Verschluss

Mechanischer Verschluss, elektronischer Verschluss, elektronisch-mechanischer Verschluss, EFC, electronic first curtain, Progressive-Shutter, Rolling-Shutter, Global-Shutter.

Ein Inhaltsverzeichnis mit direkten Sprungmarken und Überblick über alle im Artikel der Verschluss bei Kameras behandelten Themenbereiche finden Sie als Pop-Up.

Zielgruppen und Inhalte

• Vor allem seit 2023 werfen angeblich Wissende, selbsternannte Techniker und dumm daherredende Influencer sowie hirnlose Foren-Schreiberlinge fast alle im Bereich der Kameras verfügbaren Fachbegriffe wild durcheinander, dass kaum jemand mehr durchblickt.
• Dieser Artikel soll deshalb in einfacher und verständlicher Sprache Normal-Fotografen und- Normal-Videografen zuerst einmal eine Einführung in die Materie geben.
• Dann werden hier die jeweiligen Vorteile aber auch Nachteile jeder Variante der Verschlussarten an Kameras dargestellt, damit jeder Leser auch etwas direkt Anwendbares für seine tägliche Arbeit aus diesem Artikel zieht.
• Da die gesamt Materie heute hochkomplex ist, muss man oft vereinfachen. Viele Details in der streng geheimen Sensorentwicklung sind auch schlichtweg nicht publiziert, sodass es müßig wäre, darüber zu spekulieren.
• Alle Vorgänge werden zur Vereinfachung so beschrieben, wie sie auf dem fertigen Foto erscheinen. D.h. die vorhandenen Spiegelungen in der Kamera sollen sich die Fachkräfte bitte hinzudenken. Für Laien wäre dies zu kompliziert. Es ändert auch nichts an den physikalischen Eigenschaften oder den hier geschilderten Fakten. So erklären es im Übrigen auch alle didaktisch hochwertigen Quellen im anglo-amerikanischen Ausland - sogar an Universitäten.
• Überdies gehen alle Beschreibungen davon aus, dass man die Kamera horizontal (im Format landscape) hält.
• Ferner beschäftigt sich dieser Artikel nur mit den heute am häufigsten verwendeten Verschluss-Systemen. Sonderformen finden interessierte Leser über die Link-Liste unten.
• Wahre Konstrukteure und Designer von Sensoren sowie Verschlüssen dürfen sich gerne an mich wenden, wenn Sie für Laien verständlichere und klarere Erklärungen bestimmter Sachverhalte besitzen. - Aber selbsternannten Technikern, die nur pauschal herumkritisieren wollen, sei bereits vorab mitgeteilt, dass Ihre Anmerkungen weder bearbeitet, noch publiziert, noch beantwortet werden. Weiterführende Fachliteratur finden Sie unten in der Link-Liste. - Es geht hier nicht um die letzten 0,1% Erkenntnis nach den 99,9% der Grundlagen. Ferner werden auch keine mathematischen Formeln etc. publiziert.
• Worüber ich mich hingegen immer von allen Seiten freue, sind weiterführende Artikel (bitte mit genauen Internet-Links) zu diesem Thema (aus aller Welt), welche ich auf jeden Fall unten in der zusätzlichen Link-Liste publizieren werden. Denn das kann sich dann jeder Leser nach Interesse und Fachkenntnis sowie eigener Neugier als vertiefende Fachliteratur antun oder nicht. Persönlich werde ich sie auf jeden Fall lesen.
• Da es früher auch noch CCDs gab (sehr alte heute kaum mehr verwendete Sensoren, welche teilweise Global Shutter / frame-transfer beherrschten - also den Sensor als Ganzes auf einmal auslesen konnten), besprechen viele alte Artikel im Internet diesen alten Sensor und vergleichen ihn mit anderen alten CMOS-Sensoren. Das ist jedoch nicht mit dem neuen Global-Shutter mit CMOS-Sensoren gemeint. Überhaupt entwickelte sich das Internet im Bereich Fotografie zur ungepflegten 'Müllhalde' an nicht nur niemals zutreffendem, sondern heute oft komplett veraltetem Material, das selbst mit angeblicher Künstlicher Intelligenz arbeitende Suchmaschinen weder erkennen noch aussortieren. Viele alte Artikel im Internet gehen somit am Thema vorbei. Hier geht es um die neuesten Entwicklungen mit dem technischen Stand seit Ende 2023 / Anfang 2024, wobei der Artikel regelmäßig ergänzt und ggf. überarbeitet wird.
• Es geht in diesem Artikel über Verschlüsse an Kameras um in der Praxis anwendbare Erkenntnisse für weitgehende Laien. - Oder wie wir früher sagten: 'Theorie aus der Praxis für die Praxis.'
• Zeichnungen, Fotos und Videos finden Interessierte unten in der bereits erwähnten Link-Liste. - Allerdings ist es viel einfacher, Sie verwenden Ihre eigene Kamera. Entfernen Sie dazu das Objektiv, stellen Sie ca. 1/2 Sek. Belichtungszeit manuell ein, schauen Sie in den Bajonettschacht und lösen Sie aus. Sofern Sie die Kamera nicht direkt in die pralle Mittagssonne oder eine starke Lichtquelle halten, schadet dies dem Sensor nicht.

Ziel des Artikels über Kamera-Verschlüsse ist es somit, Licht in das Dunkel der Influencer und Marketing-Abteilungen der Firmen zu bringen.

Definitionen

• Gemeint ist hier der Verschluss an Kameras (für Video oder Fotografie).
• Der Sinn eines Verschlusses ist es, die Menge des Lichtes festzulegen, welche auf einen Sensor oder analogen Film etc. fällt.
• Im Gegensatz zu einem Objektiv, welches dies ebenfalls z.B. über die Glasdurchmesser, die Glasqualität und gewählte Blende erzielt, regelt der Verschluss dies über den Zeitraum, welchen man festlegt, in dem Licht auf den Sensor fallen kann. Somit regelt der Verschluss die Verschlusszeit und folglich das, was an herkömmlichen (englischen) Kameras mit dem Symbol 'S' auf dem Moduswahlrad festgelegt wird. S steht dort für Shutter - Englisch für Verschluss.
• An modernen Kameras finden sich verschiedene Arten von Verschlüssen - oft in Kombination oder einzeln auswählbar.

Der mechanische Verschluss

Funktionsweise des mechanischen Verschlusses

• Man spricht faktisch meist vom Schlitzverschluss mit zwei Vorhängen direkt vor dem analogen Film respektive Sensor. Er wurde bereits seit 1890 in Kameras verkauft. (Nur zur Info: Es gibt bis heute zahlreiche weitere Verschlussmechanismen, die in der digitalen Fotografie und Videografie allerdings selten sind.)
• Dies ist der klassische Verschlussmechanismus, der seit Jahrzehnten in jeder besseren Kamera auffindbar ist.
• Das englische Wort für Verschluss lautet Shutter, welches man auch mit Fensterladen übersetzen kann. Im Prinzip arbeitet der Verschluss einer Kamera durchaus wie ein Rollladen.
• Stellen Sie sich das wie ein Vorhang im Theater vor, der von Oben nach unten herunter gelassen wird. Mehrheitlich ist dies heute die Richtung in fast allen Kameras, wie es sich auf dem fertigen Foto auswirkt.
• Der sogenannte Verschluss-Vorhang besteht aus extrem leichten aber hochbelastbaren Kunststoffen sowie Kompositmaterialien.
• Meist besteht der sogenannte Verschluss-Vorhang heute aus mehrere Einzelteilen (oft 3-5 horizontalen Streifen / Lamellen), da diese einfacher herzustellen sind und auch sonst viele physikalische Vorteile besitzen gegenüber einem Einzelteil, welches die gesamte Sensorfläche überdeckt. Einer der wichtigsten Vorteile ist die geringere Masse der Einzelteile und damit verbunden die geringere Masseträgheit. Denn je leichter etwas ist, desto schneller lässt es sich beschleunigen und desto einfacher auch wieder abbremsen, ohne extreme Erschütterungen zu verursachen.
• Die Kamera benötigt jedoch zwei derartige Vorhänge:
  • Generell muss zuerst einmal alles dunkel sein. Dazu ist ein Vorhang - der erste Verschlussvorhang - immer geschlossen, wenn man nicht fotografiert. Es soll schließlich kein Licht auf den Sensor oder Film fallen, bevor wir das Foto aufnehmen.
  • Beim Auslösen des Fotos, rauscht dieser erste Verschlussvorhang blitzartig nach unten und gibt den Weg des Lichtes zum Sensor oder Film frei. - Somit könnte man diesen ersten Vorhang auch als Öffnungsvorhang bezeichnen. Er er-öffnet die Belichtung.
  • Nach der von Ihnen manuell an der Kamera eingestellten Zeit oder bei einem Automatikmodus durch die Kamera ausgelöst, wird der zweite Vorhang als Verschlussvorhang aktiviert, der nun ebenfalls von oben im Foto nach unten rauscht und damit das Licht wieder aussperrt und dadurch die Belichtung beendet.

Vorteile des mechanischen Verschlusses

• Das funktioniert heute fast perfekt - meist bis zu 1/8.000 Sek. bei kurzen Belichtungen.
• Bei Langzeitbelichtungen kann man entweder automatisch bis 30 Sekunden oder manuell vorgewählt sogar viele Stunden am Stück auf diese Weise belichten - also den Weg zum Sensor offen halten.
• In der jahrzehntelangen Entwicklung hat man fast alle Probleme für die praktische Fotografie damit gelöst. Man kann sogar sich extrem schnell bewegende Objekte wie Flugzeugpropeller oder Hubschrauberrotoren korrekt aufnehmen. 'Korrekt' ist hierbei in dem Sinne zu verstehen, dass Sie auf dem fertigen Foto so aussehen, wie in Wirklichkeit: Geraden bleiben gerade. D.h. die Fotos sehen so aus, wie Menschen dies erwarten.

Nachteile des mechanischen Verschlusses

Allerdings existieren - wie bei jeder Sache - auch Nachteile:

• Er ist hörbar bis störend laut. Letzteres gilt vor allem bei manchen Profi-/Sportkameras, welche mit sehr hoher Serienbildgeschwindigkeit arbeiten. - Vorsicht: Diesen Lärm darf man nicht mit dem früher bei DSLRs noch viel lauteren Klappern des Spiegels verwechseln.
• Er verursacht Erschütterungen (Shutter-Shock), die bei manchen Belichtungszeiten auch zu sichtbaren Verwacklungen sowohl in der Hand gehalten als auch auf dem Stativ führen können. - Vorsicht: Auch hier gilt, dass man diese (Mikro-) Erschütterungen nicht mit den früher bei DSLRs noch viel heftigeren Erschütterungen des Spiegels verwechselt.
• Er verursacht immer (auch ohne Spiegel) eine kurze Dunkelphase, die vor allem bei modernen spiegellosen Kameras durch ein Schwarzbild (Blackout) im Sucher oder auf dem rückwärtigen Display störend sichtbar wird. Denn zuerst muss immer - vor der eigentlichen Aufnahme - alles (zumindest kurz) verschlossen respektive verdunkelt werden.
• Er verschleißt. Dies wird zwar gerne von interessierten Kreisen übertrieben, da auch die billigsten Systemkameras zweifelsfrei über 100.000 Auslösungen überstehen und die hochwertigen bis über 500.000 garantierte. D.h. der Hersteller haftet freiwillig von sich aus, falls rein statistisch doch einmal etwas früher ausfällt. Diese Zuversicht der Hersteller ist gerechtfertigt, da bei den meisten Hobby-Fotografen der Verschluss länger hält, als die Kamera verwendet wird. Nur im extremen Berufsumfeld - vor allem der Sportfotografie - werden tendenziell höhere Auslösezahlen = Fotos aufgenommen, bevor man sich eine neue Kamera anschafft. Aber das wissen jene Fotografen. Der Verschleiß des Verschlusses ist somit für sie eine als ein Verbrauchsteil in die Gesamtrechnung der Kamera und der Firma einbezogene Größe.
  Ferner handelt es sich hierbei immer um garantierte Mindestwerte. Manche alten Kameras haben sogar Millionen Auslösungen mit dem ersten Verschluss überstanden.
• Allerdings kommt neben dem zerstörenden Verschleiß auch eine Veränderung der Auslösegeschwindigkeit und somit der Präzision hinzu.
  • D.h. mit den Jahren besteht die Gefahr, dass die eingestellte 1/8.000 Sekunde nicht mehr exakt diesem Wert entspricht. Dies hat dann u.a. einen Einfluss auf die Helligkeit des Fotos. Letztere kann man in einer Software im Nachhinein einfach korrigieren. Die minimalen Unterschiede dürften sowieso kaum jemandem auffallen, da die Belichtungssysteme bis heute nicht so genau arbeiten.
  • Nicht korrigieren lässt sich hingegen der einfrierende Effekt. D.h.: Sollte sich - im rein theoretischen Extremfall - die eingestellte / vorgewählte Zeit von 1/250 Sek. auf sagen wir 1/125 Sek. absenken, dann werden viele sich leicht bewegende Menschen plötzlich durch die Bewegungsunschärfe als verschwommen wahrgenommen. Selbstredend kann man in einem solchen regelmäßigen Fall die einzustellende Zeit halbieren. Aber sinnvoller ist dann eine Nachjustierung oder Reparatur des Verschlusses.
  • Hinweis, bevor nun alle in Panik ihren Verschluss überprüfen lassen: Moderne und vor allem teurere Kameras überprüfen dies selbst und korrigieren im Zweifel sogar die elektronische Einstellung der Auslösung selbst. Das ist machbar, da es schon lange keine rein mechanischen Systeme mehr gibt. Alle sogenannten mechanischen Verschlüsse werden über hochpräzise Quarze sowie eigene Chips elektronisch gesteuert.
• Damit kommen wir jedoch zu einem unangenehmen Aspekt: Reparaturen am mechanischen Verschluss sind teuer.
• Da er auch gegen jede Berührung empfindlich ist, darf man ihn keineswegs bei abmontiertem Objektiv mit den Fingern berühren. Bereits das Fett an den Fingern kann ihn schädigen. Noch schlimmer ist nur der Kontakt z.B. eines Reinigungswerkzeuges bei der Sensor-Reinigung - vor allem, wenn sich der Verschluss beim Reinigungsvorgang ungewollt (leerer Akku oder Stromausfall) schließt. So etwas kommt fast immer einem Totalschaden gleich.
• Er ist allerdings auch für die Hersteller teuer in der Entwicklung und Produktion, aufwändig in der Prüfung / Wartung, teuer in der Ersatzeillagerung etc. D.h. auch die Hersteller sind aus Kostensicht nicht gerade begeistert über diese (dank neuem Reparaturgesetz) zunehmenden Kostenfalle.
• Überdies besitzt er eine Masse, die sich im Gesamt-Gewicht der Kamera niederschlägt und benötigt ein gewisses Volumen in der Kamera beim Einbau, was ebenfalls zu einem höheren Gehäusegewicht führt. - Vor allem aufgrund des Trends der 2010er Jahre, zu immer kleineren und vor allem leichteren Kameragehäusen haben sowohl die Hersteller als auch viele (ältere) Kunden ein Interesse daran, unnötiges Gewicht einzusparen.
• Es finden sich zwar Auslöser, die kürzer als 1/8.000 Sekunde belichten können. Aber meist steigen über dieser Grenze die Kosten und der der Verschleiß deutlich an, die Erschütterung beim Aufprall wird heftiger, der Lärm wird größer und auch sonst werden Unregelmäßigkeiten häufiger. Deshalb ist die praktische Grenze meist bei 1/8.000 Sek. festgelegt.
• Überdies wurden jene im digitalen Zeitalter vorhandenen Verschlüsse mit 1/16.000 Sek. wieder absichtlich von den Herstellern zurückgebaut, weil es kaum Anwendungsbedarf dafür in der Fotografie gab. Dies sollte jedem zu denken geben. Dasselbe geschah bis 2006 mit der früher vorhandenen X-Sync-Zeit von 1/500 Sek., die man erneut auf 1/250 Sek. reduzierte. Selbst das benötigten die meisten Fotografen - sogar im Berufseinsatz - nicht.
• Auch die Serienbildgeschwindigkeit ist in der Praxis meist auf ca. 15 Bilder je Sekunde beschränkt, da man nicht nur Zeit zum Verschließen und Öffnen der beiden Vorhänge benötigt, sondern auch noch Zeit dazwischen zum Messen von Autofokus, Belichtung etc. Das Haupthindernis ist jedoch die Masse und somit die Massenträgheit des Vorhanges. Man kann diese Teile zwar höher beschleunigen. Aber dann verschleißen sie dramatisch schnell.
• Es existiert somit ein sogenannter 'Sweet Spot' oder eine goldene Mitte - eine mehr oder weniger pragmatisch ermittelte Zone beim mechanischen Verschluss bei derzeit 1/8.000 Sek. und ca. 15 Bildern in der Sekunde. Darüber wird es schlichtweg für 99% der Anwender zu teuer und zu unpraktisch in der Anwendung.
• Man muss auch sachlich festhalten, dass der mechanische Verschluss Ende 2023 aus Herstellersicht 'ausentwickelt' war. Kaum jemand hatte noch Interesse, in die Weiterentwicklung Geld zu investieren. Denn man befand sich bereits im Grenzbereich, in welchem jede weitere Verbesserung exponentiell mehr Geld erfordert, aber kaum mehr spürbare oder im Foto sichtbare Vorteile erbringt.

