Die High-Resolution-Aufnahme – Theorie und Praxis (Teil 1)

Funktionsweise der Aufnahmetechnologie und mögliche Probleme

Moderne Digitalkameras sind mit immer mehr Funktionen ausgerüstet, die den Alltag von Fotografen vereinfachen oder ihnen bessere Bildergebnisse ermöglichen sollen. Zu letzteren gehört – zumindest aus technischer Sicht – die High-Resolution-Aufnahmen. Diese ist bei immer mehr Kameras zu finden und erlaubt das Speichern deutlich detailreicherer Fotos. Wir erläutern diese Technologie im Detail und gehen auf die Vor- sowie Nachteile ein.

Die Auflösung eines Sensors entscheidet über die Detailwiedergabe eines Bildes. Das könnte man jedenfalls meinen. Grundsätzlich falsch ist diese Aussage natürlich nicht. Wie viele Details ein Sensor speichert und wie gut die Bildqualität effektiv ausfällt, hängt jedoch von mehr Faktoren als der reinen Pixelzahl ab. Unter anderem der Sensorgröße. Je größer die Chipfläche ist, desto besser fällt die „effektive“ Qualität aus. In diesem Artikel soll es jedoch nicht um die Sensorgröße und deren Einflüsse gehen, sondern nur um die Auflösung. Dass die Bildqualität von diversen Parametern beeinflusst wird, sollte jedoch beachtet werden.

Die allermeisten Kameras besitzen einen Bayer-Sensor mit spezieller Farbfilterstruktur:

Warum lassen sich mit der High-Resolution-Aufnahme Bilder mit mehr Details festhalten?
Zu 99 Prozent kommen in modernen Kameras sogenannte Bayer-Sensoren zum Einsatz. Dabei handelt es sich um Sensoren, die von einem Bayer-Filter mit Schachbrettmuster überlagert sind. Der eigentliche Sensor kann lediglich Helligkeitsinformationen speichern, Farbfilter mit den Farben Rot, Grün und Blau erlauben es jedoch, die Farbinformationen zu gewinnen. Die sogenannte Bayer-Matrix besteht aus zwei Mal zwei Pixel großen Einheiten, wegen der in der Natur häufig vorkommenden grünen Farbe sind die grünen Farbfilter doppelt so häufig wie die anderen beiden Farbfilter (Rot und Blau) vertreten. Ein Pixel eines Bayer-Sensors ist wegen des Farbfilters nur für eine Farbe „empfindlich“, die anderen Farbinformationen werden aus den Daten der umliegenden Pixel gewonnen. Dieses Verfahren wird als Farbinterpolation bezeichnet. Für die Praxis bedeutet das: Da die interpolierten Daten nie die gleiche Qualität wie die mittels „echter“ Pixel aufgenommenen Daten besitzen, fällt die effektive Auflösung niedriger als bei einer Kamera mit Schwarz-Weiß-Sensor aus.

Durch das Verschieben des Sensors lässt sich die Detailwiedergabe verbessern:

Der Bayer-Filter ist trotz des genannten Nachteils weit verbreitet, die wesentlich mehr Farbinformationen liefernden Foveon-Sensoren (hier kommen unterschiedlich empfindliche Sensorschichten zum Einsatz) sind nur in wenigen Kameras zu finden. In der Praxis liefert ein klassischer Bayer-Sensor zweifellos sehr gute Bilder, optimal ist die Wiedergabequalität jedoch nicht. Hier kommt die High-Resolution-Aufnahme ins Spiel. Mittels dieser lässt sich der Nachteil eines Bayer-Filters, also die notwendige Interpolation der Farbwerte, umgehen.

Sensor und Bildstabilisierungseinheit einer Sony Alpha 7R III:

Um das zu erreichen, muss der Sensor mit dem feststehenden Farbfilter so verschoben werden, dass die Interpolation der Daten nicht mehr notwendig ist. Das macht mindestens vier Aufnahmen pro Bild notwendig, mehr Bilder können die Qualität jedoch noch weiter verbessern. In der Regel wird der Bildwandler um jeweils einen ganzen oder einen halben Pixel verschoben, dafür ist eine sehr genaue Steuerung nötig.

Die Bildstabilisierungseinheit ermöglicht das pixelgenaue Verschieben des Bildwandlers:

Damit der Sensor einer Kamera verschoben werden kann, muss er natürlich grundsätzlich beweglich sein. Das ist er bei vielen Modellen durch die Bildstabilisierungseinheit, die den Sensor festhält. Sofern eine Kamera High-Resolution-Aufnahmen anbietet, unterstützt sie daher in der Regel auch die Sensor-Shift-Bildstabilisierung.

