Bildsensor

CCD-Sensor auf flexibler Leiterplatte

Bildsensor und Hauptplatine einer Nikon Coolpix L2 6MP

Ein Bildsensor ist eine Vorrichtung zur Aufnahme von zweidimensionalen Abbildern aus Licht auf elektrischem oder mechanischem Wege. In den meisten Fällen werden halbleiterbasierte Bildsensoren verwendet, die Licht bis ins mittlere Infrarot detektieren können. Es existieren aber auch zweidimensionale Halbleiterdetektoren für die Aufnahme hochenergetischer ionisierender Strahlungsarten wie Röntgen- und Gammastrahlung.

Technische Lösungen zur Aufnahme eines Bildes im sichtbaren Bereich bis zum Infrarot beruhen oft auf zweidimensionalen Anordnungen ("Arrays"), deren Signale elektronisch ausgelesen werden. Insbesondere bei Infrarot bezeichnet man diese auch als Focal Plane Array (FPA).

Bauformen

Beispiele für Bildsensoren im sichtbaren Bereich und im nahen Infrarot:

• Siliziumsensoren weisen relativ geringes Bildrauschen auf, was möglicherweise in Zukunft durch die Verwendung von schwarzem Silizium weiter reduziert werden könnte.
  • CCD-Sensor (CCD)-Bildsensoren, mit Filterrad oder farbsensitiven Sensoren (Einzel-Filter pro Pixel, siehe Bayer-Sensor) auch für Farbbilder
  • CMOS-Sensor (richtige Bezeichnung Active Pixel Sensor), basierend auf der CMOS-Technologie, mit neben- oder übereinander (Foveon X3) liegenden farbsensitiven Sensoren auch für Farbbilder
• Vidiconröhre
• Ikonoskop

Beispiele für Bildsensoren für andere Spektralbereiche:

• Nipkowscheibe (historisch für Licht, jedoch auch für andere Strahlungsarten verwendbar)
• Mikrobolometerarray (mittleres bis fernes Infrarot, in der Astronomie, in Wärmebildkameras und Zielsuchsystemen)
• Pyroelektrisches Array (mittleres bis fernes Infrarot)
• Focal Plane Arrays auf Basis von Fotodioden aus Quecksilber-Cadmium-Tellurid (MCT), für Wärmebildkameras und Zielsuchsysteme im mittleren Infrarot (Wellenlänge: 3,5–5 µm)

Bildwandlerröhren und Restlichtverstärker, auch die Mikrokanalplatte (MCP) dienen der Verstärkung eines Bildsignales oder dessen Umwandlung in sichtbares Licht; sie werden nicht als Bildsensor bezeichnet, obwohl sie oft wesentliche Merkmale eines solchen haben.

Typische Bildsensorgrößen bei Video- und Fotokameras

Vergleich gängiger Sensorformate

In nebenstehender Grafik sind gängige Sensorgrößen dargestellt, welche in Video- und Fotokameras zum Einsatz kommen. Lässt man die Mittelformatsensoren außer Betracht, ist zwischen dem kleinsten und dem größten Sensor welche in Kompakt- und Spiegelreflexkameras verwendet werden, Faktor 56 bezogen auf die Sensorfläche erkennbar. Dieser Unterschied ist einer von mehreren Faktoren, welche die Bildqualität beeinflussen. Der Preis für die Sensorchips steigt mit der Sensorfläche.

Pixelanordnung und Bildauflösung

In der Digitalfotografie wird die gerundete Gesamtzahl der Bildpunkte in Megapixeln (MP) angegeben als Anhaltspunkt für die theoretisch erreichbare Auflösung. Die tatsächliche Auflösung hängt aber von vielerlei Faktoren ab – die Pixelanzahl allein lässt keine Qualitätsaussage zu. Gab es anfangs fast nur das Seitenverhältnis 4:3, gibt es nun zunehmend auch das 3:2-Format des klassischen Kleinbilds sowie Kameramodelle mit 16:9-Format.

