SLR im Fokus

Wie funktioniert der Autofokus von digitalen SLR Kameras? Ein Thema das den einen oder anderen sicherlich brennend interessiert insbesondere, weil es damit auch schon einmal Probleme gibt.

Im Gegensatz zur Fokussierung bei Consumerkameras können die Spiegelreflexkameras die präzise Fokussierung nicht über die Analyse eines Bildes vom eingebauten Sensor vornehmen, weil bei der Fokussierung der Verschluss der Kamera geschlossen ist und der Spiegel sich im Strahlengang befindet. Deshalb besitzen SLR (single lens reflection) Kameras extra Autofokussensoren. Diese Sensoren befinden sich hinter dem Spiegel im Boden der Kameras. Damit der Autofokus arbeiten kann, während der Benutzer durch den Sucher schaut, ist der Spiegel im Zentrum teildurchlässig und ein kleiner Spiegel dahinter lenkt das Licht auf die Autofokussensoren.

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Prinzip der digitalen SLR Kamera mit Autofokussensor

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Wie sicher sind digitale Daten? / Wie können Digitale Daten gesichert werden?

Wenn wir heute unsere Dias aus den 60er Jahren aus der Kiste holen, so sind die Farben vielleicht nicht mehr ganz frisch, aber das Motiv lässt sich noch gut erkennen. Haben wir aber 1980 unsere Daten auf eine 10“ Diskette gesichert, so finden sich heute fast keine Laufwerke und Computer mehr, um diese auszulesen.

Haltbarkeit von Datenträgern
Diese Aussagen sind zwar richtig, aber inzwischen hat sich diesbezüglich einiges geändert. So sind meine CDs, die ich Mitte der 80er gekauft habe, heute noch auf jedem CD Spieler abspielbar, sofern sie nicht mechanisch beschädigt wurden. Auch meine selbst gebrannten Scheiben von 1995 lassen sich noch problemlos lesen, wobei es zum Zeitpunkt der Erstellung auch Rohlinge von niederer Qualität gab, die sich vielleicht nicht mehr lesen lassen.
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d-SLR Vergleichstest

SLR Kameras im Praxistest

Das Testen digitaler Kameras im Labor ist ein Verfahren, dass mit einem geringen Zeitaufwand und hoher Reproduzierbarkeit die Qualität digitaler Kameras erfassen und in einen messbaren Zusammenhang stellen soll. Dieses erfolgt in unserem Testlabor seit vielen Jahren mit grossem Erfolg. Von Zeit zu Zeit ist es aber notwendig diese Verfahren anhand von Kontrollen mit Bildern aus dem täglichen Leben zu überprüfen, was wir in Auszügen mit drei Spiegelreflexkameras einer Canon EOS 20D, einer Nikon D70 und einer Fujifilm FinePix S3Pro vergleichend getan haben.
Beurteilt wurden die Bilder auf einem kalibrierten und profilierten Monitor der Spitzenklasse. Die Kameras wurden der Vergleichbarkeit wegen alle mit Einzelfeld Autofokus und Programmautomatik im sRGB Modus und der Standardeinstellung betrieben. (Bitte beachten Sie, dass zur eigenen Beurteilung der Bilder ebenfalls ein Öffnen in einem Colormanagement-fähigen Bildbearbeitungsprogramm z.B. Photoshop und ein sauber kalibrierter und profilierter Monitor erforderlich ist.) Es wurden bewusst keine Rohdaten aufgenommen sondern JPEG Bilder in höchster Qualität, weil nur wenige Anwender die Zeit für die Einzelbildbearbeitung aufbringen wollen und deshalb überwiegend mit Jpeg arbeiten. Alle Bilder wurden aus der Hand aufgenommen, um praxisnahe Bedingungen zu schaffen.
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Tinte zu Papier gebracht

Auf den ersten Blick scheint es einfach, die Anforderungen an einen Tintenstrahlausdruck zu formulieren. Ohne sichtbare Druckpunkte, auf kartonstarkem Papier, mit brillanten Farben und guter Schärfe sollen die Bilder als Fotos zum Leben erweckt werden.
Auf den zweiten Blick kommen eine Reihe weiterer Anforderungen hinzu. Schnelle Trocknung, hohe Druckgeschwindigkeiten, Wasserfestigkeit, lichtbeständige Farben, kein Vergilben und hohe Lagerungsbeständigkeit bei unterschiedlichen klimatischen Verhältnissen sind weitere Merkmale einer guten Papier-Tinten-Kombination.
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Speicherkarten

