man das erwünschte Verhältnis zwischen Rauschen und Belichtung auch noch nachträglich einstellen kann...

 

[Thomebau]

Deswegen benutzt man ja auch immer die niedrigst mögliche Iso Einstellung (geringere Verstärkung). So hoch dass die dunklen Bereiche nicht absaufen und so niedrig dass die hellen nicht überbelichtet sind.
Wenn man Iso >800 braucht dann muss man eben mit Bildrauschen leben oder man muss blitzen oder länger belichten (was auch nicht immer geht).
Belichtungszeit passt man an je nach dem ob das Objekt in Bewegung ist oder nicht. Ob man ein Stativ und/oder einen Blitz hat oder nicht. Die Blende nutze ich in der Regel nur um die Tiefenschärfe zu beeinflussen.

Nur die Empfindlichkeit des Sensors (bzw. die Verstärkung des Signals) zu verstellen führt alleine nicht zum Ziel. In erster Linie muss man die Signalverstärkung so gering wie nötig halten. Das sollte erst dann zum Einsatz kommen wenn man das vor dem Sensor nicht mehr weiter optimieren kann.

Kurz worauf ich hinnaus will: Man kann sich nicht darauf versteifen möglichst wenig das Signal des Sensors zu verstärken, manchmal ist das eben notwendig!

 

[bemymonkey]

Deswegen benutzt man ja auch immer die niedrigst mögliche Iso Einstellung (geringere Verstärkung). So hoch dass die dunklen Bereiche nicht absaufen und so niedrig dass die hellen nicht überbelichtet sind.

Und wenn Du Dich verschätzt, ist das Bild ruiniert... blöd gelaufen oder *eigentlich* vermeidbar?

 

[Tiarez]

Erfahrung oder eine gute ISO-Automatik... aus einer RAW-Datei kann man oft noch abgesoffene oder überbelichtete Bereiche behutsam "restaurieren"...

Aber ganz ehrlich: Ich habe lieber ein richtig lichtstarkes Glas vor dem Sensor, anstatt mit einer Anfangsblende von 5,6 in der Dämmerung schon Rausch-Probleme zu bekommen. Und so beeindruckend die modernen Sensoren sind: Man sieht die Arbeit der Rauschunterdrückung.

Gruß

Thomas

 

[Grinch]

Wieso dann aber nicht einfach nur so weit verstärken, dass es gerade so mit gutem SNR digitalisiert werden kann, und die weitere (wirklich destruktive) Verstärkung später am Rechner vornehmen, wenn man auch direkt sieht, ob es sich auf das Bild negativ auswirkt, und noch die Wahl hat?

Macht es z.B. Sinn, grundsätzlich mit der nativen Empfindlichkeit des Sensors zu fotografieren, und dann später am Rechner die Helligkeit anzupassen? Bekommt man hier grundsätzlich weniger oder mehr Rauschen?

Wenn du unter "gerade so gutem SNR" die benötigte ISO Einstellung verstehst, mit der das Bild mit der gewählten Zeit und Blende richtig belichtet wird, stimme ich dir zu, und genau so funktioniert auch die Automatik
Wenn du damit meinst es reicht auch sich auf das erste Viertel des Histogramms zu beschränken, dann würde ich den SNR nicht mehr als gut bezeichnen

Also ich hab jedenfalls die Erfahrung gemacht, dass eine höhere ISO-Empfindlichkeit zur Aufnahme weniger Rauschen produziert, als hinterher bei RAWs "nachzubelichten".

Ich entwickle zwar keine CMOS Sensoren oder Firmwares, aber nach meinem Verständnis hast du dabei auch die geringsten Quantisierungsverluste und damit am Ende das beste SNR bei der A/D Wandlung.
Beispiel:
nehmen wir an wir können 256 Werte unterscheiden zwischen 0 und 255mV.
Jetzt stelle ich auf ISO100 und belichte. Das Pixel hat eine Spannung von 12320µV. Also sagt mein AD-Wandler => 12. Ich drehe im RAW die Belichtung hoch, sagen wir um den Faktor 4 => 48
Jetzt stellen wir den Chip auf ISO400, ergibt eine Spannung von 49280µV und der Wandler erkennt 49, deutlich kleinerer Fehler (280µV vs 1280µV).