Die Bewegungsproblematik:
Da bei der High-Resolution-Aufnahme wie bereits erwähnt der Sensor verschoben werden muss, ist natürlich klar, dass sich weder das Motiv noch die Kamera (Ausnahme weiter unten) während der Aufnahme bewegen dürfen. Letzteres kann man mittels eines Stativs oder einer andern stabilen Unterlage verhindern, das Motiv lässt sich aber natürlich nicht beeinflussen. Dadurch bleibt der Einsatz der High-Resolution-Aufnahme auf mehr oder weiger statische Motive beschränkt. Durch spezielle Berechnungsverfahren ist es den Kameras mittlerweile allerdings durchaus möglich, bewegte Stellen im Bild zu erkennen und bei diesen nur das Material eines Bildes zu verwenden. Die Detailqualität bewegt sich in diesem Fall dann natürlich nur auf dem Level eines herkömmlichen Einzelbildes.

Bewegungen sorgen ohne Gegenmaßnahmen für Artefakte:

Selbst kleinste Wackler des Stativs können die Qualität beeinträchtigen:

Wie bereits erwähnt darf sich die Kamera bei der Aufnahme nicht bewegen. Dies gilt für die allermeisten Modelle. Unter anderem bietet Olympus mit der OM-D E-M1X und OM-D E-M1 Mark III allerdings zwei DSLMs an, die Aufnahmen mit höherer Auflösung auch aus der Hand erlauben. In diesem Fall verschieben die Kameras bei der High-Resolution-Aufnahme nicht den Sensor, sondern machen sich das Wackeln des Fotografen zunutze. Das sorgt für die zur Aufnahme benötigen "Abweichungen" der Einzelbilder. Mittels dieser Technik lassen sich nicht ganz so gut aufgelöste Bilder wie mit der „normalen“ High-Resolution-Aufnahme festhalten, sie sind aber immer noch detailreicher als herkömmliche Fotos.

Die allermeisten Kameras lassen High-Resolution-Aufnahmen nur von einem Stativ zu:

Mittlerweile bieten mehrere Hersteller die High-Resolution-Aufnahme an, die Bezeichnungen unterscheiden sich dabei jedoch.

Olympus: Hochaufgelöste Aufnahme
Unterstützende Modelle: Olympus OM-D E-M1X (auch freihändig), Olympus OM-D E-M1 Mark III (auch freihändig), Olympus OM-D E-M1 Mark II, Olympus OM-D E-M5 Mark III, Olympus OM-D E-M5 Mark II, Olympus PEN-F

Panasonic: High-Resolution-Aufnahme
Unterstützende Modelle: Panasonic Lumix DC-S1, Panasonic Lumix DC-S1R, Panasonic Lumix DC-S5, Panasonic Lumix DC-G9

Pentax: Pixel-Shift-Resolution
Unterstützende Modelle: Pentax K-1, Pentax K-1 Mark II (auch freihändig), Pentax K-3 Mark III, Pentax K-3 Mark II, Pentax KP

Sony: Pixel Multi Shooting
Unterstützende Modelle: Sony Alpha 7R IV, Sony Alpha 7R III

Im zweiten Teil unseres Artikels gehen wir auf die High Resolution Aufnahme in der Praxis ein. Unter anderem stellen wir hier diverse Beispielbilder in voller Auflösung zur Verfügung.

Autor: dkamera.de Redaktion
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Kommentare

Interessanter Beitrag. Wo kann ich ...

Interessanter Beitrag. Wo kann ich den zweiten Teil lesen?
Nur eine kleine Ergänzung: Die im Bayern- Patter vorgkommende Verdopplung der Grünempfindlichkeit hat seine Ursache nicht primär in dem vielen Grün der Natur, sondern in der Farbempfindlichkeit des Auges. Die sogenannte Augenempfindlichkeitskurve hat ein Maximum im gelbgrünen Farbbereich. Meines Wissens wird deshalb aus dem doppelt so großem Grünsignal auch die Schärfeninformation gezogen.

Hallo, den zweiten Teil finden ...

Hallo,

den zweiten Teil finden Sie hier: https://www.dkamera.de/news/die-high-resolution-aufnahme-theorie-und-praxis-teil-2/

Ohne Experten auf dem Gebiet zu sein nehmen wir doch an, dass sich die Farbempfindlichkeit des Auges an die Natur - und den hier stark vertretenen grünen Farbton - angepasst hat. Für unseren konkreten Fall des Bayer-Filters spielt dies effektiv aber sowieso keine Rolle.

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