Wer digital fotografiert, benutzt keine Filme ein, sondern eine dieser nur wenige Zentimeter großen Speicherkarten. Ob CompactFlash-, SD-, MMC- Memory- tick oder xD-Karte, alle Typen sind ähnlich aufgebaut und basieren auf den gleichen Schlüsseltechnologien. Die einzige Ausnahme unter den Speicherkarten stellt das zu CompactFlash-Karten kompatible Microdrive dar, das eine rotierende Magnetplatte enthält – ähnlich einer Festplatte – statt der sonst üblichen „Flash-Memory“-Bausteine. Einen weiteren Sonderweg abseits der Karten ging Sony mit den Mavica-Kameras und deren eingebauten Disketten- oder CD-Laufwerken. Allerdings sind Disketten für die aktuellen Dateigrößen längst zu klein, und CDs führen zu unförmig großen Kameragehäusen, weswegen auch Sony längst die Cybershot-Linie mit Speicherkarten in den Mittelpunkt seiner Kameraaktivitäten stellt. Im Folgenden geht es denn auch ausschließlich um das Funktionsprinzip der Speicherkarten.

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Sensoren

Sensorwirrwarr CCD kontra CMOS

Einige Jahre ist es nun her, dass die CMOS Sensoren als lichtelektrische Wandler Einzug in Digitalkameras hielten. Ende der 90er Jahre lieferten sie eher schlechte Bilder. Heute hat sich das drastisch geändert und diese Sensoren werden unter anderem in professionellen Spiegelreflexkameras wie der Canon EOS 1D Serie und der Nikon D2 Serie eingesetzt.

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Rauschen

Die verschiedenen Arten des Rauschens:

Fixed Pattern noise
Aufgrund von Herstellungstoleranzen weist jedes Pixel eine etwas unterschiedliche Empfindlichkeit auf, was sich bei gleichmäßigen Flächen im Bild durch leichte Schwankungen von Pixel zu Pixel bemerkbar macht.

Photon shot noise
Bei gleicher Beleuchtung besteht eine statistische Abweichung in der Anzahl der dadurch erzeugten freien Elektronen. Dieses macht sich ebenfalls durch leichte Schwankungen von Pixel zu Pixel bemerkbar.

Dark current shot noise
Auch ohne Licht werden temperaturabhängig freie Elektronen in jedem Pixel erzeugt, die das Bild in den dunklen Bereich stören können.

Reset noise

Nach dem Auslesen des Verstärkers, der die Elektronen in elektrische Spannungen umsetzt, muss dieser zurückgesetzt werden, wobei eine gewisse Zahl von Elektronen erzeugt wird. Dieses kann bei CCD Sensoren durch eine geschickte Verschaltung, dem so genannten correlated double sampling korrigiert werden.

Thermal noise
Durch Temperatureinflüsse können an jedem elektronischen Baustein Störungen auftreten, die zusammengefasst als thermal noise bezeichnet werden.

Digitalkameras und Beugung

Beugung
Es gibt Phänomene in einigen Bereichen der Physik, die sich geometrisch nicht erklären lassen. Ein einfaches Beispiel ist, wenn eine Wasserwelle eine Hafeneinfahrt erreicht, Dann entsteht in der Hafeneinfahrt, wenn diese sehr schmal ist, eine Welle die aussieht, als wäre in der Einfahrt ein Stein ins Wasser geworfen worden. Sie können die Welle an Stellen im Hafen sehen, von denen aus Sie das Schiff, dass sie verursacht hat nicht sehen können.
Ähnlich ist es auch mit dem Licht. Wenn Sie sich das Licht als Teilchen vorstellen, das in Richtung auf die Blende einer Kamera abgeschossen wird. Dann sollte sich das Licht geradlinig ausbreiten und hinter der Blende auf den Sensor treffen. Das ist aber nicht der Fall. Das Licht fällt auch in Bereiche, an denen man es nicht finden dürfte, wenn es ein Teilchen wäre, das durch das Objektiv fliegt. Auch bei dem besten Objektiv entsteht deshalb ein so genanntes Beugungsscheibchen, das um so breitet ist, je kleiner die Blende wird.

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