Elektronen statt Filmrolle - wissenschaft.de
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Elektronen statt Filmrolle

In ihrem prinzipiellen Aufbau unterscheidet sich eine Digitalkamera nicht von einer analogen. Das Bild wird erzeugt, indem Licht, das durch eine für einen Sekundenbruchteil geöffnete Blende in die Kamera fällt, durch das Objektiv – ein System von Linsen – auf ein Aufnahmemedium projiziert wird. Bei einer herkömmlichen Kamera ist das der Film, auf dem in einer dünnen Schicht aus Silberhalogenid eine chemische Reaktion ausgelöst wird. Bei einer Digicam fällt das Licht dagegen auf einen Siliziumchip, der mit Millionen lichtempfindlicher Sensoren bestückt ist. Jeder Sensor ist für einen Bildpunkt der Aufnahme, ein so genanntes Pixel („picture element“), zuständig. In den Sensoren löst das auftreffende Licht Elektronen aus dem Material heraus, die sich sammeln. Je heller ein Pixel beleuchtet wird, desto mehr elektrische Ladung wird frei. Die Elektronik der Kamera liest für jedes Pixel die Menge der elektrischen Ladung als Spannungssignal aus und rechnet dieses in einen digitalen Helligkeitswert um.

Da die Sensoren des Chips nur Helligkeiten erfassen können, sind sie farbenblind. Sie liefern ein reines Schwarzweiß-Bild. Um dennoch Farbbilder mit einer Digitalkamera zu produzieren, ist ein Trick nötig: Vor jedem Sensor wird ein Farbfilter angebracht, der dafür sorgt, dass an diesem Bildpunkt nur entweder rotes, grünes oder blaues Licht erfasst wird. Um für jedes Pixel eine vollständige Farbinformation aus diesen drei Grundfarben zu erzeugen, müssen jeweils die Nachbarpixel hinzugezogen werden. Eine Software in der Kamera schätzt zum Beispiel aus den umgebenden grünen und blauen Bildpunkten, welche Anteile dieser beiden Farben für ein Pixel mit rotem Farbfilter zu erwarten sind. Durch diese „Farbinterpolation“ werden für jedes Pixel Mittelwerte der anderen beiden Farben errechnet. Ein weiterer Kniff sorgt für farblich realistische Aufnahmen: Da das Auge im grünen Spektralbereich besonders empfindlich ist, besitzt der Chip doppelt so viele für Grün wie für Rot oder Blau empfindliche Sensoren.

Ralf Butscher

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