Digitalkamera Bildqualität: Sensorgröße statt Megapixel

Megapixel gelten als wichtiger Testwert für Digitalkameras. Viel wichtiger ist aber die Lichtleistung einer Kamera. Die hängt vor allem von Sensorgröße und Objektivblende ab.

Der Sensor ist das Herzstück einer Kamera

Welche Testwerte sind wichtig für eine gute Bildqualität?

  1. Objektivblende – f-Zahl
  2. Rauschverhalten – ISO
  3. Objektivschärfe – MTF-Wert
  4. Dynamikbereich – EVs
  5. Farbtiefe – Bits
  6. Sensorgröße – Crop-Fakor
  7. Auflösung – Megapixel

Meiner Meinung nach nimmt die Wichtigkeit von 1 bis 7 ab. Das heißt die Auflösung in Megapixel ist von diesen 7 der am wenigsten wichtigste Wert. Das gilt so lange die Kamera mehr als ungefähr 10 Megapixel hat und das haben alle modernen Digitalkameras.

Wichtige Digitalkamera Testwerte für Reisefotografie

Welcher Wert der wichtigste ist, kommt auch auf die Art deiner Fotografie an. Für einen Studiofotografen mit kontrollierten Lichtverhältnissen ist die Farbtiefe bei niedrigem ISO entscheidend, für einen Landschaftsfotografen mit Stativ der Dynamikbereich bei niedrigem ISO.

Die meisten Reisebilder sind Schnappschüsse, mit Ausnahme von Architektur und Landschaft mit Stativ. Für solche mit der Hand gehaltenen Bilder brauchst du eine möglichst kurze Belichtungszeit. Das leisten Kameras mit lichtstarkem Objektiv oder gutem Rauschverhalten bei hohem ISO, also Kameras mit guter Lichtleistung.

Aus diesem Grund ist die Lichtleistung der wichtigste Wert bei der Bestenliste für Zoom-Kameras und bei der Bestenliste für Festbrennweiten-Kameras.

Was ist Lichtleistung bei Digitalkameras?

Du kennst das Belichtungsdreieck: Um die Belichtungszeit zu verringern musst du entweder die Blende öffnen oder den ISO-Wert erhöhen:

Stell dir vor Kamera A hat bei ISO 1000 das gleiche Bildrauschen wie Kamera B bei ISO 500. Das heißt mit Kamera A kannst du bei gleicher Bildqualität die Belichtungszeit halbieren. Kamera A hat die doppelte Lichtleistung verglichen mit Kamera B, wenn die Blenden gleich groß sind.

Um Kamera B eine Chance zu geben, stellst du bei ihr nun Blende f/2,8 ein. Bei Kamera A stellst du Blende f/4,0 ein. Bei Kamera A halbiert sich weiterhin die Belichtungszeit durch den doppelt so hohen ISO wie bei Kamera B. Bei Kamera B halbiert sich allerdings nun die Belichtungszeit durch die doppelt so offene Blende. Die Lichtleistung der Kameras ist nun gleich.

Die Lichtleistung hängt also von der Lichtstärke des Objektivs und dem Rauschverhalten der Kamera in Kombination ab.

Lichtleistungskurve von verschiedenen Kompaktkameras

Äquivalente Blende: Lichtleistung nach Sensorgröße

Du kennst die äquivalente Brennweite:
Ein Objektiv mit Brennweite 50mm verhält sich auf einer Kamera mit Micro Four Thirds Sensor (Crop-Faktor 2,0) so wie ein Objektiv mit Brennweite 100mm auf einer Kamera mit Vollformat Sensor (Crop-Faktor 1,0).

Ebenso funktioniert die äquivalente Blende:
Ein Objektiv mit Blende f/2,8 verhält sich auf einer Kamera mit Micro Four Thirds Sensor (Crop-Faktor 2,0) ungefähr so, wie ein Objektiv mit Blende f/4,0 auf einer Kamera mit Vollformat Sensor (Crop-Faktor 1,0).

Für die Tiefenschärfe ist diese Berechnung genau. Blende f/2,8 auf einer Micro Four Thirds-Kamera ist von der Tiefenschärfe genau äquivalent zu Blende f/4,0 auf einer Vollformat-Kamera.

Bei der Lichtleistung ist die äquivalente Blende aber nur eine Näherung. Ein doppelt so großer Sensor hat ein äquivalentes Rauschverhalten ungefähr als Faustformel beim vierfachen ISO-Wert.

Neben der Sensorgröße beeinflussen aber noch andere Faktoren das Rauschverhalten, vor allem die Sensortechnologie. Deswegen ist die äquivalente Blende nur ein Schätzwert.