Blitzen mit mechanischem Verschluss

• Beim Blitzen wird eine sogenannte X-Synchronzeit für die Qualität des mechanischen Verschlusses bestimmend. Meist liegt sie zwischen 1/160 und 1/300 Sek. Der Hintergrund liegt darin, dass nur während dieser Zeit beide Verschlussvorhänge offen sind. Nur in dieser Zeit kann das Blitzlicht - reflektiert durch das aufgenommene Motiv - zurück auf den gesamten Sensor oder Film fallen. Mit anderen Worten ist bis zu jener X-Sync-Zeit die Blitzauslösung des Blitzkopfes mit dem Verschluss der Kamera derart synchronisiert, dass beide Vorhänge vollständig geöffnet sind (= die gesamte Fläche gleichzeitig belichtet wird), bevor der Blitz beginnt. Das X- steht übrigens für das Xenon-Gas in den modernen Blitzgeräten.
• Bei kürzeren Verschlusszeiten wurde HSS - High-Speed-Sync / High-Speed-Synchronisation - in Blitzgeräten entwickelt. Praktisch jedes modernere Blitzgerät beherrscht diesen Modus.
  • In der Praxis läuft dies in der Kamera folgendermaßen ab:
  • Wenn man kürzer als die sogenannte X-Sync-Zeit belichten will - sagen wir einmal 1/1.000 Sek., um schnelle Bewegungen z.B. eines Sportlers in der Halle einzufrieren, dann tritt ein Schlitzeffekt / Briefkasten-Effekt ein: Kurz nachdem der erste Verschlussvorhang (also der öffnende Vorhang) nach unten rauscht, läuft auch schon der zweite (wieder alles schließende) mit derselben Geschwindigkeit von oben nach unten. Dadurch wird nur ein kleiner Schlitz für das Licht von außen freigegeben. Dieser - aus den zwei Vorhängen gebildete - Schlitz rast nun nach unten über den Film oder Sensor. Er belichtet somit die gesamte Fläche des Sensors / analogen Filmes nacheinander (und beim Blitzlicht) in Etappen.
  • Würde man den Blitz nur einmal auslösen, dann wäre das Foto nur an einer Stelle hell und korrekt belichtet - nämlich an derjenigen, an der sich der Schlitz zum Auslösezeitpunkt befand. Der Rest oben und unten wäre unterbelichtet.
  • Hier hilft HSS mit einer Serie von schnell aufeinander folgenden Blitzen mit Teilleistung, die genau zur Schlitzgröße = gewählten Verschlusszeit in der Kamera passt. Diese ultrakurze Blitzserie friert die Bewegung ein.
  • Manche sprechen bei HSS unsauber auch von einem sogenannten Stroboskop-Effekt - ebenfalls einer Folge kurzer Blitze hintereinander, die aber durch die längeren Pausen dazwischen etwas anderes bewirken, indem sie längere Bewegungsabläufe in einem einzigen Foto abbilden.
• HSS funktioniert in allen Gegebenheiten.
• Aber es benötigt viel Strom. D.h. die Akkus / Batterien vor allem bei kleinen Systemblitzen, welche man auf dem Kameragehäuse montiert, entleeren sich schnell.
• Jedoch wird in diesem Zusammenhang viel physikalischer Unsinn erzählt. Denn der Blitz friert normalerweise die Bewegung ein, da er meist kürzer ist, als die Auslösezeit der Kamera. Vor allem im abgedunkelten Studio verwenden viele Fotografen doch nur 1/250 Sek. und lassen den Blitz mit 1/1.000 Sek die Arbeit des Einfrierens erledigen.
• Hinzu kommt, dass leistungsfähige (teure) Blitzgeräte eine derart hohe Grund-Leistung besitzen, dass man damit auch noch bei Teil-Leistung bei 1/8.000 Sek. problemlos blitzen und Bewegungen einfrieren kann.
• Daraus folgt, dass nicht die Kamera, sondern der Blitz die Einschränkung darstellt.
• Alternativ kann man dies selbstredend durch Dauerlicht oder die Sonne ausgleichen und dann an der Kamera mit 1/8.000 Sek. Verschlusszeit fotografieren.

Zentralverschluss

• Daneben gab und gibt es noch - allerdings ziemlich selten - den Zentralverschluss, der sich eher bei Mittelformatkameras findet. Früher fand er sich auch bei Kompakt- sowie Großformatkameras, welche im digitalen Zeitalter ganz selten wurden.
• Während man den bisher beschriebenen häufigsten mechanischen Verschluss im Englischen auch Focal Plane Shutter nennt, da es sich in der Kamera ganz nah an der Fokusebene des Sensors / analogen Filmes befindet, wird der Zentralverschluss im Objektiv eingebaut.
• Der Zentralverschluss wird auch Lamellenverschluss oder auf Englisch central shutter, lens shutter, leaf shutter, blade shutter, diaphragm shutter etc. genannt.
• Der englische Name sagt es bereits, dass dieser Verschluss sich im Objektiv befindet und aus Lamellen besteht, die sich kreisförmig öffnen und schließen - ähnlich einer Blende.
• Als Haupt-Vorteil gelten die bis zu ca. 1/4.000 erreichbaren X-Sync-Zeiten. Das ist ein Grund, weshalb Mittelformat-Kameras noch heute gerne im Studio für die Blitzaufnahmen verwendet werden.
• Als Nachteil gilt (neben den obigen Dingen der Mechanik) der hohe Preis, da man den Verschluss in jedes Objektiv einbauen muss.

Video

Der mechanische Verschluss bei klassischen / analogen Video-Kameras

• Zwar interessiert dies heute im digitalen Zeitalter kaum einen Menschen mehr. Aber es ist für Videografen und solche, die es werden wollen, wichtig zu wissen. Denn nur so kann man viele Fachausdrücke und Anwendungen beim modernen Video verstehen.
• Da der Film kontinuierlich läuft - beim Kino hat man sich in den 1920er Jahren z.B. ziemlich willkürlich auf 24 Bilder je Sekunde festgelegt - kann man keinen mechanischen (Schlitz-) Verschlussvorhang verwenden, wie beim Fotografieren. Diese waren damals und sind noch heute dafür zu langsam.
• Deshalb verwendete man - vor dem analogen Film / Sensor angebracht - meist eine kreisrunde um den Mittelpunkt rotierende Scheibe (rotary shutter), aus der man ein bestimmtes Segment herausgeschnitten hat. Man nennt diese Scheibe Umlaufverschluss oder Umlaufblende. Es gab allerdings früher auch noch diverse andere Sonderformen.
• Der Öffnungswinkel der Scheiben unterschied sich früher je nach Kamera. Aber er hat auch einen Einfluss auf die Bildwirkung.
• Der Öffnungswinkel (Shutter-Angle) ist im Prinzip vereinfachend erklärt eine Möglichkeit, die Belichtungszeit / Verschlusszeit im Verhältnis zur Bildwiederholrate auszudrücken. Je größer der Öffnungswinkel, desto langsamer ist die Verschlusszeit.
  Beim immer wieder als 'klassisch' angesehenen und deshalb beispielhaft verwendeten Kinofilm sind es 24 Bilder je Sekunde.
  • Somit wäre eine 360-Grad geöffnete Scheibe (keine Scheibe, keine Unterbrechung vor dem ablaufenden Film) 1/24 Sek. * 1.
  • Bei einer halben Scheibe (180-Grad-Winkel) 1/24 Sek. * 1/2 = 1/48 Sek. Das ist die am häufigsten verwendete Einstellung.
  • Bei 90 Grad Öffnungswinkel (einem Viertel-Kreis) wären es 1/24 Sek. * 1/4 (Kreis) = 1/96 Sek. Belichtungszeit.
• Noch heute wichtig sind die Winkel 90 Grad und 180 Grad. - Ganz vereinfachend gesagt eignen sich 90-Grad-Winkel (90 Degree Shutter-Angle - also nur 1/4 der Scheibe ist als Loch gestaltet / ausgeschnitten) eher für sportlich schnelle Sequenzen und 180-Grad-Winkel (180-Degree Shutter-Angle - also die Hälfte der Scheibe ist als Loch gestaltet / ausgeschnitten) eher für weiche, langsame Filmsequenzen. Mit anderen Worten: Je kleiner der Winkel ist, der Licht durchlässt, desto schärfer ist das einzelne Bild, aber desto abgehackter / stotternder wirkt das Video.

Der elektronische Verschluss bei digitalen Video-Kameras

• Der größte Vorteil der digitalen Sensoren lag schon immer beim Video, da ein digitaler Sensor immer aufnehmen kann.
• Die einzig begrenzende Größe war immer die Sensorgeschwindigkeit. Sie legt fest, mit welcher Geschwindigkeit man aufnehmen kann. Das betrifft sowohl die Normalgeschwindigkeit, welche man bei Video heute je nach Anwendungszweck definiert, als auch die dazu passende Zeitlupe.
• Die zunehmende Geschwindigkeit der Sensoren ging einher mit höherer Auflösung, welche heute bis über 16K reicht.
• Ein großer Vorteil des rollenden Verschlusses (Rolling-Shutter-CMOS) ist, dass er fortlaufend aufnehmen kann: Die ersten Zeilen oben im Bild können bereits neu aufgenommen werden, während der Sensor unten noch die letzten ausließt. - Korrekt gelesen: Für Video ist dies ein Vorteil, da es zuerst einmal für weiche Übergänge der Einzelbilder sorgt.
• Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass man den Verschlusswinkel (shutter angle) respektive die (Plural) nun frei wählbaren Verschlusswinkel selbst einfach kontrollieren kann (aber auch manuell an der Kamera einstellen muss).
• Viele weitere Details finden Interessierte im Artikel Video.

Der elektronische Verschluss

Definition(en) des elektronischen Verschlusses

• Bereits der Ausdruck elektronischer Verschluss ist unzutreffend. Es gibt hierbei keinen Verschluss im eigentlichen Sinne mehr.
• Beim sogenannten elektronischen Verschluss handelt es sich nur um den reinen Sensor.
• Hierbei macht man sich zunutze, dass beim Auslösen der Kameras der Sensor kurz unterbricht, um die Pixel (genauer den sogenannten Brunnen / well) zurückzusetzen, und dann die Aufnahme startet. D.h. man hat einen klar definierten Anfang der Aufnahme für alle Pixel auf dem Sensor durch eine elektronische Unterbrechung des sonst laufenden linearen Datenstromes an den elektronischen Sucher oder das rückwärtige Display. Denn sowohl bei DLSRs im sogenannten Live-View als auch bei spiegellosen Kameras sieht man durch den ständig arbeitenden Sensor das eigentliche Bild.
• Nun kommt es jedoch zum grundlegenden Problem der Aufnahme mit einem sogenannten elektronischen Verschluss: Das Ende der Aufnahme. Dieses wird durch die Geschwindigkeit des Sensors bestimmt. Jeder kann sich vorstellen, dass diese Geschwindigkeit schwankt.
• Um die Verwirrung zu steigern, wird der Ausdruck 'elektronischer Verschluss' für alle denkbaren technischen (Unter-) Varianten jenes elektronischen Verschlusses verwendet, die wir gleich besprechen. D.h. der Ausdruck elektronischer Verschluss meint im Grunde die Obergruppe aller derartigen Verschlüsse, die bis heute erfunden wurden. Aber er wird im Speziellen auch (ohne dass die Fachleute darauf hinweisen) auf nur den mit sogenanntem rollendem Verschluss verwendet.

