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Belichtungszeit

Belichtungszeit

Die Belichtungszeit (englisch exposure time) ist derjenige Zeitraum, in welchem der Bildaufnehmer (herkömmliche Kameras: Film, Digitalkameras: CMOS- oder CCD-Sensor) dem Licht ausgesetzt wird. Eine falsche Belichtungszeit führt zu unterbelichteten (zu kurze Belichtungszeit) oder überbelichteten (zu lange Belichtungszeit) Bildern. Mit dem richtigen Verhältnis aus Belichtungszeit und Blendenöffnung erhält man die benötigte Lichtmenge für eine korrekte Belichtung des Filmmaterials. Die Belichtungszeit wird als zu steuernde Verschlusszeit an der Kamera eingestellt oder auf andere geeignete Weise gebildet, wenn die benötigte Belichtungszeit außerhalb des von der Kamera gesteuerten Verschlusszeitenbereichs liegt. Die Belichtungszeit kann je nach eingesetzter Technik von Bruchteilen einer Sekunde bis hin zu Stunden reichen. Bei extrem kurzen Zeiten (unter ca. 1/5000s) wird von Kurzzeitfotografie gesprochen, bei Zeiten über ca. 5s von Langzeitbelichtung. Bei Langzeitaufnahmen auf Film ist der Schwarzschildeffekt zu beachten. Die notwendige Belichtungszeit wird mit zunehmendem Lichteinfall (Helligkeit) sowie zunehmender Lichtempfindlichkeit des Bildaufnehmers (ISO-Zahl - je höher, umso lichtempfindlicher) kürzer. Ermittelt wird die richtige Belichtungszeit mit einem Belichtungsmesser. Neben der Blende ist die Belichtungszeit das wichtigste Mittel zur Gestaltung fotografischer Werke (Bewegungsunschärfe). Siehe auch: Kurzzeitfotografie - Langzeitbelichtung Kategorie:Fototechnik

Film (Foto)

In der Fotografie versteht man unter einem Film (abgeleitet von der ursprünglichen Bedeutung des Begriffs Film als einer dünnen Schicht auf einem anderen Material) das lichtempfindliche Aufnahmemedium eines Fotoapparates oder einer Filmkamera. Ursprünglich meinte man mit Film nur die dünne Schicht einer Fotoemulsion, mit der die Oberfläche einer Fotoplatte überzogen wurde. Mit der Erfindung des Zelluloids fand ein Bedeutungswandel statt. Heute versteht man unter Film auch eine, mit einer Fotoemulsion beschichtete, transparente Folie aus Tri-Acetat oder Polyester. Meistens wird ein an beiden Seiten perforierter Filmstreifen, der in einer Filmpatrone aufgewickelt ist, verwendet.

Entwicklung

Nach der Belichtung des Films in der Kamera muss der Film noch entwickelt werden. Dies geschieht heutzutage in einem standardisierten Prozess. Beim Entwickeln werden belichtete Stellen sichtbar gemacht. Sie bilden Entwicklungskeime, die durch den Entwicklungsprozess verstärkt werden. Belichtete Stellen erscheinen umso dunkler, je stärker die Belichtung war. Es entsteht also dabei ein Negativ. Beim Umkehrfilm, der zum Beispiel für Diapositive genommen wird, wird zunächst ebenfalls eine Negativentwicklung durchgeführt. Anschließend werden die belichteten Stellen ausgewaschen (zum Beispiel bei Schwarz-Weiß-Film das entwickelte Silber entfernt). Dann erfolgt eine Nachbelichtung. Da jetzt nur noch Farbstoff vorhanden ist, der vorher nicht belichtet war, entsteht ein Positivbild. Nach dem Entwickeln muss der Film fixiert werden. Das geschieht in einem Fixierbad. Das Fixieren entfernt die restlichen lichtempfindlichen Substanzen und verhindert eine Nachdunklung des Bildes. Durch anschließendes Wässern werden die Reste der chemischen Substanzen des Fixierbades entfernt.

Positiv und Negativ

Man unterscheidet Nach der Art der Farben
- Farbfilm
- Schwarz-Weiß-Film
- Spezialfilme: z.B. für Infrarot-Aufnahmen oder Kunstlichtfilm Nach der Art der Verarbeitung des Lichtes
- Negativfilm :Bei einem Negativfilm sind alle Farben umgekehrt, beispielsweise ist bei Schwarz-Weiß-Negativfilmen Weiß Schwarz und Schwarz Weiß, die entsprechenden Grauwerte werden entsprechend umgesetzt. :Bei Farbfilmen werden Komplementärfarben dargestellt, dabei gibt es aber einen zusätzlichen Grundfarbton des Filmes. :Die Umkehrung wird erst durch Kopieren des Films auf das lichtempfindliche Fotopapier, einen anderen Film oder ein elektronisches Medium rückgängig gemacht.
- Umkehrfilm (Diapositivfilm) :Beim Dia-Positiv-Film werden auf dem Film die Farben nach dem Entwicklungsprozess so wie in der Natur dargestellt. :Schwarz-Weiß-Filme können durch ein spezielles Entwicklungsverfahren zu einem Dia "umkehrentwickelt" werden. Der einzige Film, für den dies kommerziell angeboten wird, ist der Agfa Scala. :Schwarz-Weiß-Filme können für unterschiedliche Farben unterschiedlich sensibilisiert (empfindlich) sein. Davon - sowie von Filtern - hängt die Umsetzung der Farben in Graustufen ab. Orthochromatische Filme sind relativ unemfindlich für rotes Licht, panchromatische Filme sind auch für rotes Licht empfindlich und geben die Helligkeitsstufen richtig wieder.

