US-Forscher läuten Zeitalter der Gigapixel-Kameras ein

[Tekpoint]

US-Forscher haben einen Fotoapparat konstruiert, der Bilder mit einer Auflösung von einem Gigapixel oder 1.000 Megapixeln aufnehmen kann. Aktuell verfügbare Digitalkameras schaffen dagegen lediglich zwischen 8 und 40 Megapixel. Kern des neuen Systems ist eine Kombination aus 98 einzelnen Mikrokameras, deren Aufnahmen elektronisch zu einem einzigen hochauflösenden Bild zusammengefügt werden. Dadurch entstehen Bilder mit einem einzigartigen Detailreichtum, konnten die Forscher zeigen. Bisher ist die Kamera allerdings alles andere als handlich: Der Prototyp misst 75 mal 75 mal 50 Zentimeter. Innerhalb der nächsten fünf Jahre sollte sich die Elektronik jedoch soweit verkleinern lassen, dass auch Handgeräte entwickelt werden können, schreiben David Brady von der Duke-Universität in Durham und seine Kollegen im Fachmagazin "Nature“.

Quelle

Interessant, aber geil wäre es schon wenn es mit ein Sensor geht. Aber ich glaube das Rauschen kann man nicht mal in Kinderkameras verwenden mehr. Ist ja echt schon meist Grenzwertig mit 16 Megapixel Kompaktkameras.

 

[Ger_Codiac]

Ich denke auch das genau das die Frage der nächsten Jahrzehnte in der Fotografie seien wird. Welche Pixel Anzahl ist vertretbar? Wobei damit eigentlich die Pixeldichte auf dem Sensor gemeint ist. Schon der aktuellen 18Mpx Sensor von Canon wird häufig als Lichthungrig beschrieben. Welche Fläche eines Pixels macht Sinn? Zusammen mit der Frage wie stark man das Sensorrauschen und Verstärkerrauschen reduzieren kann.

 

[Gast_194966]

Aber ich glaube das Rauschen kann man nicht mal in Kinderkameras verwenden mehr. Ist ja echt schon meist Grenzwertig mit 16 Megapixel Kompaktkameras.

Hier werden die Signale aus 98 Kameras zusammengerechnet, also "rauscht" das Bild nicht mehr als jedes Einzelbild einer dieser 98 Kameras. Und übrigens wird das Rauschen nicht primär von der Pixelgröße getrieben, sondern von der Sensorgröße (je größer desto besser) und dem Verhältnis aus Ausgabegröße und Betrachtungsabstand (je größer desto schlechter). Und schließlich auch nicht von den ISOs, sondern von der Belichtung (je mehr Licht desto besser).


Gruß, Matthias

 

[Ger_Codiac]

Von der Sensorgröße ?? Für das Rauschen gibt es viele unterschiedliche Faktoren. Die Lichtmenge die auf ein Pixel oder ein Sensorbereich fällt ist entscheidend sie ist direkt abhängig von der Pixelgröße (kein Fachausdruck) oder der Fläche die ein Pixel auf dem Sensor darstellt. Steigere ich die Anzahl der Pixel ohne den Sensor zu vergrößern wird das Rauschen bei gleichen Bedingungen schlechter. Vergrößere ich den Sensor und die Anzahl an Bildpunkten oder Pixeln ihrem Verhältnis ändert sich gar nichts. Verschiedene Einflüsse auf das Rauschen eines Sensors sind Material bedingt. Eine Verbesserung des Aufbaus oder des Materials führt auch zu einer Verbesserung des Rauschens. Eine Steigerung der Sensorgröße über Vollformat ist nicht zu erwarten. Man wird demnach bald herausfinden das ab einer bestimmten Pixeldichte oder Pixelfläche Kameras unbeliebt werden da für korrekt belichtete Bilder die Belichtungszeiten zu lang werden. Die Sensorgröße hat keinen Einfluss auf das Rauschen sonder nur das Verhältnis von Sensorgröße zu Pixelanzahl also die Pixeldichte.
Es findet sich ein Maximum bei denen sich diese beiden Faktoren die Wage Halten:
Viel Schärfe -> kleine Pixelfläche und viel Pixel
Kurze Belichtungszeiten und Lichtemfindlich -> große Pixelfläche und weniger Pixel

Wo dieses Maximum liegen wird keine Ahnung.

 

[Gast_338619]

Von der Sensorgröße ??

Ja. Die Erläuterung von Masi1157 ist absolut richtig, denn man guckt sich Bilder an und nicht Pixel.

Steigere ich die Anzahl der Pixel ohne den Sensor zu vergrößern wird das Rauschen bei gleichen Bedingungen schlechter.

Pro Pixel, aber nicht im Gesamtbild.

Man wird demnach bald herausfinden das ab einer bestimmten Pixeldichte oder Pixelfläche Kameras unbeliebt werden da für korrekt belichtete Bilder die Belichtungszeiten zu lang werden.