Vorteile des elektronischen Verschlusses

Beginnen wir mit den Vorteilen aller Varianten, des elektronischen Verschlusses:

• Er hat keine der Nachteile des mechanischen Verschlusses.
• Da er nur aus dem reinen Sensor besteht, besitzt er keine zusätzliche verschleißanfällige Mechanik, keine Masse, kein Volumen etc.
• Im Prinzip ist der elektronische Verschluss überhaupt nicht vorhanden, da es sich um Software handelt, welche dem sowieso erforderlichen Sensor sagt, was er wann und für wie lange tun soll.
• Er erzeugt keinen Lärm - ist also absolut leise. Deshalb wird er vereinzelt auch lautloser sowie geräuschloser Verschluss genannt. Dies kann Vorteile beim Fotografieren bei Theater- oder Konzertaufführungen sowie scheuen Wildtieren haben.
• Der elektronische Verschluss erzeugt keine Erschütterungen.
• Es kann theoretisch blackout-free sein.
  • Da nichts mehr die Sicht auf den Sensor stört, gibt es theoretisch auch keine Dunkelphase mehr.
  • Das ist jedoch reine Theorie, da manche Kamerahersteller vor allem in billigeren Modellen das bis heute nicht hinbekommen. Denn wie oben geschrieben, muss der Sensor auch kurz unterbrochen werden, bevor man das eigentliche Foto aufnimmt. Aber anderen Herstellern gelingt es durchaus, für diese Millisekunde das vorherige Bild im Sucher respektive auf dem Display einzublenden, sodass keine für den Anwender störende Dunkelphase entsteht.
  • Andere blenden auch bei teuersten Modellen sogar absichtlich eine Dunkelphase ein, damit man bei Einzelaufnahmen erkennt, dass man ausgelöst hat.
  • Wiederum andere verwenden hier jedoch eher einen dezenten Rahmen um das Foto herum, der kurz aufleuchtet und so das Auslösen anzeigt.
• Überdies lassen sich mit einem elektronischen Verschluss viel einfacher Mehrfachaufnahmen, HDR-Fotos, Fokus-Stacking etc. erstellen. Manche Dinge wie Pixel-Shift (hochauflösende Mehrfachaufnahmen), oder der Pre-Capture-Modus / Vor-Puffer, bevor man überhaupt den Auslöser drückt, wurden erst durch rein elektronische Verschlüsse möglich.
• Der elektronische Verschluss ist (da nicht vorhanden) viel preiswerter in der Herstellung der Kameras, der Wartung sowie Reparatur und alleine deshalb bereits produktionstechnisch die Zukunft.
  Er war im Übrigen exakt aus diesem Grund auch die jahrzehntelange Vergangenheit bei den (preiswerten) Kameras mit kleinem Sensor (Pocket- sowie Bridge-Kameras) und ist die Gegenwart bei Smartphones.
• Ferner entfallen auch die an den Vorhang-Kanten des mechanischen Verschlusses entstehenden negativen Effekte der Beugung.
• Mit steigender Sensorgeschwindigkeit wurden auch die Auslösezeiten kürzer. So sind heute 1/8.000 Sek. elektronisch weitverbreiteter Standard. 1/16.000 Sek. ist hingegen bei Vollformat bereits sehr selten. - Zur Information: Bei kleineren Sensoren wie z.B. der Micro-Four-Thirds-Klasse kommen einzelne Kameras schon 2016 sogar auf 1/32.000 Sek. als kürzeste Belichtungszeit. Das liegt am einfachen Umstand, dass sich kleinere Sensoren mit zudem geringerer Auflösung in Mega-Pixeln meist deutlich schneller auslesen lassen. - Aber in diesem Artikel geht es - wie fast immer auf diesem Internet-Auftritt - um das Vollformat, das viel höhere Ansprüche stellt.
• Die Konstruktion des Rolling-Shutter-Sensors war vor allem früher und ist auch heute einfacher als bei anderen (auch früher bereits existierenden) Sensor-Typen: Er benötigt je Pixeleinheit nur zwei Transistoren für den Transport der Elektronen. Das ist billig und geht relativ schnell, weshalb auch schwächere Prozessoren damit klar kommen. Überdies entsteht so weniger Wärme, wodurch das Rauschen geringer ausfällt. Sie erkennen, welche erheblichen Nach- und Auswirkungen eine kleine technische Entscheidung haben kann.

Nachteile des elektronischen Verschlusses

• Die Vorteile sind so beeindruckend, dass alle sich fragen, warum man das nicht von Anfang bei allen Kameras angewandt hat. - Das hat man sogar. Die ersten digitalen Kameras bis in die späten 1990er Jahre besaßen fast alle nur einen elektronischen Verschluss.
• Damit sind wir beim Hauptnachteil: Alle elektronischen Verschlüsse waren bis 2023/2024 insgesamt relativ langsam, weil sowohl die Sensoren als auch die nachgelagerten Prozessoren bisher sehr langsam waren.

Progressive Shutter / Rolling Shutter

Um den gravierenden Nachteil zu verstehen, muss man sich das sogenannte Ende der Belichtung ansehen.

• Ursprünglich und offiziell heißen diese elektronischen Verschlüsse Progressive Shutter.
• Progressiv bedeutet 'langsam voranschreitend'.
• Zuerst meinte dies, dass man jedes Pixel auf dem Sensor nacheinander auslesen musste - z.B. von links nach rechts. Dabei schritt man zudem meist zeilenweise voran von oben nach unten. Stellen Sie sich das zeilenweise Lesen so vor, wie man als Mensch ein Buch liest.
• Dann kam das zeilenweise auslesen. Dabei wurde jeweils eine ganze Zeile mit allen Pixeln gleichzeitig ausgelesen. Dieses heute übliche zeilenweise Auslesen nennen viele auch sequenzielles Auslesen. Gemeint ist: eine Zeile nach der anderen, von oben nach unten.
• Zusätzlich gibt es inzwischen auch noch einzelne Sensoren, welche mehrere Zeilen gleichzeitig auslesen können.
• Von diesem von oben nach unten voranschreitenden Auslesen kommt der zweite Name dieser Ausleseart respektive Verschlussart: Rolling Shutter. Das Auslesen erfolgt quasi von oben nach unten rollend. - Sie können sich das so vorstellen, wie wenn Sie an Ihrem Fenster den Rollladen herunterlassen: Dabei rollt auch langsam jede Leiste einzeln - wie die Zeilen des Sensors - nach unten.
• Andere Autoren beschreiben dies mit einer Welle, welche von oben nach unten durch das Bild läuft.

Probleme des elektronischen Verschlusses

Durch dieses zeilenweise von oben nach unten Scannen (wie bei Ihrem Flachbettscanner am PC) entstehen fast alle neuen Probleme:

• Dieses sogenannte Rollen (zeilenweise Auslesen der Daten) benötigt selbstredend eine gewisse Zeit.
• Jedem wird sofort einleuchten, dass seit der Erfindung der Fotosensoren, diese und vor allem ihr Ausleseprozess immer schneller wurden. D.h. alle Probleme nahmen mit der Zeit und mit dem Preis der Kamera kontinuierlich ab.
• Jedoch bleibt das grundlegende Problem: Es entsteht ein Zeitunterschied zwischen der ersten und der letzten Zeile.
• Dies führt bei schnellen Bewegungen des Motives oder des Kameramannes) dazu, dass sich das Bild von oben nach unten verändert - während der Sensor noch ausgelesen wird. Es entstehen sogenannte Bewegungsartefakte (rolling shutter artifacts). - Artefakte sind jegliche unerwünschten Störungen in einem Bild, welche durch die verwendete Technologie oder Technik verursacht werden.
• Stellen Sie sich wieder Ihren Rollladen vor: Wenn Sie diesen langsam herunterlassen, dann kann es sein, dass Sie den Kopf eines schnell vorüberlaufenden Passanten links sehen, bei weiterem Herunterrollen des Ladens befindet sich sein Bauch aber schon in der Mitte des Fensters und beim noch weiterem Absenken des Ladens sind seine Füße am rechten Fensterrand. - Exakt das passiert auch beim Sensor.
• Das kann zu verbogenen Geraden führen oder insgesamt Objekte verzerren.
• Am schlimmsten und verworrensten sehen die Verzerrungen (spatial distortion) bei kreisförmig rotierenden Motiven aus: Rotorblätter, Propeller, Turbinenschaufeln, sich schnell drehende Windräder, Ventilatoren, Autofelgen etc. Siehe u.a. diese Animation.
• Um allen Menschen das technische Verständnis zu erschweren, nennt man im englischen Sprachraum sowohl den Sensor respektive die Technologie dieses elektronischen Verschlusses Rolling-Shutter als auch die negativen Effekte der verbogenen Linien 'Rolling Shutter'. - Willkommen im 'Fotoparadies' der technischen Nerds, die alles verstehen, aber nichts erklären, und dummschwätzenden Influencern, welche meist weder um den Unterschied wissen, noch darauf hinweisen. Nur ganz wenige sprechen hingegen im Unterschied zum Sensor respektive dem Ausleseverfahren 'Rolling-Shutter' vom negativen 'Rolling-Shutter-Effekt'.
• Typische Rolling-Shutter-Effekte sind:
  • Wackeln, Zittern: Das vor allem handgehalten oder bei Teleaufnahmen oder bei eigenen Aufnahmen aus einem sich bewegenden Objekt heraus (z.B. aus dem fahrenden Auto) störende Wackeln (Wobble, Wobbling, Jello-Effect) kann im ganzen Bild sichtbar sein oder beim Vlogging (sich selbst filmen bei Laufen) mit Ultra-Weitwinkelobjektiven in den Ecken sehr stören.
  • Verbiegung (Skew): Bei schnellen Bewegungen tritt eine Verbiegung in diagonaler Richtung ein. Das ist ein vor allem bei sich schnell bewegenden Rotorblättern auftretender Effekt. Er gilt als Untereffekt des Wackelns.
  • Horizontaler Versatz vertikaler Linien (Spatial aliasing): Bei hoher horizontaler Geschwindigkeit werden die von oben nach unten in vertikaler Richtung belichteten Pixel(-Reihen) mit zeitlichem Versatz aufgenommen. Dadurch treten seitliche Verschiebungen ein. Dies führt unter anderem zu den 'schrägen' zur Seite kippenden Häusern beim schnellen Schwenk im Video. Bei Fotos von sich schnell drehenden Propellern reicht dieser Effekt dann bis zur 'Zerlegung' der Propellerblätter.
  • Teilbelichtung des Bildes (Temporal aliasing): In Abhängigkeit von der Flimmerfrequenz des Lichtes (Stromnetzes) zur Aufnahmegeschwindigkeit des Sensors kann es dazu kommen, dass nur ein Teil (z.B. die obere Hälfte) des Bildes (bei Foto oder Video) korrekt belichtet / hell ist, während der andere Teil deutlich unterbelichtet erscheint. - Es heißt wirklich Flimmerfrequenz, weil es regelmäßig ist. Unregelmäßig Flackern (flicker) sollten nur Kerzen.
    Das ist auch oft beim Blitzen der Fall, weil das Blitzlicht viel kürzer wirkt als die Belichtungszeit eines Rolling-Shutter-Sensors ist. Beim Blitzen ist der Effekt noch größer. Da sind oft nur 1/3 des Bildes (meist oben) korrekt belichtet, während der Rest sehr dunkel ist. Dieser Effekt ist auch bei in der Natur auftretenden Blitzen bei Gewitter nachweisbar.
  • Manche sprechen bei diesem Phänomen auch einer ungleichmäßigen Ausleuchtung eines gesamten Fotos bei Gasentladungslampen. Dies lag an der Flimmerfrequenz des Lichtes / Stromnetztes (50/60Hz), welche das menschliche Auge nicht wahrnimmt, aber der Fotosensor durchaus. Inzwischen bieten manche Kameras jedoch spezielle Software und Sensoren, welche exakt dies messen und nur zur Spitze der jeweiligen Phase auslösen. D.h. moderne Kameras haben damit kein Problem mehr.
  • Streifenbildung (Banding): Es können Bänder auftreten, die sich sogar farblich störend bemerkbar machen. Meist sind LEDs dafür verantwortlich. Diese Schwingen nicht nur in der Frequenz des Stromnetzes, wobei sie ihre Helligkeit verändern, sondern verändern meist auch noch ihre Farbe dabei. Je nach Netzfrequenz im Verhältnis zur Geschwindigkeit des Rolling Sutter-Sensors und der an der Kamera gewählten Belichtungszeit kann es zu stehenden Bändern oder laufenden Wellen kommen.
  • Lästig sind die Streifenbildungen (Banding) bei Leuchtreklame von LED-Lampen (vor allem im Hintergrund fast aller Sportereignisse / Stadien). Manche vergleichen diese regelmäßige und deshalb besonders störende Erscheinung auch mit Wellen oder Wasserrillen. Sie tritt beim Rolling-Shutter-Sensor deshalb auf, weil er ebenfalls in Wellen von oben nach unten belichtet - aber viel langsamer als die Welle des Stromnetzes. Deshalb kommt es zu mehreren Bändern unterschiedlicher Helligkeit im Foto. Diese Streifen (Bänder) sind überall (auf Fotos und Videos) störend im Hintergrund sichtbar und können nur auf Umwegen mühsam nachträglich am PC entfernt werden. Hier hilft tatsächlich nur ein extrem schneller Sensor. Das liegt auch an der Wechselspannung des jeweiligen Stromnetzes. Hinzu kommt hier jedoch der Effekt, das LED-Leuchten zusätzlich noch ihre Farbtemperatur über die Zeit ändern. Deshalb treten besonders störend sichtbare Streifen und nicht nur allgemeine Helligkeitsunterschiede auf.
  • Probleme beim Einfügen von Elementen in Bilder / Videos oder dem Entfernen derselben aus Bildern / Videos (Match moving: Dazu benötigt man je Einzelbild eine feste Perspektive. Da der Rolling-Shutter jedoch diese in jeder Zeile etwas verändert, lassen sich fremde Objekte nur sehr schwer auf diese Weise nachträglich in Bilder einbauen oder aus diesen herausnehmen, dass das Ergebnis realistisch aussieht. Je langsamer der Rolling-Shutter-Sensor ist, desto größer werden die Einpassprobleme.
• Hinweis: Da es sich jedoch um mathematisch berechenbare und vorhersagbare Phänomene handelt, befasst sich die Forschung auch mit der nachträglichen Korrektur jener Rolling-Shutter Effekte. Allerdings existieren brauchbare Lösungen erst in Ansätzen.
• Überdies erzeugt der leise Auslöser bei manchen Fotostilen sogar Probleme, weil z.B. Models im Studio nicht wissen, wann sie fotografiert werden. Manche irritiert dies derartig, dass die Hersteller wieder zuschaltbare Klänge (Klickgeräusche) in den Kameras anboten. Da auch den Fotografen diese Rückmeldung beim Auslösen fehlte, wurden u.a. farbige Rahmen bei jeder Auslösung eingeblendet.
• Viele Sensoren leiden im rein elektronischen Modus auch unter einem eingeschränkten Dynamikumfang, da das Zurücksetzen der Pixel vor der Aufnahme nicht so optimal gelingt, wie mit einem tatsächlich das Licht ausblendenden mechanischen Verschluss. D.h. die Bildqualität wird schlechter.
• Während man beim Fotografieren die Kamera meist ruhig hält und sich deshalb meist nur schnell bewegende Motive als Problem darstellen, kommt beim Filmen noch der Schwenk (panning) hinzu. Je schneller man schwenkt, desto auffälliger werden jene Rolling-Shutter Effekte. Es kommt somit auf die relative Geschwindigkeit an: Es ist gleichgültig, ob sich das Motiv während der Aufnahme bewegt, oder der Kameramann. In beiden Fällen treten die Probleme zu Tage.
• Bitte beachten Sie: Diese technischen Rolling-Shutter-Effekte haben nichts mit der Bewegungsunschärfe oder dem Verwackeln zu tun. Man kann sie somit auch nicht durch eine kürzere Verschlusszeit an der Kamera oder ein Stativ beheben. Sie liegen an der Aufnahmeart des Sensors.
• Für den Laien reicht es festzuhalten, dass die Foto-Sensoren und die nachgelagerten Prozessoren bis zum Jahr 2023 / 2024 zu langsam waren, um die Nachteile auszugleichen.
• Aber es kommen weitere Nachteile bei der Bildqualität hinzu:
  • Vor allem beim rein elektronischen Verschluss neigen viele Hersteller dazu, die Bildqualität drastisch zu reduzieren. Bei RAW geschieht dies z.B. von 14 Bit auf 13, 12 oder 11 in seltenen Fällen sogar auf nur 10 Bit Farbtiefe. Das ist sichtbar.
  • Der Hauptgrund scheint darin zu liegen, dass man werbetechnische Prahlwerte bei der Serienbildgeschwindigkeit bieten will, aber die anderen Bauteile, wie der Prozessor, der Datenbus und die Speicherkarten das nicht bei 14-Bit leisten.
  • Generell sollte jeder Fotograf dies bei seiner Kamera genau prüfen. Evtl. helfen hierzu auch Recherchen zum Modelltyp im Internet. Denn keineswegs alle Hersteller geben diesen Missstand offiziell zu. Nirgendwo wird so sehr getrickst und verschwiegen wie beim elektronischen Verschluss.
  • Um es somit klar festzuhalten: Höchste Bildqualität wird bis heute nur mit einem mechanischem Verschluss geboten.