Konfektionierungen

Konfektionierung Filme gibt es in unterschiedlichen Größen des Aufnahmeformats und gegebenenfalls in unterschiedlichen Längen; dabei werden eine Reihe von Konfektionierungen von fotografischen Filmen unterschieden. Gängige Formate sind der 35-mm-Film (Kleinbildfilm) mit einem Negativ/Diaformat von 24x36 mm für meist 12, 24 oder 36 Aufnahmen und Mittelformat mit Negativ/Diaformaten von typischerweise 4,5x6 cm, 6x6 cm oder 6x9 cm und der APS-Film. Über dem Mittelformat liegen Großformatkameras, die aber nicht mit gerolltem Film, sondern mit einzelnen Filmplatten beschickt werden. Verbreitete Filmformate sind:
- 70-mm-Film (Kinofilm; in der Fotografie: Mittelformat-Rollfilm),
- 35-mm-Film (Kinofilm; in der Fotografie: Kleinbild- und Halbformat-Rollfilm),
- 16-mm-Film (Kinofilm: Schmalfilm; in der Fotografie: Halbformat- und Kleinstbildfilm),
- 9,5-mm-Film (Kinofilm: Schmalfilm) und
- 8-mm-Film (Kinofilm: Schmalfilm)

Empfindlichkeit

Die Filme sind in verschiedenen Lichtempfindlichkeiten (sog. Filmempfindlichkeit) erhältlich. Mit steigender Empfindlichkeit geht dabei die Auflösung des Films zurück, da die lichtempfindlichen Kristalle immer größer werden und am Ende als so genanntes Korn auch auf dem Foto sichtbar werden können. Höher empfindliche Filme haben eine schlechtere Farbtreue und Einbußen beim Kontrastumfang. Außerdem steigt mit der Empfindlichkeit auch der Preis. Die Empfindlichkeit wird im allgemeinen in DIN und ASA angegeben. Bei den DIN Angaben wird eine logarithmische Skala zu Grunde gelegt. Eine um 3 höhere Zahl bedeutet eine Verdopplung der Empfindlichkeit. Bei ASA wird eine lineare Skala zu Grunde gelegt. Standard ist heute (2004) bei Farbfilmen eine Empfindlichkeit von 24 DIN / 200 ASA. Diafilme liegen üblicherweise bei 21 DIN / 100 ASA. Die meisten 200 ASA Diafilme sind überschichtete 400 ASA Filme, so dass sich ihr Kauf optisch und finanziell nicht lohnt. Seit einigen Jahren ist die Angabe der Filmempfindlichkeit international in der Norm ISO 5800 standardisiert.

Auflösungsvermögen

Das Auflösungsvermögen fotografischer Filme wird nicht - wie bei Digitalkameras - in Pixelzahlen angegeben, sondern in noch auflösbaren "Linien pro mm". Qualitativ spricht man auch von grobkörnigen und feinkörnigen Filmen. Es hängt von vielen Eigenschaften des Films ab, insbesondere von der Empfindlichkeit des Filmmaterials; dabei gilt im allgemeinen, dass ein hochempfindlicher Film grobkörniger ist. Handelsübliche Kleinbildfilme haben ein Auflösungsvermögen von 40 bis maximal 150 Linien pro mm. Beispielsweise gibt die Firma Agfa für den Farbfilm "Agfa Vista 800" mit 800 ASA ein Auflösungsvermögen von 40 Linien pro mm an, bei einem Kontrast von 1,6:1 und 115 Linien pro mm bei einem hohen Kontrast von 1000:1. Dagegen werden bei dem für professionelle Fotografie entwickelten Farbfilm-Film "Agfacolor Optima 100" mit 100 ASA 50 bzw. 140 Linien pro mm angegeben.

Vergleich mit Digitalkameras

Da sich digitale und analoge Aufnahmeverfahren grundsätzlich unterscheiden, fällt ein Vergleich nicht leicht. Setzt man "Linien pro mm" mit "Pixel pro mm" gleich, dann erhält man bei dem Kleinbildformat von 24x36 mm eine Gesamtauflösung von 1,3 Megapixel bis ca. 20 Megapixel. Allerdings kann man auch argumentieren, dass zum Auflösen einer Linie zwei Pixel notwendig sind. Somit erreicht ein Kleinbildfilm immerhin das vierfache Pixeläquivalent von 5,2 bis 80 Megapixel. Andererseits wird man in der Praxis kaum einen Kontrast von 1000:1 erreichen, so dass die Auflösung eher bei 5,2 Megapixel als bei 80 Megapixel liegt. Darüber hinaus gibt es Filme auch in deutlich größeren Formaten: So erreicht eine Großformatkamera mit 18 x 24 cm (die 50-fache Fläche eines Kleinbildfilms!) auch die 50-fache Pixelzahl. Dies liegt jenseits der 100 Megapixel und jeder kommerziell erhältlichen Digitalkamera.

Kinofilm

Wenn der Film in der (Film)Kamera ausreichend schnell bewegt wird, kann er zur Aufnahme bewegter Bilder verwendet werden. Daraus entstand der Kinofilm.

Siehe auch


- Themenliste Film
- Farbe
- Digitalfotografie
- Video
- Mikrofilm
- Fotoplatte Kategorie:Fototechnik ja:フィルム ko:필름 th:ฟิล์ม

CMOS-Sensor

Ein Active Pixel Sensor (APS) ist ein in CMOS-Technologie gefertigter Halbleiterdetektor (deshalb oft als CMOS-Sensor bezeichnet) zur Lichtmessung, welcher hinter jedem Pixel eine aktive Elektronik zur Wandlung von Ladungsträgern in eine Meßspannung besitzt. Bei CCD-Sensoren wird die Ladung hingegen verschoben und zentral an einer Stelle gewandelt. Neben dem eigentlichen, lichtempfindlichen Volumen befinden sich auf einem Sensor stets auch viel Elektronik zur Verstärkung und Weiterverarbeitung der elektrischen Signale. Der APS-Sensor basiert – wie auch der CCD-Sensor – auf dem inneren fotoelektrischen Effekt. Im Gegensatz zu CCDs werden die bei der Belichtung angesammelten Elektronen nicht zu einem einzigen Ausleseverstärker verschoben, sondern es hat jeder Bildpunkt seinen eigenen Verstärker. Zusätzlich können noch andere Funktionen direkt in den Chip integriert werden wie beispielsweise die Belichtungskontrolle, die Kontrastkorrektur oder die Analog-Digital-Wandlung. APS-Sensoren weisen einen gegenüber CCD-Sensoren deutlich geringeren Energieverbrauch auf (ca. 10%). Die APS-Technologie erlaubt eine sehr kompakte Bauweise und günstige Produktion, da sie ohne Umrüstung auf bestehenden Fertigungsstraßen gefertigt werden kann. Zunächst wurden APS-Sensoren fast ausschließlich in Low-end-Geräten verbaut, da man den Prozess gut beherrschte und so viele billige Megapixel auf kleiner Fläche produzieren konnte. Allerdings gab es das Problem, dass CMOS zwar schnell ist und eine große Lichtempfindlichkeit mit geringer Neigung zum Blooming besitzt, aber auch sehr stark rauschte. Diese Nachteile wurden erst später durch intensive Weiterentwicklung reduziert. In den DSLR-Spitzenmodellen von Canon, Nikon und Sigma kommen heute APS-Sensoren zum Einsatz. Wegen des Konzepts der Kamera auf einem Chip geht der Trend hin zur APS-Technik. So kommen in Mobiltelefonen mit Kamerafunktion praktisch ausschließlich APS-Sensoren zum Einsatz. Ein typischer APS-Sensor mit einer Auflösung von sechs Megapixeln, wie er beispielsweise in der Canon EOS 300D eingesetzt wird, hat eine Fläche von 22,7 mm x 15,1 mm und verfügt über 3072 x 2048 also 6,3 Millionen Bildpunkte. In der Sigma SD 9 und anderen Modellen wird der alternative, mehrschichtige X3-Sensor von Foveon verwendet.

