ISO-Invarianz

Ein Inhaltsverzeichnis mit direkten Sprungmarken und Überblick über alle im Artikel ISO-Invarianz behandelten Themenbereiche finden Sie als Pop-Up.

vg

Grundlagen vorab

Technik

Im Idealfall läuft bei klassischen Sensoren (vereinfacht) beim Fotografieren Folgendes ab:

Klassischer Ablauf
  1. Eine Fotozelle - also der lichtempfindliche Teil des Pixels auf dem Sensor - empfängt ein Photon (ein Lichtteilchen). Dadurch wird die Fotozelle zur Abgabe je eines Elektrons je eintreffenden Photons angeregt.
  2. Nach der gesamten Belichtung werden die einzelnen so erzeugten Elektronen zu einer Gesamt-Voltzahl zusammengefasst, welche der Anzahl aller auf diesem Pixel eingetroffenen Photonen entspricht.
  3. Je nach ISO-Einstellung der Kamera wird diese Voltzahl dann verstärkt (ISO gain - Der Ursprungswert der Belichtung wird mit einer vorgewählten Konstanten multipliziert).
  4. Danach wird diese Zahl in einem Analog-Digital-Wandler digitalisiert.
  5. Dieser digitale Wert für jeden einzelnen Pixel wird in den RAW-Dateien abgespeichert. - Manche nennen diese Einzelwerte analog-to-digital units = ADU, oder data numbers = DN, oder den Roh-Wert des Pixels.

Diese Reihenfolge war früher wichtig, denn ältere Sensoren besitzen einen hohes Sensor-Grundrauschen sowie eine eingeschränkte Dynamik und erfordern so eine kamerainterne Signalanhebung, um überhaupt gute Bilder zu produzieren. Vor allem in dunklen / schattigen Partien lag das Rauschen so hoch wie das Signal, sodass man das Signal deutlich verstärken musste, um es überhaupt zu erkennen. Verstärkt man das Signal, wird jedoch auch das Grundrauschen angehoben, wenn auch weniger.

Hohes Sensor-Grundrauschen

Das hohe Grundrauschen der klassischen Sensoren führte zu Problemen besonders in den dunklen Tönen und machte eine generelle Signalverstärkung erforderlich, damit man das Signal in jenen dunklen Bereichen überhaupt sinnvoll auswerten konnte.
Blau: Signalstärke je Blendenwert, Lichtwert, EV. - Rot: Sensor-Grund-Rauschen.
In diesem Beispielbild wird das Rauschen je Lichtwert des Dynamikumfanges von 9 Blenden symbolhaft gezeigt. Während man mit dem Rauschen in den hellen Tönen ganz rechts leben könnte, sind die dunklen Bildteile links im Diagramm extrem verrauscht.

Effekt der ISO-Invarianz

Moderner Ablauf

Der Analog-Digital-Wandler rückt eine Stufe nach links auf 3. Die ISO-Aufhellung liegt nun auf 4. Aber sie geht nur noch als reiner Zahlenwert in die RAW-Datei ein. De facto wird für RAW-Dateien nichts mehr verstärkt. Eine kamerainterne reale Signalverstärkung tritt nur noch für JPEG-Dateien ein.

Belichtung, exposure

Hier finden sich viele Missverständnisse, welche erst ausgeräumt werden müssen, bevor man die Vorteile und Grenzen der ISO-Varianz verstehen kann.

Neue Möglichkeiten der Bild-Aufhellung

Wenn man dies weiterdenkt, so erlaubt die ISO-Invarianz moderner Sensoren ein anderes Arbeiten in der Fotopraxis:

Mit älteren Sensoren hätte man theoretisch zwar auch so arbeiten können: Ein Foto mit ISO 100 aufnehmen, statt mit ISO 1.600. Aber bei einer nachträglichen Aufhellung am PC um z.B. + 4 EV / Lichtwerte / Blenden wäre das Bildrauschen unübersehbar gewesen.

Geringes Sensor-Grundrauschen und hohe Dynamik

Das geringe Grundrauschen der modernen Sensoren stellt auch in den dunklen Tönen kein Problem dar und macht keine generelle Signalverstärkung erforderlich. Auch in den dunklen Bereichen sind Details noch unterscheidbar und können ausgewertet werden.
Blau: Signalstärke je Blendenwert, Lichtwert, EV. - Rot: Sensor-Grund-Rauschen.
In diesem Beispielbild wird das Rauschen je Lichtwert des Dynamikumfanges von 13 Blenden symbolhaft gezeigt. Man kann mit dem geringen Rauschen auch in den dunklen Bildteile links im Diagramm leben.

