CMOS Sensoren

Feine Unterschiede

CMOS

Große CMOS Einchip-Lösungen kommen in hochwertigen Kameras zum Einsatz

Bei Ein-Chip Lösungen kommen in den höherwertigen Kameras eher CMOS Sensoren zum Einsatz. Sie sind weniger lichtempfindlich als CCDs, insbesondere im Vergleich zu jenen, die mit Mikrolinsen versehen sind. Durch die Mikrolinsen aber sind die CCDs sehr anfällig auch für Streulicht, also seitlich auf ein Pixel eintreffendes Licht, da kann leicht die benachbarte Linse ebenfalls Licht abbekommen. CMOS Chips sind hier unempfindlicher und verhindern dadurch Auswaschungen / Blooming. Das wirkt sich als Unschärfeeindruck aus.

 

Viele CMOS Sensoren arbeiten mit einem sogenannten "Rolling Shutter", was bedeutet, dass die Bildinformationen aus dem Sensor von oben nach unten jeweils in einem wandernden Streifen ausgelesen werden. Dadurch kommt es bei Kamerabewegungen oder bewegten Objekten durch die zeitlich unterschiedliche Auslesung der Helligkeitsinformationen zu einem Bildversatz. Senkrechte Linien werden da zu Schrägen. Hochwertige CMOS Sensoren arbeiten deshalb im Fullframe-Modus und lesen die Pixel alle gleichzeitig aus.

 

Farbenspiele

Canon D5

Canons C300 bei Spielfilmdreh auf Leichtkran. Die Kamera ist mit einem Super 35 mm CMOS-Sensor ausgestattet

So ein Chip besteht aus einer bestimmten Anzahl von neutralen Sensoren, die einfach nur die Helligkeit an einem bestimmten Pixel messen. Sie erzeugen also lediglich ein Schwarzweiß Bild.

Gängige Größen sind zum Beispiel 1280x1024 (HD), 2880×1620 (>2K), 3840×2160 (4K) Pixel, Tendenz steigend. Damit bei einer Ein-Chip Kamera überhaupt Farben aufgenommen werden können, hat der CMOS Chip eine "Bayermaske". Diese filtert das auftreffende Licht Rot, Grün oder Blau (RGB). Erst die Software der Kamera (oder des später verwendeten Computers) errechnet mit Hilfe eines Debayering Algorithmus anhand der unterschiedlich gefilterten RGB Anteile der jeweiligen Pixel ein Farbbild.

 

Der Rechenvorgang ist sehr aufwändig,- will man am Set bereits in Echtzeit einen Eindruck vom Farbbild haben, kann man in reduzierter Qualität das Farbbild berechnen und auf einem Display anzeigen lassen.

Damit es halbwegs ansehnlich ist, muss der Bildschirm das spätere farbkorrigierte Bild simulieren, dafür werden so genannte LUTs (Look up table) verwendet.

 

Pixel-Wissenschaften

REDmhmk

HD Workshop mit Filmstudenten der macromedia und der RED mit C-MOS Chip

Die Anwender haben sich im jahrzehntelangen Einsatz der Videokameras an den Weißabgleich gewöhnt, haben müde gelächelt über die Film-Kameraleute, die jeweils per Glasfilter ihr Filmmaterial je nach Sensibilisierung erst an das vorhandene Licht anpassen mussten. Was die wenigsten Anwender wissen, eigentlich wäre es auch bei Videokameras sinnvoll, eine solche Anpassung per Filter vorzunehmen.

 

Nun muss man vorwegnehmen, dass bei den meisten digitalen Chips die Fotodioden, die für blau sensibiliert sind, unempfindlicher sind als jene für Rot oder Grün. Um ein ausgewogenes Bild zu erzielen muss also von Haus aus der Blaukanal elektronisch mehr verstärkt werden als die übrigen Kanäle, weshalb in diesem Bereich das Grundrauschen bereits etwas höher ist.

 

Die Chips, insbesondere der neuen ein-Chip HD Kameras sind zumeist für Tageslicht sensibilisiert. Das heißt, bei 5000-6000 Kelvin stimmen die Farben, bei anderen Farbtemperaturen muss man korrigieren. Per Weissabgleich. Doch was geschieht im Weissabgleich? Da werden bestimmte Anteile elektronisch verstärkt, andere abgesenkt. Das klingt erst einmal wenig dramatisch.

Wenn man nun also bei Kunstlicht-Farbtemperatur (Glühlampen etc.) dreht, bekommt der Rot-Kanal deutlich mehr Licht angeboten und wird deshalb früher an seine Grenzen stoßen (clippen) als die anderen Kanäle. Das reduziert den möglichen Kontrastumfang (Dynamic Range). Damit das Bild nicht rotstichig wird, verstärkt die Elektronik gleichzeitig den Blaukanal (die Betonung liegt auf verstärken, das ist so etwas wie ein zugeschaltetes Gain im Blau-Kanal) wodurch sich das Grundrauschen in diesem Farbbereich noch mehr erhöht.

 

Die guten alten Glasfilter...

Da aber auch Glasfilter Licht schlucken, wäre die ideale Maßnahme, nur mit Tageslicht zu drehen, bzw. Kunstlichtquellen entsprechend durch CTB Folien anzupassen. Dann umgeht man die Erhöhung des Rauschanteils im Blaubereich und nutzt die volle Dynamik der Sensoren. Ist die Anpassung der Lichtquellen nicht möglich, sollte man den klassischen Glasfilter benutzen (CTO entspricht einem 82 er oder 81er Filter) und danach das Finetuning per Weissabgleich an der Kamera.

 

Letztlich ist die Entscheidung abhängig vom Lichtniveau am Drehort. Ist es bereits ein niedriges Helligkeitsniveau, gerät man durch den Glasfilter vielleicht in die Unterbelichtung. Dann sollte man ihn lieber weglassen. Hat man eine ausreichende Helligkeit zur Verfügung, sollte man unbedingt den Glasfilter zur Korrektur mit benutzen.