Pixelschliff

Fujifilm kündigt 4. SuperCCD-Generation an

2003-01-22 Auch wenn die Pixel des SuperCCDs von Fujifilm mit ihrer Wabenform eigentlich schon genug Ecken und Kanten haben, "schleift" Fujifilm immer weiter daran. Kein Jahr hat Fujifilm seit der Einführung des neuartigen CCD-Konzeptes im Jahre 2000 ausgelassen, um neue, leistungsfähigere Generationen des SuperCCDs auf den Markt zu bringen. Der kommende ist ein ganz besonderer Jahrgang, denn mit der mittlerweile vierten SuperCCD-Generation gibt es gleich zwei Weiterentwicklungen, den SuperCCD HR und den SuperCCD SR.  (Yvan Boeres)

   Fujifilm Logo SuperCCD vierte Generation [Foto: Fujifilm]
 

Hinter den beiden Kürzeln HR und SR verbergen sich zwei CCD-Sensoren mit grundverschiedener Ausrichtung, die aber beide auf der SuperCCD-Architektur aufbauen (vgl. digitalkamera.de-Hintergrundartikel vom 22.10.1999). Wie schon seit der ersten SuperCCD-Generation ist das Kernstück der neuen bzw. vierten Generation ein 1/1,7"-CCD-Bildwandler mit wabenförmigen Pixelelementen. Im Vergleich zu früheren SuperCCDs konnte diesmal die Anzahl der Pixel auf gleicher Fläche fast verdoppelt werden: Statt rund 3,1 Millionen finden künftig ca. 6,7 Millionen Pixelelemente Platz.

Diese Platzersparnis bzw. Miniaturisierung hat sich Fujifilm bei der vierten SuperCCD-Generation gleich für zwei Entwicklungen zunutze gemacht. Die nahe liegende Entwicklung ist der SuperCCD HR, wobei "HR" für "High Resolution" (hohe Auflösung) steht. Die 6,63 Millionen Pixel haben SuperCCD-typisch eine wabenförmige Struktur und besitzen grundsätzlich die gleichen Eigenschaften wie die früheren SuperCCD-Generationen. So zum Beispiel die Möglichkeit (bzw. die Notwendigkeit), die Bilder bei guter Qualität stärker zu interpolieren als bei Kameras mit herkömmlichem CCD-Sensor mit quadratischen oder rechteckigen Pixeln. Aus den 6,63 physikalisch vorhandenen Pixeln werden so Bilddateien mit bis zu 12,3 Millionen Bildpunkten (4.048 x 3.040 Bildpunkte) erzeugt. Die Erfahrung zeigt, dass die von SuperCCDs erzeugten Bilder vom Auflösungsvermögen her zwischen der physikalischen und interpolierten Auflösung liegen, sich in diesem Fall also mit Kameras messen könnten, die mit einem "konventionellen" 7- oder 8-Megapixel-CCD-Sensor ausgerüstet wären.

Empfindlichkeit des SuperCCD SR [Foto: MediaNord]   

Doch mehr Pixel auf einen gleich großen Chip unterzubringen ist allerdings noch lange nicht so spektakulär wie die zweite SuperCCD-Innovation von Fujifilm. Beim SuperCCD SR hat man ebenfalls von der Miniaturisierung profitiert, hier jedoch auf eine viel raffiniertere Weise. Fujifilm hat sich in diesem Fall vom Farbnegativfilm inspiriert lassen, der mit Kristallen bzw. "Körnern" verschiedener Formen beschichtet ist. Je nach Farbschicht besitzt ein Farbnegativfilm unterschiedlich große – und folglich unterschiedlich lichtempfindliche – Silberhalogenid-Körner. Nach demselben Prinzip funktioniert der SuperCCD-SR-Sensor. Statt 6,7 Millionen Pixelelementen mit gleicher Lichtempfindlichkeit besitzt der Super CCD SR jeweils 3,35 Millionen so genannte R-Pixel und S-Pixel. Die großen S-Pixel verfügen wegen ihrer Größe über eine hohe Lichtempfindlichkeit, die flächenmäßig viel kleineren R-Pixel hingegen über eine niedrige Empfindlichkeit. Wozu diese Aufteilung in große und kleine bzw. hochempfindliche und niedrigempfindliche Pixel? Bei jedem CCD bündeln mikroskopisch kleine Sammellinsen die vom Objektiv eingefangenen Lichtstrahlen auf den einzelnen Pixelelementen. Der SuperCCD vierter Generation teilt sozusagen die Lichtstrahlen und "belichtet" so gleichzeitig die S- und R-Pixel. Es findet also ohne Zeitverzögerung eine Art "Doppelbelichtung" statt, bei der die S- und die R-Pixel dasselbe Bild in zwei unterschiedlichen Empfindlichkeiten liefern. In beiden Bildern sind die Helligkeitswerte unterschiedlich verteilt. Das "helle" Bild enthält Informationen, die das "dunkle" Bild nicht enthält und umgekehrt. Aus den jeweiligen Informationen rechnet die Kamera dann ein "Super-Bild" zusammen, das über einen erweiterten Kontrast- bzw. Informationsumfang verfügt.

