Digitalkamera

Ein digitaler Fotoapparat, auch Digitalkamera genannt, ist ein Fotoapparat, bei dem das Aufnahmemedium Film durch einen elektronischen Bildwandler (Sensor) ersetzt wurde. Der Sensor wandelt in der Kamera die Lichtsignale in elektrische digitale Signale um (das Bild wird digitalisiert). Es kann dann digital gespeichert und weiterverarbeitet werden. Die Digitalkamera verfügt über eine Schnittstelle, mit der die Fotos an andere digitale Geräte, in der Regel Computer, übertragen werden können.

Digitalkameras wurden zunächst vorwiegend im Heimanwenderbereich eingesetzt, aufgrund der mittlerweile erzielbaren Auflösungen finden sie auch zunehmend im professionellen Bereich Anwednung, insbesondere wenn es um schnell übermittelbare Bilder geht, bei denen geringere Bildbrillianz akzeptiert werden kann (Zeitungsjournalismus).

Digitalkameras werden zunehmend in andere Geräte integriert. Moderne Handy-Telefone besitzen bereits eine eingebaute Digitalkamera. Video-Camcorder besitzen Fotofunktionen, die ähnlich wie Digitalkameras arbeiten. Andererseits verfügen viele digitale Fotoapparate über die Möglichkeit, kurze Filme aufnehmen zu können oder die digitalen Signale ohne Zwischenspeicherung direkt an die Schnittstelle zu übertragen. Damit kann die Digitalkamera auch als Webcam genutzt werden.

Funktionsweise

Wie bei einer Analogkamera wird das einfallende Licht mit einem Objektiv gesammelt und auf die Filmebene, in diesem Fall der Sensor, scharfgestellt (fokussiert). Der Sensor ist ein elektronisches Bauelement, entweder ein CCD-Sensor oder ein CMOS-Sensor, das wesentlich kleiner ist als der Film einer herkömmlichen Kleinbildkamera. Dies stellt erhöhte Anforderungen an die Qualität der Objektive. Durch die gegenüber einer Kleinbildkamera verschiedene Größe der Bildfläche ergeben sich auch andere Brennweiten für die Objektive. Um diese weiterhin mit dem herkömmlichen Kleinbildformat vergleichen zu können, geben viele Hersteller von kompakten Digitalkameras die Brennweite ihrer Objektive analog zu Kleinbild an. Besitzt man eine digitale Spiegelreflexkamera mit Wechselobjektiven (wobei von den Herstellern der Bajonettanschluss ihrer herkömmlichen Kleinbild-Spiegelreflexkameras weiter verwendet wird und so auf die vorhandenen Objektive zurückgegriffen werden kann), wird zumeist ein Umrechnungsfaktor angegeben, der so genannte Verlängerungsfaktor, mit dem die Brennweite des Objektivs multipliziert werden muss, um die neue Brennweite zu erhalten. Dies hat Nachteile im Weitwinkelbereich, da sich dort die Brennweite in Richtung Normalobjektiv verlängert, Vorteile im Telebereich, da sich dort die Brennweite nochmals verlängert. Der allgemeine Trend geht aufgrund dessen aber zu immer größeren Sensoren, 2002 wurde erstmals eine digitale Spiegelreflexkamera mit einem Sensor in voller Kleinbildgröße vorgestellt.

Der kleinere Sensor in Verbindung mit den bei digitalen Kompaktkameras verwendeten Objektiven führt noch zu einer weiteren Einschränkung: Aufgrund der sehr kleinen Blendengrößen wird die Tiefenschärfe unnatürlich groß und man verliert gestalterische Möglichkeiten, das Stilmittel "Tiefenschärfe" gezielt einsetzen zu können.

Zusätzlich zu einem bei digitalen Kompaktkameras meist eingebauten optischen Zooms besitzen viele noch einen digitalen Zoom. Dieser lässt das Bild zwar größer erscheinen, es ist aber tatsächlich nur eine Ausschnittsvergrößerung mit geringerer Auflösung (aus einer schrägen Linie wird eine Treppe), die auch mit jeder Bildbearbeitungssoftware im nachhinein mit jedem beliebigen Zoomfaktor realisiert werden kann. Der digitale Zoom gehört also nicht zum optischen System, sondern zur Elektronik einer Digitalkamera.

Die Auflösung von Digitalkameras

Digitalkameras mit Auflösungen unter 2 Megapixel gelten heute (2003) als Fun-Kameras, bzw. Spielzeugkameras. Darunter fallen auch Mikrokameras mit VGA-Auflösung (0,3 Megapixel), die als Schlüsselanhänger benutzt werden können und im Normalgebrauch eine Ausschussrate von 90 % der Fotos erreichen.