Nö. Kleinere Pixel können weniger Licht aufnehmen, die Belichtungszeiten ändern sich nicht. Längere Belichtungszeiten führen da nur zu Überbelichtung - genau wie sonst auch.

Die Sensorgröße hat keinen Einfluss auf das Rauschen

Doch. Pro Bild. Also das, was man sich anguckt.

Und an der Stelle die Bitte: lass uns die Diskussion nicht weiter ausführen, das gibt es hier jede Woche gefühlte 3x.

 

[miclindner]

... ???

Interessante (verrauschte) Diskussion hier, aber die Bilder sind in der Praxis so scharf, dass man im Supertelebereich (wenn man das Bilddetail herausvergrößert) Falschparker neben dem Verkehrsschild einwandfrei am Nummernschild identifizieren kann in gestochen scharfer Qualität (was dann auch eines der angedachten Anwendungsfälle des Herstellers ist; eine andere ist leider das Militär, dass die Forschungsarbeiten unterstützt).

Aber zur Umsetzbarkeit: Der Hersteller schätzt selber sehr optimistisch, dass er die dazu nötige Elektronik (die derzeit den meisten Raum einnimmt) in den nächsten zwei Jahren (!) auf die Größe einer konventionellen Schulter-Filmkamera reduzieren kann (was dann verglichen mit dem derzeitigen Trend mFT immer noch ein wahrer Bolide wäre und die Kamera nur für Spezialanwendungen sinnvoll macht, von den Kosten mal abgesehen).

Wenn man das Geld hat und sich auch mal eine Telebrennweite kaufen kann, um nicht immer die Bilder kurz und klein schneiden zu müssen - dann erübrigt sich eigentlich das immer weitere Aufblasen des Sensors für den Hobbyanwender (der ja nun selten professionelle Fotoproduktionen für die Printmedien erstellt).

Daher mein Motto dagegengesetzt: Lieber bessere Optik vor der Kamera als immer "größere" Sensoren (mein Votum für FT-Objektive, die nicht elektronisch zurechtgebogen werden müssen wie viele mFT-Linsen)

M. Lindner

 

[Ger_Codiac]

Nö. Kleinere Pixel können weniger Licht aufnehmen, die Belichtungszeiten ändern sich nicht. Längere Belichtungszeiten führen da nur zu Überbelichtung - genau wie sonst auch.

Das kleinere Pixel weniger Licht detektieren können halte ich für eine gewagte These. Das Rauschen einer Pin Diode ist nicht abhängig von ihrer Fläche sondern nur von der Gesamtmenge Licht die auf die Fläche Fällt. Extreme rauscharme Dioden können binär etwas unter 50 Photonen detektieren. Das Rauschen aufgrund der Resultierenden Verstärkung ist jedoch gewaltig. Wiso ist die Fläche nicht relevant? Ein Elektron das in der Diode entsteht bewegt sich durch das Halbleitende Material zum Kontakt. Der Kontakt ist flächig kurzgeschlossen wo das Elektron entsteht ist nicht von Bedeutung Solange das Photon nur in der richtigen Tiefe im Halbleiter absorbiert wird.
Verkleinere ich die Fläche der Diode des einzelnen Pixel fällt weniger Lichtleistung auf diese Diode. Das Elektrische Signal muss stärker verstärkt werden um den gleichen Wert zu erreichen. Das Rauschen jedes einzelnen Pixel nimmt zu. Also auch das Rauschen des gesamten Bildes.
Betrachte ich beide Bilder bei gleicher Auflösung in gleicher Größe auf einem Bildschirm würde sich dieser Effekt teilweise durch Mittlung wieder aufheben. Jedoch würde das bedeuten das die zusätzlichen Pixel keinen Informationsgewinn gebracht haben. Die Schärfe oder der Detailreichtum nicht gestiegen ist was sich die Kunden ja wünschen.
Es ist eine Abwägung zwischen Detailreichtum eines Ausschnitts und Rauschen. Das die Optik eine großen Einfluss hat und ist selbstverständlich. Hatte bis vor einem Monat ein Beispiel vorliegen. Optisches Instrument mit austauschbarem C-mos Sensor. Sensorgröße identisch aber unterschiedliche Anzahl an Bildpunkten. Nach dem Wechsel musste entweder iso, Blende oder Belichtungsdauer angepasst werden.

 

[Gast_194966]

[...]

Jetzt hast Du aber einen langen Anlauf genommen um etwas zu widersprechen, was gar nicht gesagt wurde. Wenn Du genau hinguckst, sagst Du nichts anderes als...

Und übrigens wird das Rauschen nicht primär von der Pixelgröße getrieben, sondern von der Sensorgröße (je größer desto besser) und dem Verhältnis aus Ausgabegröße und Betrachtungsabstand (je größer desto schlechter).