Blitzen mit elektronischem Verschluss

• Bis heute gibt es modernste neue Kameras, die überhaupt nicht mit dem elektronischen Verschluss den externen Blitz auslösen können, also nicht damit blitzen können.
• Vor allem ist die Blitzsynchronzeit dieser Rolling-Shutter- / Progressive-Shutter-Kameras oft sehr gering. Daraus entstehen dann in der Tat sehr viele Probleme beim Blitzen mit herkömmlichen spiegellosen Kameras. Meist kann man in der Praxis nicht sinnvoll mit dem elektronischen Verschluss blitzen, weil die Blitzsynchronzeit / X-Sync-Zeit bei 1/60 Sek. oder noch länger liegt.
• Bei Dunkelheit (im Studio) könnte man zwar viel kürzer blitzen. Diese Zeit, in welcher der ganze Sensor quasi gleichzeitig vom (Blitz-)Licht beschienen wird und die Sensoren das Licht auch lesen, nennt man auch Pseudo-Global Shutter oder All Rows Mode. Er besagt, dass nur während dieser (kurzen) Zeit alle Reihen des Sensor gleichzeitig belichtet werden können. Aber das ist nicht nur den meisten Fotografen zu kompliziert, sondern auch den Herstellern, die das kaum in spiegellosen Kameras implementiert haben.
• In der Praxis muss man sehr oft mit einem mechanischen Verschluss beim Blitzen arbeiten. Dies gilt auch für fast alle bisherigen spiegellosen Kameras.
• Im Gegensatz zu vielen Kritikern halte ich diesen Punkt jedoch für verschmerzbar, denn der Blitz ist in jeder denkbaren Umgebung so extrem störend, dass es dann auf das zusätzlich hörbare Klicken eines mechanischen Verschlusses auch nicht mehr ankommt. Im eigenen Studio angewandt, stört es den Fotografen auch nicht.
• Die Schwierigkeiten beginnen allerdings meist mit dem Sucher und Display, die beide einen Blitz nicht simulieren können. D.h. bei fast allen spiegellosen Kameras bleibt der elektronische Sucher düster bis schwarz. So kann niemand arbeiten. Deshalb wurde dort wieder der sogenannten DSLR-Modus für das Blitzen eingeführt, damit man das zu fotografierende Motiv zumindest sehen kann.

Fazit: Rolling-Shutter-Verschlüsse zeigten viele Vorteile, aber brachten von Anfang an auch völlig unbekannte und auch ungeahnte neue Probleme mit sich.

Electronic First Curtain-Verschluss (EFC) - Elektronischer erster Verschluss

Definition des Electronic First Curtain-Verschlusses (EFC)

• Es finden sich auch die Namen Electronic Front Curtain Shutter (EFCS).
• Wörtlich übersetzt bedeutet dies: der erste Verschluss ist elektronisch. Gemeint ist damit der Start der Belichtung.
• Dabei handelt es sich um einen hybriden Verschluss bestehend aus Sensor und einem mechanischen Verschluss.
• Der allgemeine Hintergrund liegt in den langsamen Foto-Sensoren.
• Der spezifische Hintergrund liegt im Problem des oben geschilderten langsamen Ausleseprozesses am Ende der Aufnahme.
• Somit fand man einen Trick: Der Start der Aufnahme wird vom Sensor durchgeführt. Alle Pixel starten (elektronisch gesteuert) zur selben Zeit mit der Lichtauswertung.
• Aber am Ende verwendet man einen von oben schnell herabstürzenden mechanischen Verschlussvorhang.
• Dieser ist rasend schnell und verhindert somit alle Nachteile des langsamen, aber nun erst danach einsetzenden Auslesens. Da der mechanische Verschluss das Ende der Aufnahme festlegt, gibt es keine verbogenen Linien. Der Sensor wird erst im Dunkeln ausgelesen - nach der eigentlichen Aufnahme.

Vorteile des Electronic First Curtain-Verschlusses (EFC)

• Die Blitzsynchronzeit des mechanischen Verschlusses bleibt erhalten.
• Es gibt keine Mikro-Erschütterung beim Start der Belichtung. Die Erschütterung am Ende der Belichtung durch den zweiten Verschlussvorhang kommt zu spät, um das Bild noch zu verwackeln.
• Manchen Kameras gelingt es so, sogar kürzere Belichtungszeiten als 1/8.000 Sek. zu erreichen.
• Bei manchen Kameras ließ sich so auch die Serienbildgeschwindigkeit deutlich erhöhen gegenüber dem rein mechanischen Verschluss.
• Dies dürfte bereits physikalisch einleuchten, da die geringere Masse nur eines Vorhanges bewegt werden muss.

Nachteile des Electronic First Curtain-Verschlusses (EFC)

• Alle Nachteile des mechanischen Verschlusses bleiben erhalten: Verschleiß, Lärm, Blackout, Masse, Erschütterung (wenn auch geringer, da es nur ein einziger Vorhang zum Schließen erforderlich ist), Kosten für die Herstellung, Wartung, Reparatur, Lagerhaltung etc.
• Ferner kommen neue Schwierigkeiten hinzu, weil das Verfahren z.B. nicht für die Videoaufnahme funktioniert (respektive verwendet wird), sondern nur für das Fotografieren.
• Aber auch beim Fotografieren treten oft unschöne Effekte beim Bokeh auf. D.h. der weiche Übergang zum verschwommenen Hintergrund wird oft 'unruhig' bis sichtbar störend. Das kann bei Offenblende (ab ca. f1,4) und kurzer Belichtungszeit (z.B. kleiner als 1/2.000 Sek.) auch zu im Extremfall unten abgeschnittenen Bokeh-Kreisen führen. Letzteres tritt physikalisch deshalb auf, weil der mechanische Vorhang vor dem elektronischen Sensor liegt und dadurch bei Offenblenden extrem schräg einfallendes Licht unten gekappt werden kann. Aber bei EFC tritt dann sehr oft zusätzlich auch eine Abdunklung über das gesamte Bild hinweg ein. Da hilft dann nur: Entweder rein mechanisch oder bei geringer Bewegung im Motiv theoretisch auch rein elektronisch aufnehmen. Aber fast alle qualitätsorientierten Fotografen verwenden dann für das Bokeh rein mechanisch als Verschlussart.
• Erstaunlicher Weise wird bei den wenigen Ausnahmen, wie der Sony A7CII, welche ausschließlich einen EFC besitzen, oft der unerwartet laute Verschlussvorhang kritisiert. Es gibt somit keine Garantie, dass nur ein Vorhang weniger Lärm verursacht, als zwei. Oft liegt dies allerdings am Preis, da man die Verschlüsse für höherwertige / teurere Kameras sorgfältiger konstruiert und baut. Somit gewann der reine erste Vorhang eher den Beigeschmack des Billigprodukts, bei dem man zu sehr knauserte.
• Jedoch kommt teilweise ein weiterer oft unschöner Aspekt der Bildqualität hinzu.
  • Der Kamerahersteller verschlechterte die Datenspeicherung von 14-Bit-RAW auf 13, 12 oder sogar 11 Bit. Das ist in vielen Situationen (vor allen Gegenlicht oder hohen Kontrasten) sichtbar.
  • Meistens liegt der Grund noch nicht einmal beim Sensor, sondern beim nachgelagerten langsamen Prozessor, der schlichtweg nicht mit der höheren Serienbildgeschwindigkeit klarkommt.
  • Aber selbst wenn der Prozessor schnell genug ist, so ist entweder der Daten-Puffer zu klein oder der Datenbus zum Abtransport zu schmal, um derartigen Daten weiterzuleiten.
  • Letztendlich sind die meisten Speicherkarten sowie deren in die Kamera eingebauten Karten-Controller zu langsam. D.h. die Daten können mit 14 Bit-Farbtiefe nicht schnell genug weggespeichert werden.
  • Dann komprimiert der Prozessor die Daten und reduziert den sogenannten Dynamikumfang.- Kurzum: Bei vielen Kameramodellen mit EFC sinkt die Bildqualität des Ergebnisfotos.
• Letzteres ist im Übrigen ein Grund, weshalb ich bei meinen Kamerarezensionen immer auf die Ausgewogenheit des Gesamtsystems hinweise. Es müssen alle Bauteile perfekt aufeinander abgestimmt sein. Es nützt nichts, wenn z.B. der Sensor 100 Bilder in der Sekunde liefert, aber die nachgelagerten Einheiten damit völlig überlastet sind. - Wir kommen bei den weiteren modernen Verschlusstypen immer wieder auf diesen Punkt.
• All das führte dazu, dass sich jener Hybrid-Verschluss - als zusätzlich im Menü wählbarer Modus - fast nur bei Kameras findet, die sowieso bereits einen kompletten mechanischen Verschluss (mit zwei Vorhängen) besitzen.

Der Stacked-Sensor

Definition des Stacked-Sensors

• Wörtlich übersetzt bedeutet Stacked: hintereinander respektive in Schichten aufgebaut.
• Zum Stacked-Sensor siehe den umfassenden Artikel dazu.
• Kurzfassung: In der zweiten Ebene hinter dem eigentlichen Fotosensor wurde RAM-Speicher eingebaut, der sehr schnell die Daten aus jeden Pixel Zwischenspeichert. Dadurch wird das Auslesen jedes einzelnen Pixels und somit des gesamten Sensors viel schneller.
• Aber faktisch handelt es sich immer noch um einen Progressive-Shutter respektive Rolling-Shutter. D.h. die Daten werden noch immer rollend von oben nach unten zeilenweise ausgelesen.

Vorteile des Stacked-Sensors

• Durch die deutlich höhere Geschwindigkeit werden fast alle Probleme drastisch reduziert bis (bei Normalanwendungen) fast unsichtbar. D.h. Geraden bleiben fast gerade (z.B. Golfschläger beim Abschlag).
• Auf dieser Grafik der Messwerte der Auslesegeschwindigkeiten von The Wandering Lensman erkennt man deutlich, dass die mit rotem Balken dargestellten Kameras mit Stacked Sensor nochmals schneller sind als alle klassischen elektronischen Verschlüsse.
  • Bitte seien Sie jedoch vorsichtig: Diese realen Messwerte sind alle streuungsabhängig und unterliegen vielen Rahmenbedingungen wie z.B. der Temperatur.
  • Wichtiger ist jedoch für die Darstellung in diesem Artikel der Umstand, dass es sich um eine kontinuierliche Verbesserung im Sinne von Verkürzung des Auslesevorganges über die Kameras der letzten 6 Jahre handelt. Es handelt sich somit um eine langsame Evolution.
  • Ferner wird ersichtlich, dass der mechanische Verschluss noch immer schneller war - mit nur ca. 3 Millisekunden.
• Serienbildgeschwindigkeiten in RAW bis zu 30 Bilder je Sekunde werden bei Stacked Sensoren möglich.
• Da die Auslesegeschwindigkeit höher liegt als bei klassischen Fotosensoren, ist auch die Sync-Speed für Blitzgeräte höher. Da werden durchaus 1/250 bis 1/300 Sek. erreicht.

Nachteile des Stacked-Sensors

• Dass man diesen Typ bisher nur in wenigen, meist sehr teuren Kameras findet (u.a. Sony A9I und II sowie die A1, Canon R3, Nikon Z9 und Z8), liegt u.a. an der komplizierten Herstellung, die nicht nur zeitaufwändig, sondern teuer ist.
• Ferner werden die Probleme eines rollenden Verschlusses nicht wirklich gelöst, sondern nur reduziert. D.h. sie sind in Extremsituationen noch immer sichtbar.
• Da die Fehler bei höherer Pixel-Auflösung deutlicher sichtbar werden, weil das Auslesen dann doch etwas länger dauert, sind die hochwertigsten Kameras auch nur mit ca. 24 Mega-Pixel-Sensoren ausgestattet, die signifikant schneller arbeiten. D.h. die zu bewältigenden Datenmenge spielt eine große Rolle bei der erzielbaren Bildqualität.
• Viel nachteiliger sind in der Fotopraxis jedoch die oft unausgewogenen Kamera-Systeme: Irgendein Bauteil in der langen Kette ist meist zu schwach dimensioniert und bildet dadurch einen Flaschenhals.
• Daraus folgt: Wer die traumhaften Papierwerte (selten) erreichen will, benötigt u.a. oft sündhaft teure Speicherkarten - ganz schnell im vierstelligen Euro-Bereich je Stück, von denen man zwei benötigt.
• Noch einschränkender ist jedoch oft die Auswahl der wenigen Objektive, welche die hohen Serienbildgeschwindigkeiten erbringen können. Generell werden Dritthersteller ausgebremst (z.B. max. 15 Bilder bei Sony), sofern sie überhaupt an derartigen Kameramodellen funktionieren. Aber selbst bei den Kameraherstellern wird die Auswahl der Hochleistungsobjektive oft drastisch beschränkt, denn für 20 oder mehr Bilder in der Sekunde müssen die Autofokus-Motoren in den Objektiven extrem schnell die Linsen verschieben. Oder man erhält eben 30+ unscharfe Bilder in der Sekunde, die man jedoch meist erst zuhause am Monitor als unscharf erkennt.
• Je schneller die Sensoren werden, desto höher ist folglich der Anspruch an ein ausgewogenes High-End-System, das vom Objektiv bis zur Speicherkarte hin diese Leistung auch erbringt. - Ansonsten bleibt es bei Prahlerwerten in der Werbebroschüre, die in der Fotopraxis nur zu Frust führen.
• Oder mit anderen Worten: Wer eine Kamera mit Stacked Sensor nutzen will, benötigt ein sehr teures Gesamtsystem. Unter 10.000 Euro sollte man überhaupt nicht anfangen.

Der Global-Shutter

Geschichte des Global-Shutters

Erstaunliches, das von vielen absichtlich verschwiegen wird.