Aber klar, um so weniger Licht auf den Sensor kommt und so stärker das Rauschen, egal wo ich verstärke, aber wenn dann besser vor der A/D Wandlung. Also ich halte nichts davon mit ISO50 und Blende 8 in 1/50s das Candle-Light-Dinner festzuhalten

Und zu deiner 2. Frage.. das was wohl bei den meisten Kameras unter Exposure verstanden wird, ist die Exposure Compensation. Du stellst bei der Belichtung einen bestimmten Modus ein, der den zur Belichtungsmessung herangezogenen Bereich und Gewichtung definiert. Und dann haben irgendwelche schlauen Leute rausgefunden, dass das durchschnittliche Motiv eine durchschnittliche Helligkeit von 18% Grau hat und darauf basiert am Ende die Ermittlung der Belichtungsparameter - oder zumindest das Grundprinzip. Doof ist jetzt nur, wenn das Motiv mehr oder weniger Licht reflektiert (also z.B. komplett schwarz ist). Und um genau das auszugleichen gibts dann halt die Belichtungskorrektur.
Hat also mit Einstellungen des Sensors direkt nichts zu tun, es geht rein um die Belichtungsparameter - wozu aber ggf. natürlich auch Auto ISO gehört.

 

[bemymonkey]

Also ich hab jedenfalls die Erfahrung gemacht, dass eine höhere ISO-Empfindlichkeit zur Aufnahme weniger Rauschen produziert, als hinterher bei RAWs "nachzubelichten".

Das ist mal ne klare Ansage, danke - mir fehlt nämlich die Hardware um das zu testen

nehmen wir an wir können 256 Werte unterscheiden zwischen 0 und 255mV.
Jetzt stelle ich auf ISO100 und belichte. Das Pixel hat eine Spannung von 12320µV. Also sagt mein AD-Wandler => 12. Ich drehe im RAW die Belichtung hoch, sagen wir um den Faktor 4 => 48
Jetzt stellen wir den Chip auf ISO400, ergibt eine Spannung von 49280µV und der Wandler erkennt 49, deutlich kleinerer Fehler (280µV vs 1280µV).

Willst Du damit sagen, dass der limitierende Faktor die Bittiefe der AD-Wandlung ist? Das könnte ich wohl gerade so noch nachvollziehen...

Hat also mit Einstellungen des Sensors direkt nichts zu tun, es geht rein um die Belichtungsparameter - wozu aber ggf. natürlich auch Auto ISO gehört.

Alles klar... in Full-Manual existiert die Einstellung dann wohl gar nicht, oder wie? Ich merke langsam, ich brauch mal ne richtige Kamera...

 

[Tiarez]

Was hast Du denn eigentlich vor?

Gruß

Thomas

 

[bemymonkey]

Nichts Besonderes... ich war nur neugierig

Hab seit meiner alten analogen SLR nicht mehr richtig fotografiert, und wollte halt mal wissen, wieso man das im Digitalen so merkwürdig macht

 

[Tiarez]

Macht man nicht...

Die selektive oder Mehrfeldmessung bei der Belichtung gibts schon lange, gezieltes Unter- oder Überbelichten auch, samt nachträglichem Pushen beim Entwickeln.

Ich habe für mich festgestellt, dass mir die Möglichkeiten der digitalen Fotografie zu viel Spielraum lassen, was zu immer mehr Bildern führte, von denen immer weniger gut waren.

Also fotografiere ich wieder analog - man denkt wieder mehr nach, wenn man nur 16 Bilder machen kann....

Gruß

Thomas

 

[bemymonkey]

Hmmm, ob meine Minolta noch tut? Mal sehen, ob ich das Ding noch finde... und wo ich noch nen 200er B&W Film her bekomme...

 

[Tiarez]

Gibt es alles. Kannst bei den heutigen Emulsionen auch bis 400 gehen - Kodak T-Max oder TRI-X

Gruß

Thomas