Digitalkameras mit Auflösungen von 2-3 Megapixel gelten heute (2003) als Einsteigerklasse. Sie sind ausgereift, preiswert und leicht zu bedienen. Sie genügen für Papierabzüge bis 10x15 cm.

Auflösungen von 4-5 Megapixel gelten als High-End-Geräte, für Bilder ab DIN A4-Größe. Die Anschaffung dürfte sich nur für den semi-professionellen Einsatz lohnen.

Die Profiklasse bietet Spiegelreflexkameras mit Wechselobjektiven, vielen Einstellungsmöglichkeiten und mit CCDs mit Auflösungen von 5 - 14 Megapixel zu Preisen ab 1500 EUR (2003).

Zum Vergleich: Bei der herkömmlichen analogen Kleinbild-Fotografie spricht man von 30 Megapixeln, die mit einem guten Film erzielt werden können.

Neben der CCD-Auflösung entscheiden aber auch das optische System und die Elektronik über das Gesamtergebnis. Alle drei Säulen zusammen ergeben die eigentlich interessantere Effektivauflösung, die nur anhand von Testbildern, z.B. nach dem Auflösungschart ISO 12233, festgestellt werden kann. Die Effektivauflösung wird von der schwächsten Säule bestimmt.

Erweitete Möglichkeiten durch digitale Aufnahmetechnik

In einem digitalen Fotoapparat steuert die Elektronik eine ganze Anzahl bildbestimmender Parameter vor, während und nach der Aufnahme.

• Die Farbtreue bei Tageslicht und Kunstlicht (Thema Weißabgleich), Bildqualität (Schärfe)

• Homogenität, d.h. gleichmäßige Schärfe und Helligkeit über das gesamte Bild insbesondere am Bildrand. Sie ist auch abhängig von der Optik und muss bei schlechter Optik allein durch die Software ausgeglichen werden.

• Signaldynamik, die von der Kamera unterscheidbaren Helligkeitsstufen, bzw. der Kontrast

• Bildfehler bzw. Bildreinheit, wie Rauschen, Artefakte. Bei Kameras mit 3 Megapixel und höher lassen sich CCD-Fehler nicht mehr vermeiden: einige Fotodioden arbeiten überhaupt nicht und alle Fotodioden arbeiten insgesamt mit unterschiedlicher Empfindlichkeit. Die Aussetzer und das Bildrauschen insbesondere bei Nachtaufnahmen müssen von der Kamera-Elektronik ausgeglichen (übermalt) werden, damit der Anwender die Fehler nicht merkt.

• Um sich in der Gunst der Verbraucher zu steigern, wird nach dem Druck auf den Auslöser mittels der Elektronik ein regelrechtes Bildverbesserungs-Feuerwerk abgeschossen, bevor das Foto auf die Speicherkarte gespeichert wird. Dazu gehören Software-Scharfzeichnung, bei der Übergänge im Bild erkannt werden und verstärkt werden - was im Zweifel zu Artefakten führen kann. Ebenso werden kontrastarme Bilder aufgefrischt und Farben verstärkt. Diese elektronischen Feuerwerker verfälschen das Bild natürlich, die Fotos haben danach weniger Informationsgehalt als vorher. Für den Anwender ist der Nutzen zweifelhaft, denn er könnte mit jeder Bildbearbeitungssoftware dieselben Effekte erreichen und persönlich steuern – und er hätte als Ausgangsmaterial ein unverfälschtes Foto mit hohem Informationsgehalt. Außerdem verlängert die Nachbearbeitung die Wartezeit, die vergeht, bevor ein neues Foto ausgelöst werden kann (die Bildspeicherung kann durchaus 20 Sekunden dauern); ganz abgesehen von der erhöhten Akkubeanspruchung.

• Analog zu der Nachbearbeitung verbraucht eine Digitalkamera auch für die Vorbereitung wertvolle Zeit. Für Schnappschüsse oder schnelle Serienbilder bei Sportveranstaltungen sind Digitalkameras daher viel zu langsam. Bevor ein Foto ausgelöst wird, wird der Autofokus in Gang gesetzt, der die Scharfeinstellung übernimmt. Auch wenn mehrere Fotos vom gleichen Objekt gemacht werden, muss jeweils eine Scharfeinstellung erfolgen. Bei einigen Kameras kann der Autofokus abgestellt werden. Einen Schärfe-Einstellring sucht man bei den meisten Digitalkameras allerdings vergeblich. Lediglich über eine Menüstruktur kann eine manuelle Scharfeinstellung in Stufen erreicht werden, was die Einsatzmöglichkeiten von Digitalkameras begrenzt, zumal die manuelle Scharfeinstellung nur bei Spiegelreflexkameras funktioniert. Auch wenn der Autofokus abgeschaltet wird, findet vor dem Auslösen in der Kameraelektronik noch ein Weißabgleich statt. Und weil das nicht reicht, findet auch noch ein Schwarzabgleich statt (um das CCD-Rauschen und Fehlerpixel auszufiltern).