Vorteile


- geringerer Stromverbrauch
- billiger herzustellen
- kaum Blooming
- flexibler auszulesen (schneller Preview, Video, Binning)
- andere Pixeltopologien (Bienenwaben) möglich
- verschiedene Pixelarten (Größe, Empfindlichkeit) kombinierbar.

Nachteile


- geringere Lichtempfindlichkeit
- schlechter miniaturisierbar (auch wenn man mittlerweile schon bei 3,6 μm Pixelabstand angekommen ist) Siehe auch: Digitaler Fotoapparat, CCD-Sensor, CMOS

Weblinks


- [http://www.convida.at/knowhow/digital/bildsensoren.html Wissenswertes zu Bildsensoren]
- [http://www.fen-net.de/walter.preiss/d/slomoinf.html Sensortechnik]
- [http://www.kurzschluss.com/kuckuck/kuckuck.html CMOS-Sensor aus einem RAM-Chip] Kategorie:Fototechnik Kategorie:Elektronik

Charge-coupled Device

Ein Charge-coupled Device (CCD) (Ladungsgekoppeltes Bauteil) ist ein lichtempfindliches elektronisches Bauteil zur ortsauflösenden (fein gerasterten) Messung der Lichtstärke. CCDs sind integrierte Schaltkreise ("Chips"), also Halbleiterbauelemente und gehören deshalb zu den Halbleiterdetektoren.

Funktionsweise und Aufbau

Ursprünglich wurden CCD-Chips zur Datenspeicherung entworfen, es wurde jedoch schnell bemerkt, dass diese Chips lichtempfindlich sind und ein zur eingestrahlten Lichtmenge proportionales Signal ausgeben. Das Bauteil besteht aus einer Matrix (seltener: einer Zeile) mit lichtempfindlichen Zellen, die Pixel genannt werden (picture elements). Sie beruhen auf dem inneren fotoelektrischen Effekt und heißen daher eigentlich Photodiode. Die einfallenden Lichtquanten geben ihre Energie an Elektronen ab und "heben" diese dabei vom Valenzband ins Leitungsband des Halbleiters. Die Elektronen (oder die "Löcher" im Valenzband) werden während der Belichtung in "Potenzialtöpfen" gesammelt, es sammelt sich also elektrische Ladung ("charge") an.
Nach der Belichtung werden die Ladungen ähnlich einer Eimerkette schrittweise verschoben (daher der Wortbestandteil "coupled"). Zum Verschieben werden Spannungen an die Elektroden oberhalb der Ladungspakete angelegt, so dass die Ladungsträger von einer Elektrode nach der anderen angezogen werden. Der Aufbau ist identisch dem Feldeffekttransistor nur dass ganz viele Gates verwendet werden (bis zu 3 Gates beim Feldeffektransistor ). Schließlich erreichen die Ladungspakete eines nach dem anderen den Ausleseverstärker, es wird eine von der Ladung abhängige elektrische Spannung ausgegeben. Das Ausgangsignal eines CCD ist also seriell: die Ladungen der einzelnen Pixel werden hintereinander ausgegeben, wogegen das ursprüngliche Bild parallel entstand, indem alle Pixel gleichzeitig belichtet worden sind. Bei den meisten CCDs für Videokameras werden jeweils nur Halbbilder (d.h., erst alle ungeraden, dann alle geraden Zeilen) ausgegeben ("interlaced"). Für alle anderen Zwecke sind "progressive scan" CCDs üblich, bei denen die Zeilen in ihrer natürlichen Reihenfolge hintereinander ausggegeben werden. "interlaced" Während des Verschiebens der Ladungen sollen keine weiteren Ladungen durch Belichtung hinzukommen, um die Bildinformation nicht zu verfälschen. Es wurden verschiedene Anordnungen zur Lösung dieses Problems entwickelt, man unterscheidet Full-Frame-, Frame-Transfer- (FT), Interline-Transfer- (IT) und Frame-Interline-Transfer-CCDs (FIT).

Full-Frame-CCD (FF CCD)

Am einfachsten kann eine Belichtung des CCDs während des Auslesens mit einem mechanischen Verschluss verhindert werden. Diese Variante wird vor allem bei CCDs für wissenschaftliche oder astronomische Zwecke verwendet. Im CCD-Chip sind die lichtempfindlichen Zellen identisch mit den Zellen, durch die der Ladungstransport erfolgt ("full-frame CCD", also die ganze Fläche ist lichtempfindlich). Für die meisten Zwecke ist jedoch ein mechnischer Verschluss zu aufwendig oder störungsanfällig, dann können keine Full-Frame-CCDs verwendet werden. Full-Frame CCDs (manchmal auch "Full Frame Transfer CCDs genannt) als Bezeichnung des inneren Aufbaus des CCD-Chips sind nicht mit mit Full-Frame-CCDs im Sinne von Kleinbildformat-CCDs (24 x 36 mm, also ohne Crop- und Verlängerungsfaktor bei Verwendung normaler Kleinbildoptiken) zu verwechseln!