• Global Shutter und Rolling Shutter sind im Grunde keine selbständigen Technologien, sondern nur Aufnahme-Verfahren eines Sensors. Im Englischen nennt man sie auch die two major methodologies - also Methodik.
• Beim Globalen Verschluss werden alle Daten des Sensors auf einmal aufgenommen. Beim Rollend Verschluss werden sie hingegen von oben nach unten zeilenweise rollierend aufgenommen.
• Beide Verfahren existierten schon sehr lange.
• Das globale Aufnehmen wurde vor allem bei den früher verwendeten CCD-Sensoren sowie EMCCD-Sensoren angewandt. Dort wurde Global Shutter teilweise auch als 'interline CCD mode' bezeichnet.
• Vor allem ökonomische Motive führten jedoch bis ca. 2010 dazu, dass CCDs aus dem Fotobereich zunehmend verschwanden. Der technische Hintergrund lag bereits damals jedoch am Video, wo HD-Formate leichter mit CMOS als mit CCD herstellbar waren. 2012 lag der Marktanteil der CMOS-Sensoren bereits bei 74% und 2017 bei 89%.
• Global-Shutter-Sensoren kamen weit verbreitet zum Einsatz: Nicht nur in der Forschung und Entwicklung, sondern auch im Bereich der Industrie oder der Sicherheitsdienste, respektive dort, wo Geld keine Rolle spielt, weil sie bisher als Einzelanfertigungen oder Kleinserien sehr teuer waren. - Global Shutter Sensoren finden sich bereits heute für Machine Vision sowie Industrie 4.0 Anwendungen, bei Mess- und Prüfaufgaben, in intelligenten Verkehrssystemen (ITS), im Automobilbereich, in der Medizin und Forschung sowie bei 3D-Anwendungen und Stereo-Vision-Anwendungen.
• In jenen Bereichen spielten neben dem Preis auch die anderen Nachteile der CCDs keine Rolle. Hier ging es um die mit CCDs höhere Geschwindigkeit des globalen Verschlusses bei der Aufnahme, der weniger Verzerrungen erzeugte. Im Detail ging es vor allem um die Bilderkennung, welche auch bei der Post z.B. bei der Schrifterkennung der Adresse beim Sortieren der Pakete etc. wichtiger war, als viele andere im Fotobereich relevante Dinge. Meist benötigt man dort nicht einmal Farbe. Durch reine Schwarz-Weiß-Sensoren wird auch in der Nachbearbeitung vieles einfacher und läuft schneller ab.
• Dort wurde Global-Shutter als schnelles Aufnahmeverfahren somit schon lange verwendet.
• Hinweis: In diesem Artikel hier wird ausdrücklich das Wort schnelles Aufnahmeverfahren verwendet. Im Übrigen hieß es im Englischen früher auch Global Exposure mode Exposure = Belichtung. Denn es geht nur darum, dass es keine (in das Gewicht fallende) Zeitdifferenz der Aufnahme über den ganzen Sensor gibt - vor allem keine regelmäßige von oben nach unten verlaufende. - Denn das eigentlich Auslesen der CCDs und die Weiterverarbeitung zu einem Gesamtbild erfolgt nicht ganz so schnell.
• In den letzten Jahren stieg man in der Industrie etc. aus vielen Gründen vom CCD-Sensor zu CMOS-Sensoren mit ebenfalls dem Global-Shutter-Verfahren um.
• Das schnellere Global-Shutter-Verfahren erfordert im Prinzip direkt hinter dem Sensor eine kilogramm-schwere Hochleistungs-Workstation mit mehreren Prozessoren, viel RAM, unglaublich schnellen m2.SSD-Festplatten und vor allem einen oder gleich mehreren parallelen Hochleistungs-Datenbussen zum Transport der Daten.
• Zum Verständnis: Man spricht von vielen GigaByte je Sekunde beim Schreiben. Letzteres ist immer der anspruchsvollere Vorgang in der IT. Schnell Daten lesen kann heute fast jedes System.
• Das ist der Hauptgrund, warum Global-Shutter-Sensoren bisher überwiegend als Machine-Vision in der Industrie eingesetzt wurden.
• Das alles und vor allem viel helles Licht sind dort verfügbar. Da baut man bei Bedarf auch einen Blitz-Kontroller für extrem helle (und für Privatpersonen nicht erhältliche) Industrieblitzgeräte ein, um Hochleistungsblitze ganz nah am Objekt (nicht selten im Zentimeterabstand) zu verwenden.
• Mit nachgelagerter KI-gestützter Software kann man auch alle Nachteile des Global-Shutter-CMOS-Sensors für den Endanwender einfach und schnell herausrechnen.
• Deshalb haben CMOS-Global-Shutter-Systeme auch die früher dort verwendeten Global-Shutter-CCDs inzwischen weitgehend ersetzt.
• Aber in der Industrie verwendet man bisher überwiegend Global-Shutter-Sensoren nur bis ca. 12 MP Auflösung. Auch die Sensorgröße war nicht so entscheiden, weshalb man eher kleinere Sensoren verwendet. Dies hat nicht nur Kostengründe, sondern liegt auch in der oben beschriebenen hohen Anforderung an die nachgelagerten Systeme, welche die Leistung nicht nur über eine Sekunde, sondern über Stunden ohne Unterbrechung erbringen müssen.

Falls Ihnen die erheblichen Einschränkungen noch nicht den Atem verschlagen haben, dann lesen Sie dieses kurze Kapitel bitte nochmals in Ruhe. Denn alle hier geschilderten Probleme werden bei kleinen, mobilen Kameras mit großem Vollformat-Sensor noch viel größer.

Definition des Global-Shutters

• Die Technik des Global Shutters bedeutet, dass alle Zellen des CMOS-Sensors die Belichtung zur gleichen Zeit starten und beenden.
• Hierbei wird noch mehr Speicher und eine andere nachgelagerte Architektur mit speziellen superschnellem Prozessor verwendet, sodass es gelingt, alle Einzelpixel des gesamten Sensors (fast) gleichzeitig auszulesen.
• Genau genommen ist jedes Pixel mit einem eigenen A/D-Wandler ausgestattet. Aber dadurch stieg auch der Aufwand für die Verkabelung an. Auch dadurch ist die maximale Pixelauflösung bisher noch begrenzt.
• Jedoch wird das Wort 'gleichzeitig' unsauber verwendet: Der Zeitraum ist so kurz, dass er noch messbar, aber bisher nicht mehr von Relevanz war.
• Zum Verständnis: Die oft angegebene Auslesezeit von 0 Millisekunden ist ein Märchen. Gemeint ist eher die Differenz der Auslesezeiten aller Pixel. Und jene liegt vermutlich unter 1 Millisekunde. Das Auslesen selbst benötigt hingegen Zeit. 0 würde bedeuten, dass die Geschwindigkeit unendlich groß wäre. Aber zumindest in unserem Universum begrenzt die Lichtgeschwindigkeit alles. - Also ist die Zeitangabe 0 ein Märchen. Die Global Shutter Sensoren sind somit nur nochmals schneller als alle bisher eingesetzten.
• Detailberechnung zu Sonys Sensor mit Global-Shutter in der A9III:
  • Die A9III beherrscht 120 Bilder in der Sekunde. Runden wir der Einfachheit halber auf 125 je Sekunde.
  • Global-Shutter-Sensoren benötigen jedoch immer eine zusätzliche Aufnahme zur Rauschkontrolle.
  • Ferner benötigt man eine Aufnahme für die Darstellung im elektronischen Sucher respektive auf dem rückwärtigen Display und zur Messung des Autofokus-Abstandes sowie der Belichtung. Gehen wir einmal davon aus, dass dies optimistisch in einem Durchgang alles erledigt werden kann.
  • Dazu kommt dann wieder eine zusätzliche Aufnahme zur Rauschkontrolle.
  • Dann wären das bereits 4 Arbeitsschritte, die zu 1/500 Sek. für jeden der vier Einzelvorgänge führen.
  • Dann blieben für den ganzen Rest der Aufnahme durch die Pixel bis hin zur Auslesen dieselbe Zeit.
  • Das ergibt ca. 1/1.000 Sek = eine Millisekunde für jeden der insgesamt 8 Teilaufgaben.
  • Die kürzeste Belichtungszeit von 1/80.000 sagt hingegen nichts über den Gesamtprozess aus. Sie legt nur die Zeit fest, in welcher Licht im Sensor als kürzeste Verschlusszeit minimal aufgenommen werden kann. Dieser Modus ist aus gutem Grund derzeit nur im Einzelbildmodus verfügbar.
  • Aber auch der Serienbildmodus mit bis zu 1/16.000 Sek. führt bestenfalls zu 120 Bildern in der Sekunde.
  • Somit darf man zur Berechnung der faktischen Sensorgeschwindigkeit nicht einfach die kürzesten Belichtungszeiten verwenden.
  • Dennoch ist das kurz genug für die meisten denkbaren Fotosituationen durchschnittlicher Fotografen.
  • Selbstredend sind die Einzelvorgänge im Sensor selbst rasend schnell. Aber es kommt auf das Gesamtsystem an. Und das kann schlichtweg nur 120 Bilder je Sekunde. Punkt.
• Hinweis: Der Einschalt-Trigger: Welcher die Belichtung auslöst, soll unter 1 Millionstel Sekunde betragen. Aber die Pixel sind unterschiedlich träge. Ferner sprechen wird von Millionen Pixeln. Bei modernen Sensoren soll das Auslesen je Pixel maximal 2µSek. und teilweise auch weniger als 1 Millionstel Sekunde betragen.
• Sony gab für einen sehr ähnlichen Global-Shutter-Sensor 2018 an, dass man damit 660 Aufnahmen je Sekunde durchführen könnte. (Vorsicht: Das sind keine Fotos, sondern nur rein theoretische Auslösungen des Sensors.) Kalkuliert man den technischen Fortschritt ein und rundet großzügig auf 1.000 Auslösungen je Sekunden auf, dann bleibt realistisch 1 Millisekunde für den Gesamtvorgang, bestehend aus folgenden Abläufen:
  • Der Reset oder Reset-Timing oder Shutter-Timing: Dabei wird die bestehende Ladung in der fotoelektrischen Einheit (dem einen Sensorpixel) gelöscht respektive sein sogenannter Brunnen (well) geleert / auf null gesetzt. Dadurch wird gleichzeitig der elektronische Verschluss jenes Pixels geöffnet. D.h. er Beginnt nach dem Leeren sofort die (neue) Belichtung.
  • Die Integration, der Integrationszeitpunkt oder Belichtungszeitpunkt genannt: In dieser Phase findet die sogenannte fotoelektrische Umwandlung statt und der einzelne Pixel erzeugt aus den einfallenden Photonen des Lichts Elektronen. Korrekt gelesen: Die Fotozelle arbeitet analog und erzeugt wie die Solaranlage auf dem Dach Strom.
  • Das Speichern, der Speicherbetrieb, memory operation: Dabei werden die erzeugten Elektronen in einen Pufferspeicher verschoben.
  • Das Auslesen, oder der Auslesezeitpunkt, readout: Dabei werden die Pixeldaten ausgelesen und im sogenannten A/D-Wandler aus einzelnen Elektronen digitale Werte (Bits) erzeugt.
  • Es ist umstritten, ob die Umwandlung und Zusammenfassung jener Einzel-Daten jedes Pixels zu einer Zeile oder einem Gesamtsensorergebnis (immerhin viele Mega-Pixel) noch zum Auslesen oder bereits zur (anschließenden) Verarbeitung gehört. Das könnte auch mit der jeweils im Sensor verwendeten Architektur zusammenhängen: Also, ob dieser Vorgang im Sensor selbst integriert ist, oder einem nachgelagerten Prozessor überlassen wird.
  • Das stimmt auch in etwa mit früher publizierten Gerüchten überein, dass der Sensor der A9III angeblich 960 Bilder in der Sekunde erzeugen könnte - der Sensor alleine, ohne ein Kamerasystem dahinter zum Speichern etc. - Daraus folgt, dass die 1 Millisekunde für den Gesamtvorgang durchaus realistisch sind.
• Fazit: Dieser neue Global-Shutter ist schneller als jeder mechanische Verschluss und schneller als jeder bisherige elektronische Verschluss.
• Der Unterschied liegt jedoch in etwas anderem:
  • Die sogenannte 'Auslesezeit' bei einem Rolling-Shutter-Sensor wird meist als die Differenz des Auslesens der ersten (obersten) Bildzeile bis zur letzten (untersten) Bildzeile des gesamten Sensors angegeben - als gesamte Scanning Time oder auch frame time. Auch dort erfolgt das Auslesen eines Pixel respektive einer gesamten Pixelzeile selbstredend viel schneller.
  • Durch das sequentielle also linear von oben nach unten erfolgende Auslesen des alten elektronischen Rolling-Shutter-Sensors kam es zu den störenden Rolling-Shutter-Effekten, weil diese vorausberechenbar und regelmäßig und damit voraussehbar sind. D.h. das menschliche Auge erkennt sie immer wieder, sobald es den Effekt einmal wahrgenommen hat.
  • Beim Global Shutter liegt hingegen kein derart regelmäßiges Muster mehr vor. Hier finden sich nur die Serienstreuungen jedes einzelnen Pixels. Keinesfalls sind alle Pixel gleichschnell, oder gleich effizient bei der Lichtaufnahme, oder gleich farbgenau etc. Das kann sogar je nach Aufnahme schwanken und ist nachweislich temperaturabhängig. Diese Einzelabweichungen dürften im Einzelfall durchaus extrem sein. Aber sie ergeben nun kein (zumindest für Menschen leicht) erkennbares Muster mehr von oben nach unten. Vor allem gehen sie als Einzelpixelfehler vermutlich bei Auflösungen von 24 Mega-Pixeln schlichtweg im Gesamtbild 'unter'.
• Insgesamt ist der Global-Shutter auch viel leichter mit kurzen Zeiträumen / Abläufen anderer Geräte zu synchronisieren. Daraus folgt seine deutlich kürzere Blitzsynchronzeit. Es kommt nämlich nicht nur darauf an, schnell zu sein, sondern dies mit anderen Geräten abzustimmen - zu synchronisieren.

Vorteile des Global-Shutters

Vorsicht: Es geht hier um die Vorteile des neuen elektronischen Verschlusses (Global Shutter) gegenüber dem etwas älteren elektronischen Verschluss (Rolling shutter).

• Durch diesen nochmalig beschleunigten und vor allem anders gearteten Ausleseprozess der Fotopixel - nicht mehr zeilenweise - entfallen viele Nachteile des früheren Rolling-/Progressive-Shutters.
• Im Fotobereich sind die Vorteile:
  • Geraden bleiben auf dem Foto nun geraden (Golfschläger beim Abschlag). Kugeln werden kreisrund (Ball im Flug) abgebildet und nicht oval bis stark elliptisch verzogen. Sogar Rotoren von Hubschraubern oder Propeller der Motorflugzeuge werden so abgebildet, wie bei einem mechanischen Verschluss und so wie die Menschen es erwarten.
  • Im Fotobereich sind kürzere Auslösezeiten möglich. Siehe aber die Einschränkungen.
  • Im Fotobereich sind höhere Blitzsynchronzeiten möglich. Siehe aber die Einschränkungen.
• Im Videobereich sind allerdings die größte Vorteile sofort und für jeden Anwender sichtbar sowie auch für jeden (Laien-) Betrachter in jedem Film erkennbar:
  • Vertikale Geraden bleiben bei Schwenks vertikale Geraden. Häuser, Zäune etc. neigen sich nicht mehr zu einer Seite.
  • Motorpropeller sehen wie Propeller aus und nicht mehr in wilde Einzelteile 'zerlegt'. Siehe u.a. diese Foto.
  • Hubschrauberrotorblätter sehen gerade aus und nicht mehr verbogen. Auch die sich drehenden Windräder, Autoräder mit ihren Alufelgen / Speichen etc. sehen aus, wie es Menschen (im Stand) sehen würden.
  • Schnell an einem vorbeifahrende Autos werden nicht mehr in sich verzerrt.
  • Das vor allem handgehalten oder bei Teleaufnahmen oder bei eigenen Aufnahmen aus einem sich bewegenden Objekt heraus (z.B. aus dem fahrenden Auto) störende Wackeln (Wobble, Wobbling, Jello-Effect) im ganzen Bild oder beim Vlogging (sich selbst filmen bei Laufen) mit Ultra-Weitwinkelobjektiven in den Ecken entfällt.
  • Das Bild wird in sich ruhiger - auch ohne Gimbal beim Tragen der Kamera in der eigenen Hand. Dazu kommt eine weiter verbesserte (elektronische) dynamische Bildstabilisierung, welche erst durch den Global Shutter möglich wird. Denn je ruhiger das Ausgangsmaterial in sich ist, desto leichter ist es als Ganzes zu stabilisieren.
• Das wird sich auch auf die Fotografie ausweiten, wo man irgendwann das IBIS durch eine elektronische Bildstabilisierung ersetzen wird. Denn auch beim IBIS (In Body Image Stabilization) handelt es sich um ein mechanisches System, das bauartbedingt anfälliger und somit teurer für die Hersteller ist, als eine Software-basierte Lösung. Letztendlich wird die Systemintegration fast aller Bauteile auf den Sensor und die nachgelagerten Prozessoren deutlich voranschreiten - so wie es beim Smartphone schon lange erfolgt ist.
• Global Shutter wird sich durchsetzen, da er für viele Anwendungen dringend gebraucht wird. Simultaneous localization and mapping (SLAM) wird z.B. für die selbstfahrenden Autos benötigt. Da rollende Verschlüsse einen Zeitverzug bei der Bilderzeugung aufweisen und somit bei Bewegungen eine Verzerrung der Umgebung erzeugen, benötigt man im Grunde Global-Shutter Sensoren in allen fahrenden Fahrzeugen für die perfekte Navigation. Prinzipiell gilt dies jedoch für alle sich bewegenden Objekte, welche davon profitieren wollen. Das sind immerhin mehrere Milliarden Smartphone-Besitzer.