Historie und Verbreitung

Falls ich Hersteller oder Kameramodelle mit ISO-invarianten Sensoren vergessen haben sollte, so melden Sie mir diese bitte per E-Mail oder Kontakt-Formular.

Man erkennt, dass inzwischen eine durchaus beachtliche Anzahl an Kameramodellen mit dieser Technologie ausgestattet ist - jedoch mit unterschiedlichen Ergebnissen bezüglich der damit erzielten Bildqualität. - ISO-Invarianz ist auch keine ruckartig, als große Schwelle einsetzender totaler Umbruch der Bildqualität, sondern lieferte in den letzten Jahren kontinuierlich bessere Werte in bestimmten Bereichen.

Vorteile

ISO-invariante Sensoren bieten folgende Vorteile:

Vergleich der Dynamik

Symbolisch vereinfachter Dynamikverlauf eines idealen modernen ISO-invarianten Sensors (grün) im Vergleich zu einem ebenso symbolisch vereinfachten klassischen Sensor (rot). - Bitte beachten Sie, dass die tatsächlich vorhandenen Sensoren davon im Detail jeweils deutlich abweichen können.
Die Y-Achse zeigt die Dynamik in Blendenstufen / Lichtwerten / EV, die X-Achse die ISO-Zahl.
Deutlich erkennt man einerseits den eher kurzen hohen Plateau-Verlauf mit schnellem Abbruch des ISO-invarianten Sensors, sowie andererseits den sich verengenden Abstand bei zunehmender ISO-Zahl.
D.h. moderne Sensoren bieten Vorteile vor allem im unteren ISO-Bereich.

Keine Vorteile, Einschränkungen, Übertreibungen und physikalischer Unsinn

Im Internet finden sich inzwischen zahlreiche Behauptungen zu ISO-Invarianz, welche deutlich über das Ziel hinausschießen. - Physikalische Fakten bleiben jedoch bestehen und haben weiterhin Auswirkungen auf die praktische Fotografie:

Rauschen

Die neuen ISO-invarianten Sensoren zeigen zwar ein geringeres Rauschen, können jedoch keine Wunder vollbringen.

Dynamik

Die neuen ISO-invarianten Sensoren bieten zwar einen etwas höheren Dynamikumfang, aber er deckt bei weitem nicht alle Naturerscheinungen ab.

Höhere Bildqualität

Bildqualität ist ein sehr weiter Begriff. Ihn nur auf die obigen Details Dynamik und Bildrauschen zu beschränken, greift zu kurz.

Vergleiche

ISO-invariante Sensoren werden gerne mit den alten ISO-varianten Sensoren verglichen. Allerdings sind derartige Vergleiche sehr schwierig.

Zeit

Ein wichtiges Argument - insbesondere für Berufsfotografen - ist die Zeitersparnis. Und in der Tat kann man mit höherwertigen Kameras, welche bei der ersten Aufnahme bereits vieles korrekt aufnehmen, Zeit sowohl vor Ort als auch in der Nachbearbeitung sparen. Aber bei ISO-invarianten Sensoren finden sich ein paar Haken, die man kennen sollte:

Foto-Praxis

Relativierung und Einordnung

Und noch etwas zur relativierenden Einordung der neuen Sensoren:

Foto mit alter Sensortechnik

Ein weiteres Foto einer ISO-varianten Kamera. Also auch dieses Bild wurde mit der alten Sensortechnologie aufgenommen - wie im Übrigen alle auf diesem Internet-Auftritt dargestellten Fotos - auch diejenigen auf der Startseite.

Fazit - Empfehlungen

Ich wünsche Ihnen viel Freude beim regelmäßigen Fotografieren.

Weiterführende Artikel

Ich habe hier absichtlich keine Videos (z.B. von YouTube) zu dem Thema ISO-Invariance als Referenz aufgeführt, da die Materie m.E. zu komplex ist, als dass man sie mit schnell gesprochenen Texten verstehen kann, ohne dass man die Logik dahinter bereits vorab begriffen hat. Für derart komplexe Themen - wie ISO-Invarianz - eignet sich (mehrfach und langsam lesbarer) Text zum Verstehen und Erlernen noch immer am besten. Wer es bezweifelt, darf gerne einmal ein paar englische Videos zum Thema ISO-Invariance anschauen. Nachdem Sie nun meinen Text gelesen (und hoffentlich etwas davon verstanden und sich gemerkt) haben, werden Sie zumindest Teile der Videos besser verstehen.

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