Ein paar Details in Deinen Ausführungen würde ich trotzdem widersprechen, aber dafür ist dies wohl die falsche Diskussion. Doch, eins noch: Solch eine Kamera wird nicht mit einem einzigen Sensor in der Größe heutiger DSLR auskommen, da steht schon die Beugung dagegen.


Gruß, Matthias

 

[abacus]

Die analogen Aerophotogrammetriekameras hatten auch beachtliche Größen um durch große Formate entsprechende Informationsinhalte zur Verfügung zu haben.

Siehe hiezu aber auch aktuell die digitalen Produkte von Vexcel Imaging und deren UltraCamXp mit 196 MegaPixel.

http://www.microsoft.com/ultracam/en-us/UltraCamXp.aspx/

Es werden jeweils mehrere Kameraköpfe eingesetzt, aktuell für die UltraCams 4 glaube ich, zuvor waren es 8 mit 13 CCDs, panchromatisch aus 4 Köpfen und 9 Module, 4 Köpfe dann für rot, grün, blau und IR (!).

Bildformat 17.310 x 11.310 Pixel, 196 MP bei einer Größe von 104 x 68 mm.
Bildwandler von (DALSA FTF 6040 M, CCD Sensor mit 6 µm.

http://www.geodaetentag.at/fileadmin/download/2009_schladming/Fachartikel/11_Gruber_2009.pdf


Damit auch hier ein Eindruck gegeben wird, wo die Technik stand und steht.


Dazu siehe auch den 140 MP 88 x 82mm Sensor von DALSA ...

http://www.teledynedalsa.com/corp/news/news.aspx?itemID=235


Und anders herum was auch sonst noch so auf diesem Gebiet geht.

http://www.youtube.com/watch?v=dCbLjti0D1A


und als teaser

http://www.youtube.com/watch?v=ZbErZmFgBUg&feature=related


habe aber aktuell jetzt keine Zeit, beruflichen Verpflichtungen rufen...


abacus

 

[donesteban]

Ich kenne es nur von der Landschaftsfotografie vom Boden aus - also wo es im Gegensatz zu Luftbildern doch sehr erhebliche Entfernungsunterschiede gibt und die Tiefenschärfe eine Rolle spielt.

Bei 12 MP war das noch einfach - f/5.6 bis f/8 an DX, dann waren viele Bilder vom Vodergrund bis zum Horizont auch in der 100% Ansicht scharf, wenn der Vordergrund nicht sehr nah war.
Bei analogem MF und jetzt mit 40 MP digital will das schon genauer angeschaut werden. Auf eine mittlere Entfernung fokussieren wird Pflicht, soll es bei ca. f/11 (bzw f/16 analog 6x7) noch bei vielen Bildern gelingen, alles scharf zu haben. Von der Tiefenschärfe entspricht das grade mal f/5.6 an DX, viel weiter abblenden geht wegen der Beugung nicht. Die Unschärfe wird wegen der höheren Auflösung aber viel eher sichtbar.

Bei 40 MP oder eben 6x7 für den Scanner geht es trotz meiner Vorliebe für leichte Tele (also 50 bis 100mm bei KB) doch oft noch auf. Man sieht jedoch bereits, dass mehr Auflösung für immer weniger Bilder noch von vorne bis hinten Schärfe bringen wird.

Wer jetzt sagt: Ja, aber ich nhem vorallem WW, da ist das besser: Ich rede von Motiven, wo der nächste Punkt 10m oder 50m weg ist. Wer mit WW fotografiert, hat in der Regel mehr Vordergrund drauf, und den deutlich näher. Dann ist der WW Vorteil futsch. Vordergrund abschneiden und den Rest als Pano behalten, das geht natürlich, dann kann man mit einem guten WW Objektiv von deutlich mehr als 40 MP profitieren.

Natürlich hate diese US Kamera kleinere Sensoren. Aber: Sie muss sehr lange Brennweiten haben, wenn man all die Bilder nebeneinander zusammenstitchen will. Kleine Snesoren heisst zudem früh Beugung. Im Endeffekt macht es keinen unterschied, ob man nun ein 200mm an 6x7 tut, oder mit KB eine 6x7 Fläche aus Bildern mit einem 200mm Objektiv zusammensticht, oder ob man das gleiche mit noch viel mehr Bildern aus einer Kompaktkmaera mit echten, physikalischen 200mm (also nicht 200mm@KB) macht. Die Tiefenschärfe bleibt immer gleich.

Für den bereich jenseits von um die 40 MP steigt der Aufwand für die typische Landschaftsaufnahme mit Vordergrund und Horizont drauf dramatisch an, will man die Auflösung im ganzen Bild umsetzen. Man kommt praktisch nicht um ein Fokus Stacking rum. Den Aufwand treibe ich nicht.