Frame-Transfer-CCD (FT CCD)

Bei FT-CCDs wird das gesamte Bild nach der Belichtung sehr rasch in einen abgedunkelten Bereich des CCD-Chips verschoben. Dann kann das Bild mit der üblichen (geringeren) Geschwindigkeit Ladungspaket für Ladungspaket ausgelesen werden; während dessen kann bereits wieder die Belichtung des nächsten Bilds beginnen. Die Zeit des raschen Verschiebens muss viel kürzer als die Belichtungszeit sein, weil sonst der Smear-Effekt zu stark wird. Daher sind FT-CCDs ohne mechanischen Verschluss (wie sie normalerweise eingesetzt werden) für sehr kurze Belichtungszeiten nicht geeignet (Bei manchen professionellen Videokameras wird ein rotierender Verschluss verwendet, um dieses Problem zu vermeiden). Wegen des abgedunkelten Bereichs braucht ein FT-CCD doppelt so viele Zellen (Potenzialtöpfe) wie Bildpunkte und muss auch doppelt so groß wie die Bildgröße sein.

Interline-Transfer-CCD (IT CCD)

Bei IT-CCDs wird die Ladung jedes Pixels seitlich in eine abgedeckte Zwischenspeicherzelle übernommen; dies geschieht für alle Pixel zugleich. Erst dann werden die Ladungen in den abgedunkelten Streifen in Richtung Ausleseverstärker verschoben. Daher ist kein mechanischer Verschluss nötig und es werden sehr kurze Belichtungszeiten möglich. Die geringere lichtempfindliche Fläche bei dieser Konstruktion wird bei neueren CCDs durch eine Sammellinse kompensiert, die über jedem Pixel liegt und das Licht auf die kleine lichtempfindliche Fläche fokussiert. Der Nachteil liegt darin, dass die Ladungen relativ lange im Transferregister neben den lichtempfindlichen Zellen verweilen, da sie nur langsam ausgelesen werden. Es kann daher passieren, dass Lichtwellen an den Abdunklungsstreifen in die Zwischenspeicherzellen hineingebeugt werden. Da die Speicherzellen zwar abgedeckt, aber prinzipiell immer noch lichtempfindlich sind, entstehen unerwünschte Ladungsträger in den Transferregistern, nachdem die Ladungen schon verschoben wurden (Smear-Effekt).

Frame Interline Transfer-CCD (FIT-CCD)

Eine Lösung dieses Problems bieten die FIT-Chips: Bei diesem Typ werden die gespeicherten Ladungen in den Zwischenspeicherzellen möglichst schnell in einen abgedunkelten Bereich verschoben. Er verbindet also das Prinzip des FT-Chips und das des IT-Chips. So ist einerseits durch die Zwischenspeicherzellen gewährleistet, daß die Ladungsträger nicht länger als nötig dem Licht direkt ausgesetzt sind, andererseits werden sie relativ schnell aus dem 'offenen' Bereich des Chips transportiert. Der Nachteil ist, daß nun pro effektivem Pixel drei Speicherzellen nötig sind, was diese Chips relativ teuer macht. Der schnelle Abtransport der Ladungen ist jedoch z.B. bei Hochgeschwindigkeitskameras unumgänglich.

CCD-Größen und Bauformen

Der CCD-Chip einer Digitalkamera besteht aus einer Matrix ("Array") von ca. 300.000 bis zu mehreren 10 Millionen solcher lichtempfindlicher Zellen, die den Pixeln des aufgenommenen Bildes entsprechen. Sie sind rechteckig oder quadratisch mit einer Kantenlänge von 5 bis 20 µm. Dazwischen verlaufen feine elektrische Leitungen, die zwar eine Lichteinbuße bedeuten, aber zum Auslesen und zur Abschirmung überbelichteter Zellen dienen. Größere Pixel bedeuten deshalb höhere Lichtempfindlichkeit, aber geringere Auflösung und dadurch unschärfere Bilder. Die Größe von CCD-Bildsensoren wird oft in Zoll (inch) angegeben, gebräuchliche Größen für professionelle Videokameras sind 2/3" und 1/2", für Prosumer-Geräte 1/3" und für Consumer-Geräte 1/4" oder 1/6". Da man bei alten Vidicon Bildaufnahmeröhren den Glasdurchmesser in Zoll angab und die nutzbare Fläche kleiner war, ist die angegebene Größe nicht mit der Bilddiagonale identisch. Die tatsächliche Bilddiagonale ist bei 1/2"-CCDs ca. 9 mm und bei 1/3"-CCDs ca. 6 mm. Vidicon Außer CCDs mit zweidimensionaler Anordnung von Bildpunkten, also Bildsensoren, sind auch CCD-Linien in Gebrauch, so genannte Zeilensensoren. Diese Sensoren liefern keine Bilder sondern werden z. B. in der Spektroskopie, in der Industrie zur Überwachung von Fließbändern oder bei Scannerkassen von Supermärkten zur optischen Abtastung (Scannen) verwendet. Bei den meisten CCDs wird die "Oberseite" des Siliziumplättchens beleuchtet, also die Seite, auf der die Halbleiterstrukturen hergestellt wurden (front-illuminated CCD). An der Oberfläche befinden sich dann Strukturen, die nicht lichtempfindlich sind (z.B. Elektroden aus polykristallinem Silizium). Vor allem kurzwelliges (blaues und ultraviolettes) Licht wird aber schon in den obersten Schichten absorbiert und gelangt nicht mehr in den darunter liegenden lichempfindlichen Bereich. Dieses Problem wird bei sogenannten back-illuminated CCDs vermieden. Dazu wird das Siliziumplättchen bis auf eine Dicke von 0,01 bis 0,02 mm abgeschliffen und abgeätzt und mit der lichtempfindlichen "Rückseite" nach oben eingebaut. Dieses Herstellungsverfahren ist sehr teuer, daher werden back-illuminated CCDs nur dort verwendet, wo es auf hohe Empfindlichkeiten (Quantenausbeuten) für kurzwelliges Licht ankommt, also z.B. in der Spektroskopie oder Astronomie. Ein Nachteil der back-illuminated CCDs ist eine ungleichmäßige Empfindlichkeit ("etaloning") bei längeren Wellenlängen, weil durch Hin- und Herspiegelung des Lichts and der vorderen und hinteren Oberfläche Interferenzen wie im Fabry-Pérot-Interferometer auftreten.