Nachteile des Global-Shutters

• Warum hat man dies dann nicht schon lange angewandt?
• Das hat man sogar. Seit über einer Dekade sind diese Global-shutter-CMOS-Sensoren nicht nur in der Forschung und Entwicklung, sondern sogar im Einsatz, aber überwiegend nur im Bereich der Industrie oder der Sicherheitsdienste, respektive dort, wo Geld keine Rolle spielt, weil sie bisher als Einzelanfertigungen oder Kleinserien sehr teuer waren.
• Ferner waren bisher die Sensorflächen eher klein. Bisher benötigte man für kommerzielle Anwendungen keinen Vollformatsensor. Denn der Aufwand steigt mit der Fläche überproportional an.
• Ein Global-Shutter ist sehr schnell und liefert sehr große Datenmengen.
  • Bei derzeit existierenden Global-Shutter-Kameras ist allerdings bereits das Speichern ein großes Problem. Das zeigte sich bei der Sony A9III mit in Tests gemessenen Pufferzeiten zwischen 20 Sekunden und 1 Minute. Da der schnelle Zwischen-Puffer zu klein ist, können nur ca. 1,6 Sekunden an Daten / Fotos bei 120 Bildern je Sekunde gespeichert werden. Dann beginnt das langsame Schreiben auf die externen Speicherkarten, wobei die verwendeten Karten CFexpress-Typ-A langsam sind, und Sony zudem nur die alte Version (3.0) unterstütz, obwohl Sony den neuen Standard (4.0) selbst mitentwickelt hatte. Mit seit langem vorhandenen CFexpress-Typ-B-Karten, welche fast alle anderen Kameras verwenden, wären die doppelte Schreibgeschwindigkeit möglich und mit dem neuen Standard V4 sogar nochmals die doppelte. Das wäre viermal so schnell und würde das Speicherproblem zumindest mildern.
  • Jedoch sind dafür letztendlich interne m2.SSD-Festplatten erforderlich, die bereits heute die 6 und mehr GB/Sek auch beim Schreiben erzielen, welche der Sensor erfordert. Da derartige High-End-SSDs im PC-Bereich für Endkunden bei 2TB Speicherkapazität nur ca. 150 Euro kosten, würde Sony oder jeder andere Kamerahersteller bei Großabnahme definitiv so etwas für unter 50 Euro im Einkauf erhalten. Dazu noch ein passender parallel arbeitender Controller für ca. 50 Euro und das Speicherproblem wäre gelöst. Das wäre bei 7.000 Euro Kamerapreis sicherlich möglich gewesen.
  • Global Shutter ermöglicht 120 Bilder in der Sekunde. Aber die aktuell verfügbare Systemtechnik dahinter erlaubt diese Geschwindigkeit nur für weniger als 2 Sekunden. Deshalb erachte ich diese Kamera derzeit nicht für ausgewogen. Denn sie bringt die zweifelsfrei vorhandene 'Leistung nicht auf die Straße' respektive auf die Speicherkarte.
  • Damit sind wir bei der Datenbeschränkung beim Sensor: Derzeit sind nur Sensoren mit relativ geringer Auflösung möglich. 24 MP bei Vollformat ist bereits ein hoher Wert. Denn die 6 GigaByte je Sekunde, die er liefert, können kaum vom nachgelagerten Datenbus weitertransportiert werden. Und der Prozessor dahinter kann dies Datenvolumen kaum abarbeiten. Da sind Sony und die Chip-Industrie für Kamerachips bereits an der Grenze, weil sie bis heute keine standardisierten Chips (wie z.B. im PC- oder Smartphone-Bau) verwenden. - Es gibt zwar viel größere Sensoren mit noch höherer Auflösung, welche jedoch noch viel höhere technische Anforderungen an die nachgelagerte Hardware stellen und deshalb für Einzelanwendungen vorbehalten sind.
  • Bei der verwendeten Software zur Steuerung der Kameras sieht es ebenso aus, da es kein standardisiertes Basis-Betriebssystem mit offenen Schnittstellen wie z.B. beim PC oder Smartphone gibt. Jeder Kamerahersteller bastelt derzeit noch an eigenen proprietären Programmen herum, die er zeitaufwändig und teuer optimiert. Das ist im Übrigen ein Grund, warum Firmware-Updates bei Kameras relativ selten sind und so lange dauern.
  • Deshalb war ein von Fotografen verlangter 40-50 Mega-Pixel-Sensor mit Global Shutter 2023 (noch) nicht umsetzbar.
• Neben großem Volumen und Gewicht wurde in der Industrie bei Global Shutter zudem ein permanenter Netz-Stromanschluss erforderlich. Bei mobilen Kameras führt dies dazu, dass sich die Akkus erstaunlich schnell entladen. Deshalb wurde auch gleich ein neuer Hochkantgriff zur Sony A9III vorgestellt, in den man einen zweiten Akku einfügen kann.
• Der Stromverbrauch führt jedoch auch zur anfallenden hohen Abwärme. - Bei z.B. 120 Bildern in der Sekunde ist das im Fotobereich wie beim Video: Da muss sehr viel Hitze abgeführt werden, ansonsten kommt es zur Überhitzungswarnung und zeitweisen Unterbrechungen.
• Beides spielt im bisherigen Hauptanwendungsbereich der Machine Vision - weder für die Überwachungskameras, noch die Industrie in der Fertigungsanlage, oder die Post beim schnellen Paketsortieren - eine Rolle respektive: Kühlung ist dort einfach und dauerhaft vor Ort zu lösen.
• Es wird jedoch in kleinen Kameras zur Herausforderung. Deshalb hier gleich der Hinweis: Der Stromverbrauch ist auch in Kameras groß und die Abwärme ist spürbar. Das werden alle bald erkennen. Erste Tests der Sony A9III waren auch schon entsprechend negativ.
• Da dieser Global-Sensor noch schneller die Daten je Einzelbild liefern kann, und folglich auch eine höhere Serienbildgeschwindigkeit (also dauernd) liefert, steigen die Ansprüche an ein ausgewogenes High-End-System dahinter, das bis zur Speicherkarte hin diese extreme Leistung auch erbringt. - Hier zeigten sich u.a. die Speicherkarten bereits als Flaschenhals.
• Jedoch wurden die Global-Shutter aus gutem Grund bisher nicht in Foto- und Videokameras im großen Stil eingesetzt, da sie bis heute technisch bedingt grundlegende Nachteile gegenüber den klassischen Rolling-Shutter-Sensoren (aller Kategorien) aufweisen:
  • Das Grundrauschen ist höher. Deshalb wird bei jedem Foto eine Kontrolle durchgeführt (quasi ein Kontrollfoto vom Normalzustand des Sensors aufgenommen) zur Justierung des hohen Rauschens. Dies halbiert zudem faktisch die nutzbare Leistung / Serienbildgeschwindigkeit des Sensors. Das höhere Rauschen führt aber letztendlich zu einer geringeren Bildqualität.
  • Der Dynamikumfang ist geringer: D.h. die Spannweite vom aufnehmbaren dunkelsten bis zum hellsten Element im Bild ist spürbar kleiner. Dies führt letztendlich zu einer geringeren Bildqualität. - Der Hintergrund liegt u.a. in der umfangreicheren Verkabelung je Pixel, die für den Global Shutter erforderlich ist. Diese reduziert die Photonen aufnehmende Fläche (oft auch Brunnen / well genannt). Daraus folgt eine frühere Sättigung des Pixels und daraus wiederum der geringere Dynamikumfang.
  • Bei der Sony A9III soll laut DPReview noch hinzu kommen, dass man den Pixel halbierte, da man zwei Pixel benötigte, weil nur eine Hälfte aufnimmt, während die zweite Pixelhälfte die Daten weiterrecht. Ein halbierter Pixel reduziert faktisch die Lichtmenge und somit die Bildqualität. Sie soll (physikalisch logisch nachvollziehbar) in Labortests nur auf dem Niveau eines halb so großen APS-C-Sensors liegen.
  • Auch die (Licht-) Empfindlichkeit ist geringer. Das liegt u.a. an den folgend Gründen: Der Sensor besitzt im Vergleich zu einem Rolling-Shutter-CMOS weniger lichtempfindliche Fläche (je Pixel), insgesamt nicht so lichtempfindliche Pixel, einen kleineren Flächendeckungsgrad (auf dem Sensor) und eine geringere (Nutzung der) Brunnentiefe (Full-Well-Sättigung). Das bedeutet meist, dass man nicht ganz so weit in den dunklen Bereich vordringen kann. Nachtaufnahmen werden somit in der Bildqualität leiden.
  • Die Anzahl defekter Pixel ist (als prozentualer Anteil am ganzen Sensor) größer und deren Behandlung schwieriger. Das ist ein Problem, das gerne generell übersehen wird. Alle Sensoren altern. Jeder Sensor verliert dauernd Pixel. Bereits bei der Auslieferung sind vermutlich hunderte defekt. Das ist der hinzunehmende Normal-Zustand.
  • Der Fertigungsprozess ist extrem aufwändig, fehleranfällig und teuer. D.h. diese Sensoren besitzen - zumindest zurzeit noch - eine prozentual hohe Ausfallquote bereits bei der Produktion (= geringe Ausbeute). Dies alles treibt die Kosten extrem in die Höhe. Zwar ist dies in der Anfangsphase jedes Chips ein Problem. Aber bei Vollformat wachsen diese Probleme und Kosten deutlich an.
• Ein Nachteil beim Global Shutter wird bisher von den Foto- und Video-Zeitschriften nicht erwähnt:
  • Ein Global-shutter-Sensor kann nur einzelne Bilder nacheinander aufnehmen. Erst nach dem völligen Abschluss der ersten Aufnahme, kann er eine zweite starten.
  • Das mag für die Fotografie mit Einzelaufnahmen Vorteile besitzen. Aber für die Videografie kann dies meines Erachtens auch Nachteile zeigen. Dazu muss man das bisherige Aufnahmeverfahren betrachten:
  • Beim sogenannten rollenden Verschluss beginnt der Sensor oben bereits wieder mit der neuen Aufnahme des zweiten Bildes, während unten noch die letzten Zeilen der vorherigen aufgenommen werden. Dies führt zu einem weichen Übergang der Einzelbilder.
  • Wenn man nun die in den 1920er Jahren rein willkürlich in den USA von einigen wenigen Kinos festgelegte Filmgeschwindigkeit von 24 Bildern in der Sekunde betrachtet, bei welcher damals die Mehrheit der Zuschauer im dunklen Kinosaal kaum mehr Flimmern wahrnahmen, so beruhte dies auch auf dem weichen Übergang der Einzelbilder (im Prinzip: Bewegungsunschärfe / motion blur). Denn beim analogen Film war es dasselbe rollende Verfahren wie beim Sensor. Der Film lief schließlich auch immer weiter.
  • Wie ich schon immer darauf hinwies, dass man Videos heute am hellen Tage am Monitor oder am noch helleren Smartphone betrachtet, so wurde dort schon länger erkannt, dass man dazu höhere Bildraten verwenden muss, um ein schönes oder auch nur akzeptables Video zu erzeugen. Es hat seinen Grund, warum viele Videografen auf 30 respektive sogar 60 Bilder in der Sekunde umstiegen (USA) und 50 Hz in Europa sowie weiten Teilen Asiens.
  • Deshalb wage ich die These, dass die abgehackten Einzelbilder des Global Shutters eine weitere Erhöhung erforderlich machen, um den weichen Fluss für den Zuschauer wieder herzustellen. Definitiv halte ich somit das 24P-Kinoformat für nicht mehr ideal mit Global-Shutter-Video-Kameras herstellbar. Zumindest wird dadurch ein anderer Bildeindruck erzeugt.
  • Um dies annähernd zu korrigieren, benötigt man Soft-Global-Shutter - eine künstliche temporäre Aliasing-Technik, welche jedoch nicht alle Kameras bieten. Ferner kann diese Technik nicht alle überzeugen.
• Schließlich kann ein Global Shutter nicht alle Probleme des Flimmerns (Flackerns) bei Gastentladungslampen und LEDs beheben. Dazu muss man noch immer bestimmte sichere Kombinationen aus Bildwiederholrate und Verschlusszeit wählen.

Fakt ist, dass es Technikern bisher immer gelang, alles im Detail zu verbessern. Das wird somit auch bei der neuen Sensorvariante des Global Shutters mit der Zeit gelingen. Aber Ende 2023 war dies wirklich ein erster Wurf im Bereich Vollformat-Kameras für Fotografen bei Sony, den man erst im Jahr 2024 genau mit allen Haken und Ösen austesten kann.

Korrekt ist zweifelsfrei, dass dies die technisches Zukunft darstellen wird. Die Frage bleibt nur, ob es bereits heute die frustfrei anwendbare Gegenwart für die Mehrzahl der Fotografen und Videografen darstellt.

Fazit:

• Wie immer bietet jede neue Technologie Vorteile.
• Fakt ist allerdings auch, dass man in der Physik für einen Vorteil auch mindestens einen Nachteil in Kauf nehmen muss.
• Ob die derzeitige Gewichtung der Vor- und Nachteile für Sie als Anwender bereits heute schon den Umstieg, Aufstieg oder Mehrpreis eines Global Shutters rechtfertigen, können nur Sie persönlich anhand Ihres Fotostils beurteilen.

Existierende Global-Shutter-Systeme - von Normalmenschen kaufbare Global-Shutter-Kameras

Auch wenn Sony in seinen Marketing-Papieren sich als Vorreiter darstellt und die für das Verbreiten von Falschaussagen bezahlten Influencer dies auch so vorsätzlich verbreiten und deren hirnlose Follower es in Foren falsch weitererzählen, so gab es schon länger Global-Shutter-Kameras.

• Alexa-Video-Kameras von ARRI.
• Das Zed-System von Stereolabs.
• Die Komodo von Red.
• Canons Vollformat-Global-Shutter-Sensor aus dem Jahr 2022, der bereits seit Längerem sogar in die C700 nachgerüstet werden kann.
• Selbst Sony hatte im Oktober 2012 einen Global Shutter bereits in seiner Video-Kamera F55 verwendet.
• Festzuhalten bleibt, dass es sich um Video-Kameras im absoluten Profi-Bereich handelt.
• Dort rechnen sich auch die hohen Kosten der Sensoren - sowohl für die Hersteller als auch die Kunden.
• Festzuhalten bleibt ferner, dass alle hier genannten Global-Shutter-Systeme unter den oben aufgelisteten Nachteilen in irgendeiner Weise leiden.
• Aber für manche Video-Anwendungen überwiegen dennoch die Vorteile.

