Mit lokal unterschiedlicher Belichtung

Canon entwickelt 1"-CMOS-Bildsensor mit 24 Blendenstufen Dynamikumfang

Canon 1"-CMOS-Sensor mit 148 dB Dynamikumfang. [Foto: Canon]

Der Sensor baut auf einer eigens entwickelten Architektur auf. Er besitzt zwei unabhängige Schichten, eine mit den Fotodioden und eine mit CPUs. Das ermöglicht die Einteilung in 736 Belichtungszonen, wodurch mit einem Bild ein Dynamikumfang eingefangen werden kann, für den sonst mehrere einzelne Belichtungen erforderlich sind, was vor allem bei bewegten Motiven zu Problemen führt.

Grundsätzlich ist die Idee nicht neu, so besaß etwa der SuperCCD-Sensor von Fujifilm aus dem Jahr 2003 zwei unterschiedliche große Pixel, um den Dynamikumfang zu erhöhen. Beim letzten SuperCCD-Sensor aus dem Jahr 2008 kamen zwar identisch große Pixel zum Einsatz, jedoch konnte jeder zweite Pixel kürzer belichtet werden, um ebenfalls einen höheren Dynamikumfang zu ermöglichen. Durchgesetzt hat sich diese Technologie aber nie, heutige CMOS-Sensoren bieten dank ausgefeilter Technik mehr Dynamikumfang als die damaligen SuperCCDs.

Beim automatischen HDR-Bild des Canon 1"-CMOS-Sensors mit 148 dB Dynamikumfang sind Tiefen und Lichter gleichzeitig korrekt belichtet. [Foto: Canon]

Ein konventioneller Bildsensor würde bei einer korrekten Belichtung des Fahrzeuginsassens das Nummernschild überbelichten, es wäre nicht mehr lesbar. [Foto: Canon]

Bei einer korrekten Belichtung des Nummernschilds wäre bei einem konventionellen Bildsensor der Fahrzeuginsasse nicht mehr erkennbar. [Foto: Canon]

Entwickelt wurde der neue CMOS-Sensor jedoch nicht für Fotoanwendungen, sondern für Überwachungskameras. Dort gilt es oft, einen hohen Dynamikumfang zu bewältigen, beispielsweise um gleichzeitig das Nummernschild eines Fahrzeugs und den im dunklen Innenraum sitzenden Fahrer erkennen zu können.

Der Sensor soll bis zu 148 Dezibel Dynamikumfang verarbeiten können beziehungsweise von 0,1 Lux bis 2,7 Millionen Lux. Das entspricht etwas mehr als 24 Blendenstufen Dynamikumfang. Der steht bei 4K-Videoaufnahmen mit 30 Bildern pro Sekunde zur Verfügung. Bei 60 Bildern pro Sekunde sind es immerhin noch 142 Dezibel Dynamikumfang.

Ein konventioneller Bildsensor benötigt vier unterschiedliche Belichtungen, aus denen ein externer Prozessor eine HDR-Belichtung berechnen muss. Der 1"-CMOS-Sensor mit 148 dB Dynamikumfang von Canon erledigt das mit einer einzigen Belichtung. [Foto: Canon]

Dabei entscheidet der Sensor automatisch, wie die 736 Belichtungszonen angesteuert werden, das heißt, es wird keine externe Rechenkapazität dafür benötigt, was die Architektur der Kamera vereinfacht. Bei identischer Datenmenge würde ein konventioneller Sensor vier Belichtungen mit je einem Viertel Auflösung benötigen, könnte also nur 2K-Videos statt 4K-Videos bei gleicher Rechenleistung verarbeiten.

Ob diese Technologie auch in Sensoren für Foto- und Videokameras Einzug erhalten wird, steht noch in den Sternen. Schon oft haben Canon und andere Hersteller Sensoren und Technologien entwickelt, die letztlich gar nicht oder nur bei sehr speziellen Anwendungen zum Einsatz kamen. Bei normalen Foto- und Videoaufnahmen benötigt man wohl eher selten einen derart hohen Dynamikumfang, zumal dann "nur" 736 Zonen vor allem in den Übergängen zu Qualitätsproblemen führen könnten. Die spielen bei Überwachungskameras keine Rolle, denn da geht es nicht um die Qualität im Detail im Sinne von Ästhetik, sondern in erster Linie um die Erkennbarkeit von wichtigen Details.