CCDs für Farbbilder

Die lichtempfindlichen Elemente der meisten CCD-Sensoren sind für den gesamten Bereich des sichtbaren Lichts und das nahe Infrarotlicht (bis zu einer Wellenlänge von ca. 1 Mikrometer) empfindlich und liefern ohne zusätzliche Maßnahmen nur Graustufenbilder. Für Farbbilder kommt bei teureren Videokameras ein Prismenblock zum Einsatz, der im Zusammenspiel mit großflächigen Farbfiltern das einfallende Bild in seine roten, grünen und blauen Anteile aufspaltet. Auf diesen Block ist an den Stellen, an denen die drei Farbauszüge des Bildes austreten, jeweils ein CCD-Chip aufgeklebt. Die Fertigung dieses mit CCD-Sensoren bestückten Prismenblocks muß sehr präzise sein, da sonst einzelne Farbkanäle nicht mehr scharf aufgenommen werden. In den meisten Farb-Videokameras und Digitalkameras für die Farbfotografie werden die Zellen des CCD-Chips abwechselnd mit Farbfiltern versehen. Ein Farbpunkt wird so aus mehreren für verschiedene Farben empfindlichen Zellen zusammengesetzt. Meist erhalten je zwei von vier Pixeln winzige Grünfilter, die anderen rote und blaue. So wird das menschliche Farbsehen angenähert, allerdings verringert sich die Farbauflösung auf ein Viertel der Graustufen-Auflösung. Um wieder eine bessere Schärfe zu erzielen, werden die dazwischen liegenden Pixelfarben mathematisch interpoliert. Die kombinierte Farb- und Helligkeitsinformation wird durch den (Bayer-Filter-)Algorithmus aus den einzelnen Elementen extrahiert. Anschließend wird sie beim meist verwendeten JPEG-Format in 8×8 großen Feldern durch Frequenzanalyse weiterverarbeitet, was gleichzeitig die Datenmenge reduziert. Das Funktionsprinzip des Foveon-X3-Sensors, bei dem die lichtempfindlichen Elemente für die Grundfarben übereinander in verschiedenen Schichten liegen, wird derzeit nur für CMOS-Sensoren und nicht für CCDs angewandt. Zusätzlich zu den erwähnten Farbfiltern verwenden alle Farb-CCD-Kameras Infrarot- und UV-Sperrfilter, um Farbverfälschungen durch Infrarot-Licht oder UV-Licht zu vermeiden. Bei manchen Kameras kann das Infrarot-Sperrfilter für Nachtaufnahmen abgeschaltet werden.

Benutzung

CCD-Kameras in der Forschung und der Industrie werden in der Regel per Rechner ferngesteuert oder speichern die Bilder automatisch auf Datenträger. Zur Beseitigung der Bildfehler auf dem Chip und in der Optik wird ein Weißbild und zur Beseitigung des Rauschen bei Langzeitaufnahmen (z.B. Astronomie) ein Dunkelbild benutzt.

Anwendungen

CCD-Chips können sowohl für sichtbare Wellenlängen als auch für Nah-Infrarot-, UV- und Röntgen-Bereiche hergestellt werden. Dadurch erweitert sich das Spektrum für Sonderanwendungen von 0,1 pm bis auf etwa 1,1 µm. Die Grenze zu langen Wellenlängen hin ist durch die Bandlücke des Halbleitermaterials begrenzt (ca. 1,1 eV für Si und 0,66 eV für Ge).
- CCDs sind daher sind vielfältig in Naturwissenschaften und Technik verwendbar, auch für sehr lichtschwache Objekte wie in der Astronomie.
- Bei der Videokamera ersetzten CCD-Sensoren das ältere Röhrenprinzip (Vidicon). Die klassische Auflösung der Videokameras nach PAL- oder NTSC-Norm liegt bei 440.000 Pixel (CCIR/PAL) bzw. 380.000 Pixel (EIA/NTSC) und Bildwiederholraten von 25 Hz (CCIR/PAL) bzw. 30 Hz (EIA/NTSC).
- Am Fotomarkt haben CCD-Digitalkameras eine Revolution bewirkt. Mit Erhöhung der Pixelanzahl erweiterten sich die Verwendungsmöglichkeiten der CCD-Chips auf praktisch alle fotografischen Anwendungen. Professionelle Fotokameras können durch Digitaltechnik mit Auflösungen von 5 bis 16 Megapixeln bereits in vielen Bereichen ersetzt werden. U. a. in der Fototechnik werden neben CCDs zunehmend auch CMOS-Sensoren (Low-end und Canon) eingesetzt, da deren Nachteile (Rauschen, geringere Empfindlichkeit) weitgehend behoben werden konnten.
- Allgemeine Messtechnik: Zeilenkameras werden neben der Industrie z. B. auch in Spektroskopen und Scannern eingesetzt.

Kenngrößen für die Qualität von CCD-Chips

Die wichtigsten Kenngrößen zur Charakterisierung der Qualität von CCDs sind:
- Die Quantenausbeute, also Wahrscheinlichkeit, dass ein einfallendes Lichtquant ein Photoelektron auslöst. Die Quantenausbeute von CCDs kann über 80 % betragen, gegenüber 5-10 % bei Fotofilmen.
- Der Dunkelstrom der lichtempfindlichen Zellen. Der Dunkelstrom ist nicht für alle Pixel völlig gleich, es kommt daher zu Dunkelstromrauschen, das eine Quelle des Bildrauschens ist. Weiters können einzelne "hot pixels", also Pixel mit besonders hohem Dunkelstrom auftreten.
- Die Anzahl der Ladungen, die in einem Pixel gespeichert werden können ("full well capacity" oder "well depth").
- Das Verhalten, wenn durch Überbelichtung in einzelnen Pixeln mehr Ladung erzeugt wird, als gespeichert werden kann. Tritt die Ladung in benachbarte Pixel über, spricht man von "Blooming". Viele CCD-Kameras vermeiden diesen Effekt, indem die überschüssigen Ladungen abgeleitet werden ("anti-blooming gate"), dadurch kann aber auch schon Ladung verloren gehen, bevor ein Pixel wirklich voll ist (der Zusammenhang zwischen Lichtmenge und Ladung ist dann nicht mehr linear, und genaue Messungen sind nicht mehr möglich).
- Die Effizienz des Ladungstransports zum Ausleseverstärker (Charge Transfer Efficiency).
- Das Rauschen des Ausleseverstärkers (Ausleserauschen, "readout noise"). Dunkelstrom und Rauschen werden bei hochempfindlichen Kameras durch Kühlen des CCDs verringert.