Landschaftsfotografie ist ja neben Architektur und Studio eine der 3 Hauptnutzniesser von hoher Auflösung. Und auch in der Architektur wird es nicht immer nur eine Fassade plan von vorne sein, sondern meist doch was anderes. Und auch da will man meist alles scharf haben, landet bei den gleichen Problemen ab einer gewissen Auflösung. Nur im Studio, wo man gerne eh schon mal freistellt und nur kleine Bereiche ganz scharf macht, da stellt sich das Problem weniger oft.

Für mich ist mit den 40 MP daher eine Grenze erreicht, aber der zusätzliche hohe Investitionen zu wenig Nutzen bringen.

 

[Gast_338619]

Das kleinere Pixel weniger Licht detektieren können halte ich für eine gewagte These. Das Rauschen einer Pin Diode ist nicht abhängig von ihrer Fläche sondern nur von der Gesamtmenge Licht die auf die Fläche Fällt.

Womit du deinem 1. Satz selbst widersprichst und mich bestätigst. Was nutzt viel Licht, wenn der Pixel "überläuft"? Wir reden bei einer gängigen DSLR von einem APS, nicht von DPS oder HDRC. Die Verstärkung ist kapazitiv angebunden und Kapazität ist eben begrenzt. Aber damit will ich es auch bewenden lassen.

Für mich ist mit den 40 MP daher eine Grenze erreicht, aber der zusätzliche hohe Investitionen zu wenig Nutzen bringen.

Sehr interessante Schlussfolgerung. Ist zwar logisch, habe ich aber nie drüber nachgedacht.

 

[Gast_194966]

Kleine Snesoren heisst zudem früh Beugung.

So ganz kann ich Deine Erklärung nicht nachvollziehen. Du sprichst doch von 100%-Ansichten, oder zumindest von sehr großen "pixelproportionalen" Ausgabeformaten, die die hohe Auflösung ausnutzen? Dann hat die Beugung nichts mit der Sensorgröße, egal ob des einzelnen oder des "zusammengerechneten" Sensors, zu tun, sondern mit der Pixelgröße. Kleine Sensoren bedeuten nur dann "früh Beugung", wenn man deren Bild in gleicher Ausgabegröße mit dem von einem größeren Sensor vergleicht.

Ich habe im übrigen "prinzipielle" Bauchschmerzen, wenn die Pixelgröße als Grenzwert für Beugungs- und Schärfentiefe-Betrachtungen genommen wird, und nicht einfach als weiterer Beitrag für die resultierende Unschärfe im fertigen betrachteten Bild. Aber das ist eine andere Baustelle.


Gruß, Matthias

 

[anteportas]

Die Frage ist doch, welche Vorteile eine Gigapixelkamera tatsächlich bringt - für die Bildqualität und überhaupt für die tägliche digitale Fotografie. Ich sehe es so wie donesteban - jenseits von 40 MP überschreitet der Aufwand und die Kosten - aus heutiger Sicht - den Nutzen um ein Vielfaches. Welche Speichertechnik soll eigentlich diese Fotos speichern?

 

[Bredesign]

Die Frage ist doch, welche Vorteile eine Gigapixelkamera tatsächlich bringt - für die Bildqualität und überhaupt für die tägliche digitale Fotografie. Ich sehe es so wie donesteban - jenseits von 40 MP überschreitet der Aufwand und die Kosten - aus heutiger Sicht - den Nutzen um ein Vielfaches. Welche Speichertechnik soll eigentlich diese Fotos speichern?

Aus heutiger Sicht ... da liegt der Hund begraben.
Ich habe grad neulich in meinen alten Sachen eine 16MB SD Karte meiner
ersten Digicam gefunden.
Damals hätte man die gleiche Frage zu den heutigen Bildern gestellt,
passt doch ein einzelnes Bild aus der D800 nicht auf die Karte von damals.

Denkt man noch weiter zurück ... (ich habe mit einem Commodore VC20
meine Computerlaufbahn begonnen ), herrjeh. Alles von Heute ist
Science Fiction von damals.

Der Vorteil liegt darin eigentlich nie wieder Objektive wechseln zu müssen.
Ein Bild und alles von Superweitwinkel bis Extremtele ist aus diesem
einen Bild zu machen.

 

[abacus]

Die Frage ist doch, welche Vorteile eine Gigapixelkamera tatsächlich bringt - für die Bildqualität und überhaupt für die tägliche digitale Fotografie. Ich sehe es so wie donesteban - jenseits von 40 MP überschreitet der Aufwand und die Kosten - aus heutiger Sicht - den Nutzen um ein Vielfaches. Welche Speichertechnik soll eigentlich diese Fotos speichern?

Hmmm, weshalb gibt es da MF-Kameras, die da locker drauf haben und deutlich mehr noch?


abacus