Die technische Entwicklung geht aber zu immer schnelleren Kameras, so dass dieser Punkt in absehbarer Zeit keine Bedeutung mehr haben wird.

Speicherung der Bilder

Damit ein 2-Megapixel-Bild mit 3 Farben pro Pixel nicht 6 Megabyte auf der Speicherkarte verbraucht, wird es komprimiert. Als verlustbehafteter Modus steht das JPEG-Format zur Verfügung, als verlustfreier Modus wird meistens TIFF angeboten.

Zusätzlich bieten Kameras im mittleren bis hohen Preissegment oft auch eine so genannte RAW-Speicherung. Dabei werden die tatsächlich vom CCD-Sensor der Kamera "eingefangenen" Bildinformationen (sprich die Intensität des Lichtes auf jeder einzelnen Fotozelle des Sensors) unverändert ("raw" = roh) abgespeichert, meist durch verlustfreie Kompression auf eine erträgliche Dateigröße reduziert. Die von den einzelnen Kameraherstellern für diesen Modus verwendeten Dateiformate sind dabei größtenteils untereinander nicht kompatibel, es existiert auch noch kein Standard für diese Dateien, deswegen müssen RAW-Dateien vor der Betrachtung oder Bearbeitung mittels einer vom Kamerahersteller bereitgestellten Anwendung in ein Standard-Bildformat (meist TIFF) konvertiert werden. Der große Vorteil der RAW-Speicherung besteht darin, dass eine Gamma-Korrektur bzw. ein Weißabgleich, eine Anpassung der Helligkeit und des Kontrasts oder ähnliche "Optimierungen" nicht schon von der Kamera während der Bildaufnahme durchgeführt werden, sondern komfortabel unter Veränderung aller Optionen am heimischen PC erfolgen können.

Gespeichert werden die Bilder in der Kamera auf verschiedenen Speichermedien. Gebräuchlich sind: SmartMedia, CompactFlash, Mikrodrive, Memory Stick.

Die Digitalkamera braucht Strom, welcher fast immer aus einem Akku geliefert wird.

Kaufberatung

Als weitere kaufrelevante Merkmale für digitale Fotoapparate kommen die Ausstattung, die Abmessungen und das Gewicht in Betracht, die je nach geplanten Einsatzgebiet berücksichtigt werden müssen. Wesentliche Ausstattungsmerkmale sind:

• das Vorhandensein, die Größe, die Helligkeit und die Sonnenlichtabdeckung eines LCD-Farbdisplays. Das Display wird für eine grobe Beurteilung des aufgenommenen Fotos benötigt, als Ergänzung für den optischen Sucher und als Status-Anzeige für die verschiedenen Einstellungen und für die Menüstruktur. Zur Beurteilung der eingestellten Schärfe ist der Display mit seinen 30.000 Pixel ungeeignet, denn bei dieser Auflösung erscheinen alle Bilder scharf. Der Display sollte sich auch ausschalten lassen und einen alternativen Sucher bieten um Strom zu sparen.
• Digitaler Sucher: Liefert im Nahbereich genaues Suchbild.
• Zoom: Optischer Zoom ist wichtiger als digitaler
• Blitz (Möglichkeit für externen Zusatzblitz)
• Ladegerät, und die Information darüber, wie die Akkus überhaupt aufgeladen werden.
• Akkus: Mindestens 2000 mA
• USB-Port für die Datenübertragung. Der Trend geht allerdings in Richtung FireWire oder gar WLAN.

• Zusatzgimmicks wie Sprachaufzeichnung, Videoaufnahme, Selbstauslöser, Fernbedienung, Belichtungskorrektur, einstellbare ISO-Empfindlichkeit (früher ASA oder DIN), Akku-Restanzeige.

Vor dem Kauf einer Digitalkamera sollte auch geprüft werden, welche Dokumentation und welcher Service geboten werden, ob Firmware-Updates möglich sind, die Garantiezeit und die Telefongebühren der Hotline.

Als wichtige Nebenkosten sind zu berücksichtigen: Kosten für Ersatz-Akkus, für externe Ladegeräte ggf. mit Entladefunktion, zusätzliche Speichermedien und Speichermedien mit höherer Speicherkapazität.

Es gibt eine großen Preisverfall aufgrund der noch jungen Entwicklung.

Anzahl Megapixel	Preis Januar 2002	Preis Dezember 2002
5	ab 1485€	ab 1000€
4	ab 1230€	ab 600€
3	ab 520€	ab 400€
2	ab 380€	ab 120€