Neu- und Weiterentwicklungen


- Eine neue CCD-Chip-Entwicklung ist der Super-CCD-Sensor (Fuji-Patent) mit einer wabenförmigen Anordnung von achteckigen gegeneinander verschobenen Pixeln, die enger beieinander liegen und damit eine größere Anzahl von Pixeln auf eine gegebene Fläche bringen.
- EMCCD (Elektron Multiplying CCD)
- EBCCD (Elektron Bombarded CCD)

Weblinks


- [http://www.informatik.hu-berlin.de/~meffert/Seminararbeiten/Weitere/Cmos/Ccd-cmos.pdf Digitalkameratechnologien: CCD und CMOS (pdf-Datei)]
- [http://www.ccd-sensor.de/index.html www.ccd-sensor.de] Kategorie:Elektrische Bauelemente Kategorie:astronomisches Instrument Kategorie:Fototechnik Kategorie:Fernsehtechnik ja:CCDイメージセンサ ko:CCD

Fotografische Blende

Die Blende (engl. Aperture = Öffnung, vom lateinischen "aperire", öffnen) ist eine (normalerweise mechanische) Vorrichtung an Fotoapparaten, mit deren Hilfe der Lichteinfall durch das optische System (Objektiv) geregelt werden kann. Sie ist meist als Lamellen- oder Irisblende ausgeführt, bei der sich lamellenförmig angeordnete Bleche so ineinander verschieben, dass der Lichtdurchlass enger oder weiter wird und so das einfallende Lichtbündel kleiner oder größer wird. Die Blende steuert die Stärke der Beleuchtung des Films oder Fotopapiers. Sie regelt in Verbindung mit der Belichtungszeit die Belichtung des Films. Neben der Belichtungszeit und dem Sucher ist die Blende ein wichtiges technisches Mittel zur fotografischen Bildgestaltung, da sie die Schärfentiefe beeinflusst. In manchen einäugigen Spiegelreflexkameras kann der Fotograf diese beurteilen, indem er mittels der Abblendtaste die Arbeitsblende der Kamera aktiviert. Die Blende wird als dimensionslose Blendenzahl angegeben, die aus dem Verhältnis von Brennweite zu Öffnungsweite der Optik (Objektiv) errechnet wird. Die Lichtstärke des Objektivs entspricht der kleinsten Blendenzahl, also der größten relativen Öffnung. Diese wird oft als Bruchteil der Brennweite f, z. B. "f/2" angegeben. Größere Blendenzahlen bedeuten demzufolge stärkere Abblendung, also einen geringeren Lichteinfall. Die Blendenzahl wird bei mechanischen Kameras am Objektivring, bei modernen elektronischen Kameras auch über Steuerelemente am Kameragehäuse (Body) eingestellt. Als Blendenreihe bezeichnet man eine Reihe von Blendenwerten, die jeweils die doppelte Menge Licht einlassen. Die benachbarten Werte einer Blendenreihe stehen, da sie sich auf den Durchmesser der Öffnung beziehen, immer im Verhältnis 1 : 1,4 (Wurzel aus 2), so dass die offene Fläche sich im Quadrat dieser Werte ändert. So kann die Verstellung der Blende um einen Wert eine entsprechend entgegengesetzte Verstellung der Verschlusszeit um einen Wert kompensieren. Eine Belichtungsautomatik, bei der die Belichtungszeit manuell eingestellt wird und die Blende durch die Kamera gesteuert wird, bezeichnet man als Blendenautomatik. Alternativ wird bei der Zeitautomatik die Blende vorgewählt und die Belichtungszeit von der Kamera gesteuert. Werden sowohl Belichtungszeit als auch die Blende nach einem fest programmierten Schema von der Kamera gesteuert, spricht man von einer "Programmautomatik". Einige Kameras lassen es zu, die von der Programmautomatik vorgegebene Zeit/Blenden-Kombination durch manuelle Bedienelemente zu verändern. Bild:A4_blendenwirkung.jpg Durch die kleinere Blendenöffnung wird nicht nur die wirksame Lichtmenge verringert, auch die Unschärfenkreise werden durch den spitzeren Lichtkegel kleiner. Folglich vergrößert sich der Bereich, der noch als scharf wahrgenommen wird, bis der zulässige Grenzwert (Zerstreuungskreisdurchmesser, hier 0,1 mm) erreicht wird. Der Bereich der scharfen Abbildung (Schärfentiefe) nimmt beim Schließen der Blende also zu.

Siehe auch


- Portal:Fotografie
- Blende (Optik)
- Blende (Begriffsklärung) Kategorie:FototechnikKategorie:Fotopraxis

Lichtmenge

Der Lichtstrom ist die fotometrische Entsprechung zur Strahlungsleistung (auch: Strahlungsfluss, Einheit: Watt) der Radiometrie. Er ist also die lichttechnische Leistungsgröße.
- Formelzeichen: Φ
- SI-Einheit: Lumen
- Einheitenzeichen: lm Φ ist der mit der Hellempfindlichkeitsfunktion des menschlichen Auges V(λ) und mit dem Maximum des photometrischen Strahlungsäquivalents K_m bewertete spektrale Strahlungsfluss :\frac. :\Phi = K_m \cdot \int_^ \frac\cdot V(\lambda) \mathrm\lambda Die unterschiedliche Lichtempfindlichkeit, je nachdem ob es sich um Tagsehen oder Nachtsehen handelt, wird durch angepasste Werte für die Hellempfindlichkeitskurve berücksichtigt:
- für fotopisches Sehen (Tagsehen): K_m = 683\ \mathrm
- für skotopischen Sehen (Nachtsehen): K_m = 1725\ \mathrm Entsprechend zur Strahlungsenergie bzw. Strahlungsarbeit wird das Produkt aus Lichtstrom Φ und der Zeit t, in der er ausgestrahlt wird, als Lichtmenge oder Lichtarbeit Q (Einheit: Lumen mal Sekunde) bezeichnet: :Q = \int_^ \Phi(t) \mathrmt Siehe auch: Lichtausbeute, Lichtstärke Kategorie:Physikalische Größe Kategorie:Lichttechnik ja:光束