Physikalischer Unsinn

Jedes Mal, wenn eine neue Kamera-Technik herauskommt, erzählen Influencer Unsinn, um ihre eigenen Provisionen anzukurbeln. Bisher hat noch keine Kameratechnik weder die Naturgesetze der Physik ausgehebelt noch die Gesetze der Fotografie oder Videografie außer Kraft gesetzt.

Blitzlicht-Märchen

Aufgrund von Sonys absichtlich immer vage gehaltenen Äußerungen, welche fast immer missverständlich sind - vor allem für deutsche Influencer, die nicht gut Englisch können -, wurden Dinge über das Blitzlicht im Zusammenhang mit Global Shutter verbreitet, die hanebüchener Unsinn darstellen.

• Bei der neuen Sony A9III handelt es sich um eine explizit für Profis im Bereich der Sportfotografie angepriesene Kamera. Dort reichen auch die geringen 24 MP durchaus aus. Ferner zielt der Global Shutter mit 120 FPS in 4K-Modus auf Video. Bereits dies sollte jedem klar werden lassen, dass es keine Kamera für die Blitzlichtfotografie im Studio sein kann. Denn dort arbeitet man eher langsamer (oft mit Einzelaufnahmen), aber dafür mit bis zu 150 Mega-Pixeln, weil die Kunden diese hohe Auflösung oft fordern.
• Dennoch traten zahlreiche Influencer mit Behauptungen auf, dass der Global-Shutter die Blitzlichtfotografie revolutionieren sowie komplett auf den Kopf stellen würde. Dies steigerte sich bis dahin, dass Global Shutter-Sensoren teure Blitzlichtgeräte überflüssig machen würden, weil man angeblich mit billigsten Systemblitzen von Drittherstellern für unter 100 Euro alles aufnehmen könne - bei 1/80.000 Sek.
• Korrekt ist, dass der schnell arbeitende Global Shutter schnellere Synchronzeiten erlaubt. Im Falle der A9II bis zu 1/80.000 Sek. im Modus Synchron blitzen.
• Jedoch benötigt man für 1/80.000 Sekunde Belichtungszeit enorm viel Licht. Kaum ein Systemblitzgerät und auch nur ganz wenige Studio-Leuchten erzeugen derartige Lichtstärken. Und selbst dann benötigt man extrem lichtstarke Objektive (am besten f1,2, aber definitiv maximal f1,8 laut Sony) und muss mit der Lichtquelle nahe an das Motiv herangehen.
• Billige System-Blitzgeräte erreichen ca. 1/500 Sekunde. Herkömmliche Blitzgeräte liefern Ihre volle Blitzlichtleistung meist zwischen 1/1.000 bis 1/5.000 Sekunde. Ein Blitzgerät, das seine volle Systemleistung in nur 1/10.000 Sek. liefern kann, ist als sehr gut zu bezeichnen. Ein Blitzgerät, das seine volle Systemleistung in nur einer 1/20.000 Sek. abliefern kann, ist bereits als extrem gut zu bezeichnen. Ein Blitzgerät, das seine volle Systemleistung bei nur 1/40.000 Sek. liefern kann, ist selten. Und ein Blitzgerät, das seine volle Systemleistung bei nur 1/80.000 Sek. liefern kann, dürfte vor allem beim Preis viele erbleichen lassen. Daraus folgt, dass die meisten Anwender bei 1/80.000 Sek. nur eine sehr kleine Teilleistung erhalten. Jeder Fotograf darf deshalb bei 1/80.000 Sek. alles mit Leitzahl 60, Reichweite, Ausleuchtung etc. an seinem Systemblitzgerät getrost vergessen.
• In der Forschung und Industrie gibt es fast alles. Jedoch ist Leistung immer eine Frage des Preises. Wenn bisher nur ca. 1/300 Sek. bei Vorhang-Verschluss-Systemen (fast alle Kameras) und 1/1.000 bis 1/4.000 Sek. bei Zentral-/Ringverschlüssen (Mittelformat) gefordert wurden, dann ist alles darüber ein Sonderwunsch, der seltener anfällt und den sich die Hersteller auch entsprechend bezahlen lassen. - Nochmals: Es geht um die volle Lichtleistung im Synchron-Blitzen. Teilleistung kann jeder moderne Blitz mit HSS in Impulsen schon lange erzeugen. Das ist auch effizient. Aber mit der neuen Kamera A9III tun viele plötzlich so, als ob der hohe Akku-Verbrauch bei HSS nun untragbar wäre und man unbedingt synchron mit voller Leistung bei 1/80.000 Sek blitzen muss.
• Zur Messung der Blitzdauer. Übrigen ist derartiges Ultrakurz-Blitzen mit zahlreichen komplizierten Einschränkungen verbunden, welche über die normalen Physikkenntnisse der meisten Fotografen hinausgehen dürften. So wird u.a. auch die Licht-Farbe beeinflusst.
• Da die Blitzgeräte jedoch auch noch eine Hochfahrzeit (siehe Kurve im verlinkten Artikel oben) besitzen, wird die maximale Leistung sowieso erst später erreicht als 1/80.000 Sek. D.h. Sie müssen den Blitz früher zünden als die Kamera auslösen. Sony hat hierzu eigene Verzögerungseinstellungen in der Kamera angeboten, deren tatsächliche Werte des Blitzkopfes man jedoch kennen muss.
• Für die meisten gestellten Studio-Fotos ist im Übrigen die Blitzdauer die entscheidende Größe - also das Blitzgerät. Sie friert die Bewegung ein, nicht die Belichtungszeit der Kamera. - Nicht wenige Fotografen verwenden deshalb im abgedunkelten Studio sogar längere Zeiten als 1/1.000 Sek. an der Kamera, weil das Blitzlichtgerät die 1/10.000 Sek. (mit Teilleistung) liefert.
• Den Aspekt der Wärmeentwicklung sollte man auch beachten. Volle Leistung bei Leitzahl 60 mit 120 Auslösungen in der Sekunde (Serienbildgeschwindigkeit mit 1/16.000 Sek.) dürfte das Blitzgerät in Flammen aufgehen lassen.
• Weder werden durch die neue Kamera die Naturgesetze der Physik außer Kraft gesetzt - noch die Belichtungsregel. Wer also abblendet z.B. auf f1,8, der benötigt noch mehr Licht oder muss für 1/80.000 Sek. die ISO-Zahl an der Kamera extrem hochschrauben, wodurch das Bild verrauscht wird. Eine geringere Bildqualität ist allerdings definitiv das Gegenteil dessen, was man mit Blitzgeräten im Studio erreichen will. Noch ein Hinweis für Studiofotografen: über f1,8 sinkt die X-Sync-Zeit der Kamera auf 1/16.000 Sek. Ebenso bei allen Objektiven der Dritthersteller.

Für Kritiker:

• Nachdem ich bei Bekanntwerden dieses Unsinnes, die obigen physikalischen Gesetze publizierte, haben die größeren internationalen Online-Fachzeitschriften das nachgeprüft und (meist kleinlaut) bestätigt.
• Kurz darauf wurde bekannt, dass Sony auf der Vorführung Blitzgeräte (Profoto Pro 10 + Steueranlage / Akku 11) für weit über 20.000 US-Dollar (je Einzelgerät) verwendete, um auch nur annähernd die Leistung zu erreichen, welche die A9III erfordert. Aber selbst jene High-End-Studioblitzgeräte sind nur für 1/12.000 Sek. - 1/800 Sek. für volle Leistung (z.B. bei Aufnahmen gegen die Sonne) ausgelegt. Mit Teilleistung (Freeze) gelangen Sie dann bis zu 1/80.000 Sek. - Dieser als derzeit schnellste (herkömmliche Foto-) Blitz geltende kommt auch nur auf 1/1.000 Sek. bei voller Leistung (und das bei t0,5). Letztendlich liefert dieser High-End-Blitz bei 1/80.000 Sek. noch ca. 1/100 der Nominalleistung - bestenfalls. Andere Quellen behaupten sogar nur 1/1.000 der Leistung. Denn t0,5 ist nicht vergleichbar mit t0,1, welcher als Zeitraum / Messgröße mindestens erforderlich wäre.
• Danach wurde auch bekannt, dass exakt aus diesen Gründen Sony nur Beispielbilder seiner Global-Shutter-Kamera mit Blitz in der Dämmerung / Nacht vorstellte. Am hellen Tag bei Gegenlicht der grellen Sonne sind diese nicht mit der A9III herstellbar. Dazu benötigt man viel mehr Blitzleistung.
• Eine Detailuntersuchung des Profiblitzgerätes von ProFoto ergab noch ernüchterndere Werte:
  • Im Normalmodus erzielt der beste Profoto-Blitz für Normalmenschen bei t0.1 (das entspricht 90% der Blitzleistung) bei 1/400 Sek.
  • t0.5 entspricht der Entladung von 50 % der theoretischen maximalen Blitzleistung.
  • t0.1 entspricht der Entladung von 90 % der theoretischen maximalen Blitzleistung. Also selbst bei t0.1 erhält man nicht die volle Blitzleistung. Das wirft ein bezeichnendes Licht auf die Marketing-Sprüche der Blitzhersteller.
  • Der sogenannte Freeze Modus, der bis zu 1/80.000 Sek. bietet, hat dann aber plus minus 1.500 Kelvin Farbabweichung insgesamt und zudem plus minus 150 Kelvin je Auslösung - gegenüber dem Normal-Modus von nur plus minus 100 Kelvin Farbabweichung insgesamt und zudem plus minus 50 Kelvin je Auslösung. Daraus folgt, dass im sogenannten Freeze-Modus die Farbabweichungen insgesamt und je Auslösung deutlich höher liegen. Wer nicht weiß, was plus minus 1.500 Kelvin sind, der soll in seiner Foto-Software einmal bei einem beliebigen Foto den Farbtemperaturregler um 2*1.500 = 3.000 Kelvin verschieben. Das ist drastisch sichtbar.
  • Halt Stopp: Das sind die im Labor maximal erzielbaren Bestwerte des besten Studio-Blitzes für Normalsterbliche bei 2 Meter Abstand zum Motiv und einem zudem sündhaft teuren speziellen Reflektor und der Messung an einem einzigen Punkt des Lichtmessers - also keine Flächenbeleuchtung.

Ergebnisse:

• Somit ist genau das Gegenteil der Influencer-Behauptungen richtig: Um eine schnelle Kamera mit Global-Shutter auszunutzen, benötigt man sogar die teuersten Blitzanlagen, die es gibt.
• Wer bereits einen hochwertigen, modernen Systemblitz mit HSS (High Speed Sync) besitzt, kann auch mit seiner 'alten' Kamera bis 1/8.000 Sek. blitzen. Wie oft benötigen man beim Blitzen eine kürzere Belichtungszeit? - Und wie oben geschrieben: Im Studio kann man das seit vielen Jahren mit jeder alten Kamera herstellen, da hochwertige Studioblitze nachweislich Teilbelichtungen auch in kürzeren Zeiten liefern. Ansonsten wären die Tropfenaufnahmen, welche vor ca. 10 Jahren so beliebt waren, bei 1/20.000 Sek. und kürzerer Belichtungszeit nicht möglich gewesen.
• Der Unterschied besteht nur darin, dass man beim HSS-Modus (High-Speed-Synchron-Blitzen) die Akkus im Blitzgerät schneller entleert. - Aber: Was ist preiswerter? Eine sündhaft teure Global-Shutter-Kamera (die A9III für 7.000 Euro) oder ein oder zwei weitere Akku-Sätze für das Blitzlichtgerät?
• Wer will wirklich wieder die schweren, voluminösen Systemblitzlichtgeräte oder sogar die noch viel größeren, viel schwereren Studio-Blitzgeräte mit kilogrammschweren mobilen Akku-Stationen mit sich herumtragen, wie jener dafür bezahlte Fotograf von Sony im Werbefilm im Stadion? Dürfen Sie das überhaupt? Und dürfen Sie dann jenen Hochleistungsblitz bei offiziellen Wettkämpfen ganz nah an die Sportler etc. heranbringen?
• Ganz einfache Fragen. Die Berufsfotografen, welche von Zeitungen unterstützt werden und alles bezahlt bekommen sowie sogar Träger und Helfer für die Lasten haben, werden das evtl. in Einzelfällen machen und dafür auch die schriftlichen Genehmigungen erhalten. Denn da geht es nebenbei auch um Unfallgefahr, Haftung etc.
• Aber bei von Influencern beeinflussten Followern handelt es sich eher um Amateure, die sich nun auf Kamera mit Global Shutter stürzen. Wo ist deren Einsatzzweck?

Kurzzeitbelichtung am Tag

Aufgrund von Sonys absichtlich immer mit vielen Fußnoten versehenen Aussagen entstanden weitere Missverständnisse, die sich jedoch bereits durch das Lesen der Fußnoten und etwas Nachdenken klären.

• Am Tage kann die neue Kamera mit Global Shutter 1/80.000 Sek. kurz belichten. Das ist beachtlich und stellte Ende 2023 die Spitze im Normalbereich für private Normalkunden der Fotografie dar.
• Jedoch auch am Tag gilt weiterhin die Physik. Dazu werden einerseits sehr helles Licht benötigt (Sonne im Sommer zur Mittagszeit am blauen Himmel bei extrem geringer Luftfeuchtigkeit). Andererseits benötigt man extrem lichtstarke Objektive von maximal f1,8 und darf nicht abblenden.
• Selbst dann gilt der Wert von 1/80.000 Sek. derzeit nur für Einzelaufnahmen.
• Serienbilder oder die geringste Einschränkung / Unstimmigkeit reduzieren alles auf maximal 1/16.000 Sek. Das ist noch immer ein guter Wert, der jedoch auch von anderen Kameras erreicht oder sogar überboten wird.
• Wie oft stießen Sie bisher an die 1/8.000-Sek.-Grenze und konnten das Problem nicht lösen? Z.B. durch Abblenden oder einen ND-Filter?