Die äquivalente Blende ist trotzdem ein guter Pi mal Daumen Wert, wenn du Kameras mit unterschiedlichen Sensorgrößen vergleichen willst. Du musst dazu nur die Blende mit dem Crop-Faktor multiplizieren. Außerdem findest du äquivalente Blenden in der Digital Cam DB.

Wenn du Probleme hast die äquivalente Blende zu verstehen, überlege dir was ISO bedeutet. ISO 100 bei einer Kamera mit kleinem Sensor hat ein anderes Rauschverhalten als ISO 100 bei einer Kamera mit großem Sensor. Du willst um Kameras mit verschieden großen Sensoren zu vergleichen also nicht den ISO-Wert konstant halten, sondern das Rauschverhalten. Genau das drückt die äquivalente Blende aus.

DPReview hat einen sehr guten Artikel zur äquivalenten Blende mit Beispielbildern zur Veranschaulichung der beiden Effekte.

Vergleiche Blenden von Kameras mit unterschiedlich großen Sensoren immer über die äquivalente Blende, nicht über die Objektiv-Blende. Die Sensorgröße verändert zwar nicht die Blende, aber die Auswirkungen der Blende auf Tiefenschärfe und Lichtleistung.

Lichtleistung: Gute Bildqualität mit Low-Light-ISO

Ein komplizierterer Vergleich der Lichtleistung geht direkt über das Sensor-Rauschverhalten, statt über die Sensorgröße. So kommst du auf genaue Werte und kannst außerdem Kameras mit gleich großen Sensoren exakt vergleichen.

Vor allem kleinere Sensoren sind meistens viel besser als du anhand der Faustformel äquivalente Blende erwartest. Neue Sensor-Technologien sind teuer und werden deshalb zuerst in kleinen Sensoren ausgerollt.

Ein solcher Vergleich ist nicht möglich ohne das Rauschverhalten zu kennen. Dazu gibt es Messwerte von vielen Kamera-Sensoren auf dxomark.com.

Es geht um den Messwert namens Sports oder Low-Light-ISO. Er beschreibt den ISO-Wert einer Kamera, bei dem noch eine ausreichende Bildqualität erreicht wird.

Eine mögliche Definition für ausreichende Bildqualität, die von DXOMark verwendet wird ist:

  • Signalstärke mindestens 30dB
  • Dynamikbereich mindestens 9 EVs
  • Farbtiefe mindestens 18 Bits

An dem Punkt, wo einer dieser Werte unterschritten wird, wird der ISO-Wert gemessen. Das ist der Low-Light-ISO.

Wenn also Kamera A einen Low-Light-ISO von 1000 hat und Kamera B einen Low-Light-ISO von 500, dann hat Kamera A die doppelte Lichtleistung bei gleicher Bildqualität.

Diese Methode über exakte Messwerte ist um einiges genauer als das Rauschverhalten nur über die Sensorgröße abzuschätzen, wie bei der äquivalenten Blende. Du bekommst die digitale Lichtleistung einer Kamera. Eine genauere Erklärung zu der Low-Light-ISO Berechnung bei Tony Northrup.

Wenn du die Kombination von Kamera und Objektiv vergleichen willst, musst du außerdem die optische Lichtleistung anhand der Blende mit einbeziehen. Das geht wie gewohnt über die f-Zahl.

Wenn du die digitale Lichtleistung und die optische Lichtleistung zusammen betrachtest, erhältst du die gesamte Lichtleistung einer Kamera.

kamerapipeline

Linearisierung mit einer Referenzkamera

Weißt du genau den Unterschied zwischen Blende f/2,5 und Blende f/3,5? Ich auch nicht ohne Nachrechnen. Das Problem sind die logarithmischen f-Zahlen. Um die Blenden-Werte zu linearisieren kannst stattdessen den Unterschied zu einer Referenzkamera angeben. So hast du also die Lichtleistung in Prozent.

Eine Kamera mit einer Lichtleistung von 200% ist doppelt so lichtstark, wie die Referenzkamera und eine Kamera mit einer Lichtleistung von 50% ist halb so lichtstark. Das ist intuitiver als f-Zahlen/Stops und macht auch die digitale Lichtleistung mit der optischen Lichtleistung vergleichbar.

Die Referenzkamera könnte natürlich f/1 und Low-Light-ISO 100 haben, aber dann sind die Werte nicht besonders intuitiv. Einen sinnvolleren Arbeitsbereich bekommst du, wenn du mit einer durchschnittlichen Kamera auf dem Markt vergleichst, z.B. Low-Light-ISO 1250 und Blende f3,5 – f5,6.