Funktionsschema des SuperCCD SR [Grafik: Fujifilm; Bearbeitung: MediaNord], darauf klicken, um eine große Darstellung in einem separaten Fenster anzuzeigen

  

Beispielbild Überbelichtung eine Blende mit SuperCCD [Foto: Fujifilm]
Überbelichtung (+ 1 EV) mit SuperCCD
  

  

Beispielbild Überbelichtung eine Blende mit SuperCCD SR [Foto: Fujifilm]
Überbelichtung (+ 1 EV) mit SuperCCD SR
  

In der Praxis hat der erweiterte Kontrastumfang eine sehr wichtige Bedeutung. Eine Kamera bzw. dessen Film oder Bildwandler kann nur eine begrenzte Anzahl von Helligkeitsstufen wahrnehmen. Genauso wie wir nicht mehr alle Details wahrnehmen können, wenn es zu hell/grell oder zu dunkel ist, hat eine Kamera bzw. ein Film/Bildwandler auch seine Grenzen. Ist es zu hell, können wir eine Sonnenbrille aufsetzen – sehen aber mit Sonnenbrille nicht mehr so gut, wenn es dunkel ist. Setzen wir hingegen die Sonnenbrille ab, sehen wir besser im Dunkeln; bei grellem Licht aber nicht mehr so gut. Der SuperCCD SR von Fujifilm hat sozusagen Pixel mit Sonnenbrille und Pixel ohne Sonnenbrille. Dadurch "sieht" der SuperCCD SR mehr als ein herkömmlicher Film oder Bildwandler. Wenn dieser Sensor hält, was er verspricht, stellt er zweifellos eine kleine Revolution dar, denn bisher konnten CCDs einen eher bescheidenen Kontrastumfang bewältigen. Im günstigsten Fall lag dieser zwischen dem eines Dia-Filmes (5 bis 6 Blendenstufen) und eines Farbnegativfilmes (7 bis 9 Blendenstufen). Besonders anfällig sind die meisten CCDs auf Überbelichtung: Bereits bei 1 bis 2 Blenden Überbelichtung bzw. bei extremen Motivkontrasten enthalten die hellsten Bildpartien ("Lichter") keinen Helligkeitsunterschiede ("Zeichnung") mehr. Besonders deutlich wird dies bei Motivpartien mit hohem Reflexionsvermögen wie etwa die weiße Seide eines Brautkleides oder weiß-glänzendes Porzellan. Deshalb belichten viele Digitalkameras etwas knapp, um zumindest einige Details in den Lichtern zu retten. Fujifilm nennt zwar keine konkreten Zahlen, gibt aber an, dass der SuperCCD SR einen im Vergleich zu bisherigen Fujifilm-Digitalkameras viermal höheren Kontrastumfang bewältigen kann. Man geht davon aus, dass der SuperCCD SR einen Kontrastumfang von insgesamt 11 Blenden verkraften kann. Die beiden Beispielbilder verdeutlichen, wozu der SuperCCD SR im Ansatz fähig ist. Bei einer Blende Über- bzw. Unterbelichtung gehen schon beim herkömmlichen SuperCCD in den Lichtern und Schatten Details verloren, die beim SuperCCD SR noch im Bild enthalten sind. Eine Testreihe von Bildern, die Fujifilm uns vorgelegt hat, zeigt dass der SuperCCD SR sogar noch bei drei und vier Blendenstufen Über- bzw. Unterbelichtung eine Menge aus dem Bild herausholt. Bei stärkeren Über-/Unterbelichtungen muss man dann mit einem Qualitätsverlust rechnen, der aber weit weniger ausgeprägt ist, als man es von konventionellen CCD-Kameras gewohnt ist.

Bei der vierten SuperCCD-Generation besteht also grundsätzlich die Wahl zwischen einem Sensor mit sehr hoher Auflösung und einen mit erweitertem Kontrastumfang. Der hoch auflösende SuperCCD HR liefert mit seinen "ganzen" Pixeln eine Bilddatei mit 12,3 Megapixeln (4.048 x 3.040 Bildpunkte), der SuperCCD SR mit seinen "geteilten" Pixeln hingegen "nur" 6 Megapixeln (2.832 x 2.128 Bildpunkte). Die interessante Frage ist deshalb, wie Fujifilm die beiden neuen SuperCCD-Sensoren innerhalb der FinePix-Produktlinie platzieren wird. Wird es zwei Ausführungen einer Kamera – einmal mit hoher Auflösung und einmal mit erweitertem Kontrastumfang – geben? In knapp anderthalb Monaten könnte es schon eine Antwort auf diese Fragen geben, wenn Fujifilm auf der PMA (2. bis 5. März) in Las Vegas und/oder auf der CeBIT (12. bis 19. März) in Hannover neue Produkte vorstellt. Fujifilm will noch nichts verraten, aber aus den Daten der neuen SuperCCDs geht hervor, dass eine damit ausgerüstete Kamera die o. g. Auflösungen, eine 14 Bit-A/D-Signalverarbeitung und einen einstellbaren Empfindlichkeitsbereich von ISO 200 bis 1.600 (letztere Empfindlichkeitsstufe bei 1.280 x 960 Pixel) bieten könnte. Was Fujifilm immerhin verrät, ist, dass die neuen SuperCCD-Sensoren hauptsächlich in Consumer- und Prosumer-Kameras bzw. "geschlossenen Systemen" eingebaut werden sollen. Das ist auch nahe liegend, da Kameras wie die FinePix F601 Zoom oder die FinePix S602 Zoom bereits heute über die gleiche Sensorgröße von 1/1,7" verfügen. Mit dem SuperCCD HR und SuperCCD SR hat Fujifilm jedenfalls einen tollen Grundstein für eine neue Kamerageneration gelegt, auf die man sicherlich gespannt sein darf.

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