Bildauflösungen in der Digitalfotografie

Name	Auflösung	Verhältnis	Pixel	rechnerische Druckgröße (cm × cm)
				150 dpi	300 dpi	600 dpi
0,08 MP	320 × 240	4:3	76 800	5 × 4	3 × 2	1 × 1
0,3 MP	640 × 480	4:3	307 200	10 × 8	5 × 4	2 × 2
0,8 MP	1024 × 768	4:3	786 432	17 × 13	8 × 6	4 × 3
1 MP	1152 × 864	4:3	995 328	19 × 14	9 × 7	4 × 3
1,3 MP	1280 × 960	4:3	1 228 800	21 × 16	10 × 8	5 × 4
2 MP	1600 × 1200	4:3	1 920 000	27 × 20	13 × 10	6 × 5
2,1 MP	1720 × 1280	4:3	2 201 600	29 × 21	14 × 10	7 × 5
3 MP	1984 × 1488	4:3	2 952 192	33 × 25	16 × 12	8 × 6
3 MP	2016 × 1512	4:3	3 048 192	34 × 25	17 × 12	8 × 6
3,3 MP	2048 × 1536	4:3	3 145 728	34 × 26	17 × 13	8 × 6
3,3 MP	2080 × 1560	4:3	3 244 800	35 × 26	17 × 13	8 × 6
4 MP	2272 × 1704	4:3	3 871 488	38 × 28	19 × 14	9 × 7
4 MP	2304 × 1728	4:3	3 981 312	39 × 29	19 × 14	9 × 7
5 MP	2560 × 1920	4:3	4 915 200	43 × 32	21 × 16	10 × 8
5 MP	2576 × 1932	4:3	4 976 832	43 × 32	21 × 16	10 × 8
5 MP	2592 × 1944	4:3	5 038 848	43 × 32	21 × 16	10 × 8
5,6 MP	2720 × 2040	4:3	5 548 800	46 × 34	23 × 17	11 × 8
6,1 MP	2848 × 2136	4:3	6 083 328	48 × 36	24 × 18	12 × 9
6,3 MP	2880 × 2160	4:3	6 220 800	48 × 36	24 × 18	12 × 9
7,1 MP	3072 × 2304	4:3	7 077 888	52 × 39	26 × 19	13 × 9
8 MP	3264 × 2448	4:3	7 990 272	55 × 41	27 × 20	13 × 10
9 MP	3488 × 2616	4:3	9 124 608	59 × 44	29 × 22	14 × 11
10 MP	3648 x 2736	4:3	9 980 928	62 × 46	31 × 23	15 × 12
12 MP	4048 × 3040	4:3	12 305 920	68 × 51	34 × 25	17 × 12
22 MP	5344 × 4008	4:3	21 418 752	90 × 67	45 × 34	23 × 17
0,9 MP	1134 × 756	3:2	857 304	19 × 12	9 × 6	4 × 3
1,4 MP	1440 × 960	3:2	1 382 400	24 × 16	12 × 8	6 × 4
1,5 MP	1504 × 1000	3:2	1 504 000	25 × 16	12 × 8	6 × 4
1,6 MP	1536 × 1024	3:2	1 572 864	26 × 17	13 × 8	6 × 4
2 MP	1752 × 1168	3:2	2 046 336	29 × 19	14 × 9	7 × 4
2,8 MP	2032 × 1352	3:2	2 747 264	34 × 22	17 × 11	8 × 5
2,8 MP	2048 × 1360	3:2	2 785 280	34 × 23	17 × 11	8 × 5
3,3 MP	2240 × 1448	3:2	3 243 520	37 × 24	18 × 12	9 × 6
3,5 MP	2268 × 1512	3:2	3 429 216	38 × 25	19 × 12	9 × 6
3,5 MP	2304 × 1536	3:2	3 538 944	39 × 26	19 × 13	9 × 6
3,8 MP	2400 × 1600	3:2	3 840 000	40 × 27	20 × 13	10 × 6
4,3 MP	2544 × 1696	3:2	4 314 624	43 × 28	21 × 14	10 × 7
4,5 MP	2592 × 1728	3:2	4 478 976	43 × 29	21 × 14	10 × 7
6 MP	3008 × 2000	3:2	6 016 000	50 × 33	25 × 16	12 × 8
6 MP	3008 × 2008	3:2	6 040 064	50 × 34	25 × 17	12 × 8
6,1 MP	3024 × 2016	3:2	6 096 384	51 × 34	25 × 17	12 × 8
6,3 MP	3072 × 2048	3:2	6 291 456	52 × 34	26 × 17	13 × 8
6,5 MP	3104 × 2072	3:2	6 431 488	52 × 35	26 × 17	13 × 8
7,1 MP	3264 × 2176	3:2	7 102 464	55 × 36	27 × 18	13 × 9
8,2 MP	3504 × 2336	3:2	8 185 344	59 × 39	29 × 19	14 × 9
10 MP	3888 × 2592	3:2	10 077 696	65 × 44	32 × 22	16 × 11
12 MP	4256 × 2848	3:2	12 121 088	72 × 48	36 × 24	18 × 12
12,8 MP	4368 × 2912	3:2	12 719 616	74 × 49	37 × 24	18 × 12
14 MP	4536 × 3024	3:2	13 716 864	76 × 51	38 × 25	19 × 12
16,7 MP	4992 × 3328	3:2	16 613 376	84 × 56	42 × 28	21 × 14
8,6 MP	3840 × 2160	16:9	8 294 400	65 × 37	32 × 18	16 × 9
10 MP	4224 × 2376	16:9	10 036 224	72 × 40	36 × 20	18 × 12
85 MP	9216 × 9216	1:1	84 934 656	156 × 156	78 × 78	39 × 39

Siehe auch

• Digitalkamera
• Videokamera
• Vollformatsensor

Weblinks

 Commons: Kamerasensoren – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Sensortechnik