Ein Sonderfall ist der Vergleich der optischen Lichtleistung bei einem Zoomobjektiv mit variabler Blende. Am einfachsten ist es in Annäherung von einer Blendenkurve mit einem linearen Blendenabfall auszugehen. Dann kannst du den Blenden-Wert über den Zoombereich mitteln.

Wenn du die digitale Lichtleistung und die optische Lichtleistung zweiter Kameras verglichen hast, kannst du die beiden prozentualen Kennzahlen einfach multiplizieren. Heraus kommt die gesamte Lichtleistung einer Kamera, verglichen mit der Referenzkamera.

Probleme mit der Lichtleistung

Es ist super einen aussagekräftigen Wert wie die Lichtleistung zu haben, der sowohl Sensor als auch Objektiv berücksichtigt und unterschiedliche Kameras vergleichbar macht.

Aber neben Vorteilen gibt es mehrere Nachteile, vor allem Kritikpunkte 1. und 2.:

  1. DXOMark testet nicht alle Kameras. Das gilt besonders für aktuelle Fuji X-Mount Systemkameras, die wegen ihrem X-Trans-Filter nicht getestet werden können. Das gleiche gilt für andere neue Sensor-Technologien wie der Sigma Foveon X3 Sensor, der ganz ohne Bayer-Filter auskommt. In den Bestenlisten wird bei fehlenden Tests wenn möglich ein Testwert vom gleichen Sensor in einer anderen Kamera verwendet.

  2. Viele Objektive mit variabler Blende haben keinen gleichförmigen Blendenabfall. Manche Hersteller bauen ihre Objektive so, daß die Blende bei einem kleinen Zoom bereits den schlechtesten Wert erreicht hat. Das ist schlaues Marketing, weil man f/1,8-f/2,8 auf ein Objektiv schreiben kann, das über einen Großteil des Zoombereichs mit Blende f/2,8 arbeitet. Es ist aber auch schlecht für den Kunden und erschwert den Vergleich.

  3. Der Abfall am Sensor bei höheren ISO für SNR, Dynamikbereich und Farbtiefe ist nicht gleichförmig. In den DXOMark Scores siehst du das unter Measurements in den Kurven für SNR 18%, Dynamic Range und Color Sensitivity. Wenn man nur einen ISO-Wert verwendet bei dem entweder 30dB, 9 EVs oder 18 Bits zuerst unterschritten werden, ist das für alle anderen ISOs nur eine Näherung.

  4. Die DXOMark-Tests beziehen sich auf Sensoren, nicht auf Kameras. Wenn du RAW fotografierst ist das weitestgehend egal. Aber wenn du die Out-Of-Camera JPEGs verwendest, macht die digitale Pipeline nach dem Sensor einen großen Unterschied zwischen Kameras, vor allem bei den Schritten Weißabgleich, Rauschreduktion und Dynamikkompression.
  5. Die eigentlich für das Belichtungsdreieck wichtige Blendenzahl ist nicht die f-Zahl sondern die t-Zahl. Diese „Transmissions-Zahl“ beschreibt die tatsächlich durchgelassene Lichtmenge. Leider ist die t-Zahl nicht so einfach herauszufinden und die Verluste zur f-Zahl sind meistens ähnlich.

  6. Eine Kamera auf einen einzigen Wert zu reduzieren ist immer mit Problemen verbunden. Die Lichtleistung ist ein aussagekräftiges Hilfsmittel, aber du solltest unbedingt noch andere Faktoren vergleichen, z.B. Gewicht, Preis, Größe, Objektivschärfe, Bildstabilisator, Autofokus, Tiefpassfilter, Framerate, Handhabung, Batterielaufzeit, …

Die Lichtleistung ist einer der aussagekräftigsten Werte um Digitalkameras zu vergleichen, aber es ist kein Allheilswert. Übertreibe es nicht.

Beitrags-Historie:

  • 18.09.2014: Erstmals veröffentlicht
  • 20.04.2017: Umfassend aktualisiert, äquivalente Blende mit aufgenommen, Formeln entfernt, Kritikpunkte hinzugefügt
 

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  1. Eike says:

    Hi Fabian!

    Ich lese dein Blog zwar schon ne ganze Weile, aber das hier ist glaube ich mein erster Kommentar, also Servus. Jetzt ließ es sich aber auch nicht mehr länger aufschieben: WAHNSINN, was du hier (generell) veranstaltest- und diese Bewertungsskala für Kameras, die du aus dem Ärmel schüttelst und auch noch so anschaulich wie möglich erklärst, setzt dem Ganzen die Krone auf. Tolle Idee, super umgesetzt und danke für die viele Arbeit! Blöd nur, dass ich jetzt Lust habe, meine Pentax K-x zu verkaufen ;).

    Beste Grüße,

    Eike

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