Gesamtfazit

• Der Global Shutter eröffnet neue Möglichkeiten in Randbereichen der Fotografie. Aber jene sind eher selten und nur für wenige Anwender interessant.
• Es handelt sich bei aller Euphorie nur um eine Weiterentwicklung der bisher bereits existierender Sensoren: also eine kontinuierliche Evolution statt der immer wieder in den Medien hochgepushten angeblichen Revolution.
• Sicherlich werden diese Vorteile einigen zu neuen Fotos verhelfen. Ob dies jedoch auch für Sie in Ihrem Fotostil gilt, können nur Sie selbst persönlich beantworten.
• Wer z.B. bereits eine Kamera mit einem schnellen Stacked-CMOS-Sensor besitzt (Sony A9II, A1, Canon R3, Nikon Z9 und Z8), und nicht darunter 'leidet' respektive damit 'todunglücklich' ist, wird kaum nutzbare Vorteile durch den neuen Global Shutter finden. Somit besteht hier derzeit kaum ein akuter Neu-Kaufzwang.
• Für die meisten Fotografen und auch Videografen wird die Frage nach der Anschaffung einer mit Global Shutter ausgestatteten Kamera jedoch bereits durch den hohen Preis entschieden. Global Shutter ist teuer und bleibt dies auch auf absehbare Zeit. Für die Sony A9II benötigen Sie 7.000 Euro für das Gehäuse, 450 Euro für den Zusatzgriff, rund 100 Euro für einen erforderlichen Zweit-Akku im Griff, sowie 2 Speicherkarten und zwar die schnellsten sowie größten (was dasselbe ist) für jeweils 1.500 Euro. Das macht alleine bereits über 10.000 Euro - ohne jedes Objektiv. Davon dürfen Sie sich auch nur die teuersten und modernsten anschaffen. Sonst bremsen Sie die Kamera aus.
• Eine kurzfristige Umstellung der Produktionsanlagen auf Global Shutter für alle Kameramodelle ab 2024 ist reiner Wunschtraum einiger Influencer, welche von Ökonomie nichts verstehen.
• Ferner wird gerne übersehen, dass die anderen elektronischen Verschlüsse, die alle mit Rolling-Shutter (also dem zeilenweisen Ausleseverfahren) arbeiten, in den letzten Jahren ebenfalls immer schneller wurden und dies auch weiterhin werden. D.h. deren Nachteile werden zunehmend geringer. Dadurch wird auch der Abstand zum Global-Shutter-Sensor geringer. Denn letztendlich geht es nur um die Geschwindigkeit des Auslesens. - Wie man den Sensor auf jene sinnvolle, hohe Geschwindigkeit erhöht, dürfte den meisten Kunden letztendlich gleichgültig sein. Wie sagte einmal einer meiner schwäbischen, schlauen Mitarbeiter so treffend: Wichtig ist letztendlich nur, was hinten rauskommt. In der Fotografie ist dies das hochwertige Foto und beim Filmen das beeindruckende Video. Oder glaubt im Ernst jemand, dass einfache Betrachter eines Fotos oder Videos die verwendete Kameratechnik erraten können oder überhaupt wollen?
• Vor allem angeblich 'alte' Technologie ist erfahrungsgemäß leichter zu optimieren, als neue, da man bei den alten Systemen inzwischen die Details nach jahrelanger Anwendung schlichtweg besser im Griff hat. Deshalb ist hier sowohl beim normalen elektronischen Verschluss als auch beim Stacked CMOS noch einiges in den kommenden Jahren zu erwarten. Jene Technologien wird kein Hersteller einfach wegwerfen. Denn da wurden Milliarden in Forschung, Entwicklung und die Produktionsanlagen investiert.
• Mit jeder neuen Technologie im Bereich des elektronischen Verschlusses sowie mit jeder Verbesserung derselben rückt allerdings das Ende des mechanischen Verschlusses näher.

Weiterhin allen viel Freude beim Fotografieren und Filmen - gleichgültig mit welchem Verschluss Sie arbeiten.

Links zu Quellen und weiteren Informationen

Bitte beachten Sie beim Lesen der jeweiligen Texte, dass viele sehr alt sind.

Mechanischer Verschluss

• Verschluss (Kamera) - Wikipedia Deutsch.
• Zentralverschluss - Wikipedia Deutsch.
• Schlitzverschluss - Wikipedia Deutsch. Mit Grafiken, Fotos und Animation zur Funktionsweise.
• kamera-geschichte. Auf der völlig unergonomischen Seite muss man mit Strg+f das Wort Verschl suchen. Dann kann man den Link Verschlüsse anklicken und gelangt auf eine spezielle Seite mit vielen mechanischen Verschlüssen. - Eine Direktverlinkung hat jener Seitenbetreiber mit zahlreichen unergonomischen Einzelmaßnahmen ausgeschlossen.
• Der Verschluss ScanDig.
• Focal-plane shutter - Wikipedia Englisch. Der mechanische Verschluss.
• Shutter (photography) - Wikipedia Englisch. Der mechanische Verschluss - und kurz auch der elektronische erklärt.
• Shutters - Englisch. Zahlreiche historische Verschlüsse.
• Up and Down with Compur - Englisch. Zahlreiche historische Verschlüsse.

Blitzen

• Blitzsynchronisation - Wikipedia Deutsch.
• Stroboskop - Wikipedia Deutsch.
• Blitzen mit CMOS Industriekameras und Rolling Shutter - SVS-Vistek. Der Artikel erklärt u.a. den bei Blitzgeräten erforderlichen Versatz zur Auslösezeit und wie man ihn berechnet.
• Global Reset Release - Besondere Blitztechnik bei Sensoren mit Rolling-Shutter.

Sensor-Technik

• CMOS - die variable und schnelle Sensortechnik SVS-Vistek - insgesamt ein interessanter Auftritt mit zahlreichen kurzen Fach-Artikeln zu vielen hier in diesem Artikel behandelten Themen.
• Image sensor - Wikipedia Englisch.
• Active-pixel sensor - Wikipedia Englisch. CMOS etc. erklärt.
• Charge-coupled device - Wikipedia Englisch. CCD etc. erklärt.

Video

• Umlaufverschluss bei Video-Kameras
• SHUTTER ANGLES & CREATIVE CONTROL Red - Video-Kamerahersteller, Englisch. Öffnungs-Winkel bei Video erklärt.
• Rotary disc shutter - Wikipedia Englisch. - Shutter Angle, Öffnungswinkel bei Video.
• Movie camera - Wikipedia Englisch.

Elektronischer Verschluss - Rolling Shutter - Progressive Shutter

• Elektronischer Verschluss - Wikipedia Deutsch.
• Rolling-Shutter-Effekt - Wikipedia Deutsch. Mit Grafiken, Fotos verzerrter Aufnahmen und Animation zur Funktionsweise.
• Wagon-wheel effect / stagecoach-wheel effect - Wikipedia Englisch. Ein negativer Rolling-Shutter-Effekt.
• Digital artifact - Wikipedia Englisch. - Kurzfassung: Artefakte sind jegliche unerwünschten Störungen in einem Bild, welche durch die verwendete Technologie oder Technik verursacht werden.
• Rolling shutter - Wikipedia Englisch. Mit Grafiken, Fotos verzerrter Aufnahmen und Animation zur Funktionsweise.
• Aliasing - Wikipedia Englisch. Einer der Fehler beim Rolling-Shutter.
• Exzellentes Video: Why Do Cameras Do This? | Rolling Shutter Explained - SmarterEveryDay - Englisch. Didaktisch exzellente Erklärung des Rolling Shutters - wie üblich im anglo-amerikanischen Raum. Dort würde niemand das wirre Gefasel eines deutschen Influencers akzeptieren. - Bitte unbedingt ansehen, um die Rolling-Shutter-Effekte zu verstehen und zu erkennen.
• Erklär-Video: Simulating Rolling Shutter (Behind the Scenes) - SmarterEveryDay - Englisch. Erklärt, wie er den obigen Film herstellte. Der Techniker nutzte eine Software, welche Rolling-Shutter nachträglich simulierte. Er zeigt auch, was passiert, wenn man den Sensor um 90 Grad dreht. Dann verändert sich der Rolling-Shutter-Effekt.
  Dieser Video-Kanal ist sowieso eine Pflicht-Station für jeden Neugierigen. Smarter Every Day ist eine Art 'Sendung mit der Maus' für Erwachsene.
• Rolling shutter in feature-based Visual-SLAM - 30. Juni 2023, Examensarbeit zum Thema SLAM bei Sensoren mit rollierendem Verschluss.

EFC

• Image plane and DOF effects of EFCS Englisch, DPReview, Forumsbeitrag, der erklärt, warum es aufgrund des Abstandes des mechanischen 2. Verschlusses vor dem elektronischen Sensor zu den negativen Bokeh-Effekten kommt. Mit Grafik und erklärenden Beispielfotos.

Stacked-CMOS-Sensor

• Stacked CMOS

Global-Shutter

Vorsicht: Da es früher auch noch CCDs gab (sehr alte, heute kaum mehr verwendete, welche teilweise auch Global Shutter beherrschten - also den Sensor als Ganzes auf einmal auslesen konnten, besprechen viele alte Artikel im Internet diesen alten Sensor und vergleichen ihn mit anderen alten CMOS-Sensoren. Das ist jedoch nicht mit dem neuen Global-Shutter mit CMOS-Sensoren gemeint. Viele alte Artikel im Internet gehen somit am Thema vorbei.

Bitte beachten Sie auch die oben bereits aufgelisteten Links zu anderen Kamera-Herstellern beim Global-Shutter-Sensoren.

• Sony a9 III: Global shutter comes with an image quality cost - Englisch, 04.01.2024, DPReview. Qualitätsverlust des Sensors im Labor bestätigt. - Mit dem vernichtenden Urteil der Labortester, das alle aufgrund der Physik vorhersehbaren Befürchtungen belegte und alle Lügen der Influencer widerlegte: Insgesamt sieht die a9 III für ihren beabsichtigten Zweck [Sportfotografie] immer noch vielversprechend aus. Es sollte jedoch nicht davon ausgegangen werden, dass sie die Zukunft der Kameras insgesamt ankündigt.
• Sony entwickelt CMOS-Sensor mit Global-Shutter-Funktion, photoscala, 21.02.2018
• Sony - Global Shutter Image Sensor - Sony, Englisch.
• Sony - Pregius - Global Shutter Image Sensor mit Beispielbildern und Videos.
• GLOBAL SHUTTER BILDSENSOREN Deutsch. Mit Grafiken des Sensoraufbaus.
• TEMPORAL ALIASING WITH CINEMA - Red - Soft Global Shutter, um die harten Übergänge der Einzelbilder aufzuweichen.
• What is global shutter: 3 ways it can change photography - Englisch, 10.11.2023, DPReview.
• Why the Global Shutter in the Sony a9 III is Such a Big Deal - Englisch, 08.11.2023, PetaPixel.
• Kurz nach meinem Artikel bestätigte PetaPixel einige Details zur A9III und deren Global Shutter: The Sony a9 III's Base ISO Reflects the Cost of a Global Shutter - Englisch, 17.11.2023, PetaPixel.
• Flash duration, Sync Speed and Global Shutter - The TRUTH, 06.12.2023. Eine ca. halbstündige Video-Einführung in die Blitzsynchronisation. Er zeigt u.a. auch die abfallende Blitzleistung bei kürzerer Belichtungszeit an Beispielaufnahmen. Ferner stellt er ebenso klar, dass sich die Belichtungsregeln nicht geändert haben, genauso wenig wie die Physik des Lichtes. - Manchmal kommt es mir vor, als ob Influencer meine Artikel lesen und diese Inhalte dann als Video produzieren. Wie auch immer, beweist er nochmals ein paar physikalische Fakten anhand zahlreicher Blitzgeräte.
• UNLEASH YOUR FLASH! Sony a9 III Global Shutter vs Leaf Shutter vs HSS, 28.12.2023. Vergleich dreier Kameras (Sony A7RV, Sony A9III, Hasselblad X2D 100C) mit Blitzgeräten im Freien und im Studio. Versuche rund um die verschiedenen Synchronisationszeiten.
• How does the Sony A9 III global shutter work?, Professor Robert Newman erklärt die Technik des Sony-Sensors in der Zeitschrift Amateur Photographer, 13.11.2023, Englisch.

Vergleiche zwischen elektronischem und mechanischem Verschluss sowie Global Shutter

• Vor- und Nachteile von elektronischem, Schlitz- und Zentralverschluss - Rubrik: Grundlagenwissen - Digitalkamera, 2016.
• Mechanischer oder elektronischer Verschluss? Was sind die Unterschiede und welchen soll man wählen? - Rubrik: Lernen - Zoner, 26.11.2020.
• Rolling vs Global Shutter - Englisch, aber mit sehr hilfreichen erläuternden Grafiken. Zudem erklärt er den Pseudo-global shutter oder All Rows Mode.
• Rolling Shutter vs Global Shutter sCMOS Camera Mode - Englisch. Oxford Instruments Andor. Der Artikel beschreibt im Übrigen eine andere (ebenfalls mögliche) Richtung des rollenden Auslesens: Hierbei startet der Sensor in der Mitte und führt zwei parallele Auslesezyklen nach oben und unten durch.
• GLOBAL & ROLLING SHUTTERS, Red - Video-Kamerahersteller.
• Global Shutter vs. Rolling Shutter in Embedded Vision - TechNexion, Englisch. Der Artikel liefert vor allem viele Anwendungsbeispiele für beide Sensorarten. Ferner weist er darauf hin, dass jede Situation eine Einzelanalyse erfordert. Keineswegs ist der Global Shutter generell zu bevorzugen.
• ROLLING VERSUS GLOBAL SHUTTER Deutsch. Vorsicht: Der Artikel ist trotz des angegebenen Datums (20.10.2020) inhaltlich mindestens 10 Jahre alt und beschreibt alte CCDs. Vergessen Sie also bitte alle Angaben zu Preisen. Dennoch erklärt er manche Prinzipien der Sensoren korrekt und verständlich. Zudem wurde er durch Maschinen aus dem Englischen in das Deutsche übersetzt.
• ROLLING VERSUS GLOBAL SHUTTER Englisch. Vorsicht: Der Artikel ist trotz des angegebenen Datums (20.10.2020) inhaltlich mindestens 10 Jahre alt und beschreibt alte CCDs. Vergessen Sie also bitte alle Angaben zu Preisen. Dennoch erklärt er manche Prinzipien der Sensoren korrekt und verständlich.
• Rolling Shutter und Global Shutter bei CMOS Kameras. Deutsch.
• Rolling Shutter vs Global Shutter (What's the Difference?) - Expert Photography, Englisch. Nick Dale, 12.11.2023. Mit erklärenden Fotos und Grafiken.
• Rolling vs Global Shutter.ppt als PDF, Englisch.
• Video: Mechanischer oder elektronischer Verschluss? Welcher ist der richtige für DICH? - Fabian Fopp - Naturfotografie, 13.06.2023.
• Video: Mechanischer oder elektronischer Verschluss? Unterschiede? Vorteile & Nachteile beim Fotografieren? - Riko Best, 23.06.2023.
• Video: Alles was Du über den Verschluss Deiner Kamera wissen solltest (elektronisch/mechanisch) - Stephan Klapszus, 26.07.2019. Er erklärt es in der korrekten Richtung, die jedoch durch doppeltes Umdenken wirklich kompliziert ist. Er selbst scheitert mehrfach selbst daran. Korrekt ist, dass der Verschluss von unten hoch läuft. Aber auf dem (durch die Linsen) gespiegelten Foto ist es in der Auswirkung von oben nach unten.
• Video: Rolling vs. Global Shutter. What is the difference? - Englisch, 31.05.2023.
• Video: What is Global Shutter? (And How Does It Work?) - B&H (Fotohändler) - in nur 1 Minute das Wichtigste.
• Video: Global Shutter vs. Rolling Shutter - Sony: 30 Sekunden Hubschrauber Rotorblätter im Vergleich gezeigt.
• Ein interessantes Video, das fast komplett meine Inhalte dieses Artikels erzählt (Monate nach meinem Artikel): CD / Shutter Speed (again), Englisch, Captain Disillusion. Aber als Super-Hero in bunter Comic-Gestalt gekleideter Influencer ist er damit selbstredend erfolgreicher.
• Grafik der Auslesegeschwindigkeiten verschiedener moderner spiegelloser Kameras: sensor readout speeds, The Wandering Lensman, Dez. 2022. Vorsicht mit derartigen Tabellen: Das sind alles Messwerte, die je nach Firmware-Version, Temperatur etc. schwanken.

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