Kurzzeitfotografie

Kurzzeitfotografie beschäftigt sich mit der Kunst bzw. Wissenschaft schnelle Bewegungen "Einzufrieren". Dazu werden Fotos mit extrem kurzer Belichtungszeit (unter ca. 1/5000s) gemacht. Die Belichtungsdauer wird dabei meistens nicht über mechanische Verschlüsse (wie sonst üblich), sondern durch die Leuchtdauer von elektronischen Blitzgeräten geregelt. Die Aufnahme erfolgt dann in einem abgedunkelten Raum. Schon mit handelsüblichen Blitzgeräten lassen sich Belichtungszeiten von ca. 1/10.000s erreichen. Bei Filmmaterial ist zu beachten, das durch den Ultrakurzzeiteffekt (ähnlich dem Schwarzschildeffekt) mehr Licht benötigt wird, als die Zeit/Blende-Kombination vermuten lässt. Digitale Bildsensoren müssen schnell genug sein, um derart kurze Impulse verarbeiten zu können. Für Effekte in Filmen und wissenschaftliche Zwecke werden aus mehreren Blickrichtungen gleichzeitig Aufnahmen gemacht, die (Zusammengesetzt) eine Kamerafahrt um ein "Ereignis", wie z.B. einen zerplatzenden Luftballon, ermöglichen.

Siehe auch


- Chronofotografie
- Belichtungszeit
- Langzeitbelichtung

Weblinks


- [http://www.frozen-reality.de/ Frozen Reality - eingefrorene Momente aus mehreren Blickrichtungen]
- [http://hinnerk.ruemenapf.de/fotos/plopp/index.html Kurzzeitfotografie: Sektkorken beim Abflug] Kategorie:Fototechnik Kategorie:Fotopraxis

Schwarzschildeffekt

Der Schwarzschildeffekt ist eine Erscheinung, die bei Langzeitbelichtungen auftritt. Das Reziprozitätsgesetz besagt, dass das Produkt aus Belichtungszeit mal Intensität immer das gleiche Belichtungsresultat liefert. Dieses spielt bei Fotoaufnahmen eine Rolle, damit die Bilder nicht über- oder unterbelichtet sind. Bei Aufnahmen mit herkömmlichen Filmen (im Gegensatz zur Digitalfotografie, CCD-Chip) trifft dieses Gesetz bei Langzeitbelichtungen mit geringer Intensität allerdings nicht mehr zu. Der Astronom Karl Schwarzschild entdeckte 1899, dass die Filmempfindlichkeit bei Belichtungen über einer Sekunde (die Zeit ist abhängig von dem verwendeten Filmmaterial) exponentiell abnahm, also die erwartete Schwärzung nicht mit der erreichten Schwärzung übereinstimmte. Die Aufnahmen erschienen zu dunkel, unterbelichtet. Um diesen Effekt auszugleichen, sind die Aufnahmen länger zu belichten. Dazu bieten die Hersteller Datenblätter an, denen die entsprechenden Belichtungszeiten entnommen werden können. Farbfilme sind im besonderen Maße vom Schwarzschildeffekt betroffen, da die unterschiedlichen Emulsionsschichten für die einzelnen Grundfarben diesen Effekt verschieden stark zeigen können und dadurch Farbstiche sichtbar werden. Vermieden werden kann dieser Effekt durch Verwendung von speziellem Filmmaterial, so genanntem hypersensibilisierten Filmen. Diese Filme sind mit Wasserstoffgas behandelt worden und verlieren selbst bei langer Belichtung nicht oder nur kaum an Empfindlichkeit. Bei kurzen Belichtungszeiten (unter ca. 1/1000 Sekunde, abhängig vom verwendeten Filmmaterial) tritt ein sehr ähnlicher Effekt auf, und wird Ultrakurzzeiteffekt genannt. Bei der Digitalfotografie tritt dieser Effekt nicht auf, da die verwendeten CCD-Chips bzw. CMOS-Bildsensoren nicht an Empfindlichkeit verlieren. Allerdings machen sich bei den Langzeitaufnahmen mit wenig Licht andere Effekte bemerkbar, z. B. das Dunkelrauschen. Siehe auch: Schwarzschild-Exponent Kategorie:Fotopraxis

ISO 5800

Der ISO 5800-Standard definiert die Lichtempfindlichkeiten für analoges Filmmaterial. Die vor der ISO 5800 Norm geltenden ASA- und DIN-Normen sind in die ISO-Norm eingeflossen. Die ISO-Norm gibt also für jede Lichtempfindlichkeit zwei Werte, nämlich den linearen ASA-Wert und den logarithmischen DIN-Wert an. Für beide Skalierungen gilt: je höher die Zahl, umso lichtempfindlicher der Film. Für die lineare (ASA) Skalierung gilt, ein doppelter Wert entspricht der doppelten Empfindlichkeit; in der logarithmischen Skalierung entspricht eine Erhöhung um 3 einer Verdoppelung. Die gängigsten ISO 5800-Werte sind 25/15°, 50/18°, 100/21°, 200/24°, 400/27°, 800/30°, 1600/33°, und 3200/36°. Einfache Amateurkameras sind oft nur für Filme mit ISO 100/21° bis 400/27° ausgelegt. In der Fotografie bedeutet die Verdoppelung der Lichtempfindlichkeit des Filmmaterials, dass man bei gegebenen Lichtverhältnissen die Belichtungszeit halbieren kann, um Verwacklungen zu vermeiden oder das Objektiv um eine Blendenstufe weiter schließen kann, um eine größere Schärfentiefe zu erzielen. Eine weitere Eigenschaft des Filmmaterials, die eng mit seiner Empfindlichkeit verbunden ist, ist die Körnung. Je höher die Empfindlichkeit eines Filmmaterials, desto grober ist das Korn und desto geringer ist das Auflösungsvermögen der Fotoemulsion. Typische ISO 5800-Werte im Überblick:

Erläuterungen zu einzelnen Empfindlichkeiten

Die für Amateure empfehlenswerten Filme sind fett dargestellt. Fotoemulsion
Filmempfindlichkeit
(ISO bzw. ASA) 		Verwendungszweck
25 wurde als feinstkörniger Film bis 2004 hergestellt, wegen zu geringer Nachfrage wurde die Produktion eingestellt (KodaChrome 25)
50 wenig verbreiteter Film für sehr lichtreiche Situationen
64 Nur als Diafilm (KodaChrome 64) erhältlich, schärfer als 50er Filme anderer Hersteller wegen der speziellen 1-Schicht-Emulsion
100 bis vor wenigen Jahren Standardfilm, erfordert mittleres bis gutes Licht
200 Kompromiß zwischen dem schärferen 100er und dem empfindlicheren 400er Filmen, heute Standard
400 noch akzeptables Filmkorn bei Vergrößerungen bis Postkarte, darüber deutlich sichtbares Korn - kann bei schlechten Lichtverhältnissen eingesetzt werden
800 eigentlich schon ein professioneller Film, nicht jede preiswerte Kamera erkennt diesen Film korrekt. Wird der Film nicht erkannt, stellen die meisten Kameras auf ISO 100 - die Bilder werden unbrauchbar weil total überbelichtet
1600 bis 6400 Teure Spezialfilme, die teilweise nur mit manueller Belichtungskorrektur benutzt werden können. Sie werden z.B. bei Konzerten oder Theateraufführungen benutzt wo Blitzlicht verboten oder unangebracht ist. Durch extrem aufwendige Herstellung werden sehr dünne Schichten produziert, die Filmkörnung kann bei einigen Filmtypen gezielt gesteuert werden. Neben dem sehr hohen Preis empfiehlt sich die schwierige Handhabung der Filme nicht für Laien.

Siehe auch


- Bildrauschen - Auswirkungen der Empfindlichkeitseinstellung bei Digitalkameras
- Fotografie
- American Standards Association Kategorie:ISO-Standard Kategorie:Fotografie

Bewegungsunschärfe

Als Bewegungsunschärfe (engl. Motion Blur) bezeichnet man in der Fotografie eine zonal begrenzte Unschärfe in Bildern bewegter Objekte. Die Bewegungsunschärfe kann vom Fotografen bewusst als fotografischer Effekt eingesetzt oder auch ungewollt, also als Bildfehler auftreten. Je nach Kameraführung kann dabei das bewegte Objekt oder der Hintergrund unscharf dargestellt sein.

Technischer Hintergrund

Hintergrund Bewegungsunschärfe entsteht durch eine merkliche Bewegung der fotografierten Objekte während der Belichtung. Den Haupteinfluss auf die Bewegungsunschärfe haben dabei die relative Geschwindigkeit des bewegten Objektes im Zusammenspiel mit der Belichtungszeit; durch eine kürzere Verschlusszeit kann Bewegungsunschärfe reduziert oder ggf. auch ganz vermieden werden. Hintergrundunschärfe entsteht durch das zusätzliche Nachführen der Kamera mit einem bewegten Objekt. Hintergrundunschärfe und Bewegungsunschärfe sind nicht zu verwechseln mit dem Verwackeln.

Synthetische Bewegungsunschärfe

In den meisten modernen Grafikbearbeitungsprogrammen lassen sich synthetische Bewegungsunschärfe-Effekte durch Filter hervorrufen; auch in Macromedia Flash kann Bewegungsunschärfe durch ActionScript erzeugt werden. In einem gewissen Grad kann Bewegungsunschärfe zum Zwecke der Bildrestauration auch durch spezielle Filteralgorithmen reduziert oder beseitigt werden; siehe dazu Newton-Raphson-Algorithmus und Wiener-Filter.

Siehe auch


- Bildstabilisierung
- Anti-Shake
- Mitziehen

Weblinks


- [http://www.gimps.de/gimp/bilder-fotos/bewegungsunschaerfe/index.htm Bewegungsunschärfe mit Gimp nachempfinden (Gimps.de)]
- http://www.derknork.de/begriffe/bewegungsunschaerfe.html - Die Bewegungsunschärfe
- http://lmb.informatik.uni-freiburg.de/lectures/digitale-bv/DBV-II-Kap1+2.pdf - Digitale Bildverarbeitung von H. Burkhardt (PDF-Datei) Kategorie:Fotopraxis Kategorie:Fotografie

Kurzzeitfotografie

Kurzzeitfotografie beschäftigt sich mit der Kunst bzw. Wissenschaft schnelle Bewegungen "Einzufrieren". Dazu werden Fotos mit extrem kurzer Belichtungszeit (unter ca. 1/5000s) gemacht. Die Belichtungsdauer wird dabei meistens nicht über mechanische Verschlüsse (wie sonst üblich), sondern durch die Leuchtdauer von elektronischen Blitzgeräten geregelt. Die Aufnahme erfolgt dann in einem abgedunkelten Raum. Schon mit handelsüblichen Blitzgeräten lassen sich Belichtungszeiten von ca. 1/10.000s erreichen. Bei Filmmaterial ist zu beachten, das durch den Ultrakurzzeiteffekt (ähnlich dem Schwarzschildeffekt) mehr Licht benötigt wird, als die Zeit/Blende-Kombination vermuten lässt. Digitale Bildsensoren müssen schnell genug sein, um derart kurze Impulse verarbeiten zu können. Für Effekte in Filmen und wissenschaftliche Zwecke werden aus mehreren Blickrichtungen gleichzeitig Aufnahmen gemacht, die (Zusammengesetzt) eine Kamerafahrt um ein "Ereignis", wie z.B. einen zerplatzenden Luftballon, ermöglichen.

Siehe auch


- Chronofotografie
- Belichtungszeit
- Langzeitbelichtung

Weblinks


- [http://www.frozen-reality.de/ Frozen Reality - eingefrorene Momente aus mehreren Blickrichtungen]
- [http://hinnerk.ruemenapf.de/fotos/plopp/index.html Kurzzeitfotografie: Sektkorken beim Abflug] Kategorie:Fototechnik Kategorie:Fotopraxis

Kategorie:Fototechnik

Fotografische Verfahren und Fototechnik. Siehe auch: :Kategorie:Sehen, :Kategorie:Farbe, :Kategorie:Optik, :Kategorie:Licht, :Kategorie:Lichttechnik, :Kategorie:Auge Technik Kategorie:Technik

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Sidhi District
Sidhi district is one of the districts of Madhya Pradesh state of India. The town of Sidhi is the district headquarters. The district is part of Rewa Division.

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[http://sidhi.nic.in Sidhi District] district of Madhya Pradesh state in central India. The town of Umaria is the district headquarters. The district is part of Rewa Division.

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[http://umaria.nic.in Umaria District] right ECW Press is a North American book publisher. It began in 1974 as a Canadian literary magazine named Essays on Canadian Writing. As the company grew, the name has been changed to Entertainment. Culture. Writing.

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