Digitalkamera

23.3.2010 – Sven Schwab

Agenda

• Geschichte– ISO, SVC, Brennweite

• Aufbau– Sensor, Objektiv, Speicher

• Funktionen– Gesichtserkennung, Weißabgleich, Auto-Fokus, Rote-Augen

• Datenblatt– Auf was muss ich schauen?

• Quellen

Geschichte

• 1981 – MAVICA von Sony– Übergang von Analog zu Digitalfotografie – Speicherung auf Magnetscheiben– „Still Video Camera“– CCD-Sensor

• ISO 200

• 0,27 MegaPixel

– Objektive• 25mm Festbrennweite

• 50mm Festbrennweite

Still Video Camera• Einzelbilder werden im PAL/NTSC-Format gespeichert• Speichermedium ist eine Magnetscheibe• Drehen der Scheibe erzeugt Videostream

– PAL = 50 Umdrehungen/Minute– NTSC = 60 Umdrehungen/Minute

ISOInternational Standard Organisation

• Lichtempfindlichkeit des Bildwandlers • Je kleiner der Wert desto mehr Licht wird benötigt • Hohe ISO-Werte durch Signalverstärkung

– Kann zu Bildrauschen führen

• 1984 – RC701 von Canon– Farbig – Transmitter für Datenübertragung– CCD-Sensor

• ISO 200

• 0,19 MegaPixel

– Objektive• 11-66mm Zoomobjektiv

• 6mm Festbrennweite

Brennweite

• Abstand zwischen Objektiv und Sensor in mm

• Festbrennweite: Voreingestellter Abstand– Kostengünstigere Produktion– Einfache Entwicklung

• Zoom-Objektive: variabel einstellbarer Abstand– Zoomen während des Betriebs– Maximale Brennweite abhängig von der Objektivgröße

17mm

50mm

• 1985 – Nikon SVC von Nikon– CCD-Sensor wie RC701 jedoch mit 0,3 MP

• 1987 – RC760 von Canon– Kamera mit 0,6 MP

• 1988 – QV-1000C von Nikon– Kamera mit 0,38 MP S/W– ISO: 400, 800 & 1600– Nur im Set (+Transmitter, +Objektive)

für 10.000 € kaufbar

• 1990 – DCS-100 von Kodak– Erste wirklich digitale Kamera

• Machte sich JPEG zu nutze

– Komplette Elektronik war in einer 5kg schwere Tasche• S/W Monitor• Festplatte (200 MByte)• Akku

– CCD-Sensor schaffte 1,3 MP – ab 1991 für 25.000€ zu kaufen

• 1992 – Fotoman von Logitech– Dockingstation

• Akku laden• Verbindung mit PC (RS232C)

– Eingebauter DRAM mit 4 MByte für 32 Bilder– Firmwareupdates waren möglich– CCD-Sensor schaffte nur 0,1 MP– Preis lag bei 860 €

• 1994 – Fotoman Plus mit Farbe und 1,8 MP

• 1996 – DKC-ID1 von Sony– LCD-Sucher/Betrachter (0,11 MP)– leistungsfähigen LithiumAkku – 12fach optischen Zoom (f-5.4mm - 64.8mm)– Steckplatz für Speicherkarten (PCMCIA &

CompactFlash)– CCD-Sensor schaffte nur 0,45 MP

• 1998 – CoolPix-900 von Nikon– Schwenkbares Gehäuse (Objektiv)– 3fach Zoom– CompactFlash-Wechselspeicher– 1,3 MP

• 2000 – PowerShot S20 von Canon– 3,34 MP

• 2003 – DSC-V1 von Sony– Videofunktion– USB-Schnittstelle– 5 MP

Aufbau

Objektiv• Besteht aus mehreren Linsen• Linsen sind konvex oder konkave • Brennweite

– Abstand zwischen Objektiv und Sensor• Weitwinkel- oder Telefunktion

– Tele ab ca. 50mm• F = Formfaktor

– Faktor von Sensorgröße zum Kleinbildfilmformat• 1:XX = Blendenzahl

– Je größer der Wert desto kleiner die Iris• Motorgesteuert

Sensor• CCD oder CMOS-Technologie

• Lichtstrahlen (Photonen) treffen auf Siliziumkristall und erzeugen elektrische Ladung

CCD (Charged Coupled Devices)

• Matrix von Fotodioden zeilenweise verbunden• Ladung wird spaltenweise verschoben• Werte kommen am Auswerteverstärker an und werden erfasst• 4 Ausleseverfahren/Bauformen

– Interline-Transfer-Sensor

CCD und Farbe • 3-CCD‘s

– jeder CCD hat eine Grundfarbe

– Keine Farbinterpolation nötig

• 1-CCD‘s– Jeder Pixel hat alle 3

Grundfarben– Bayer-Mosaik

• Moiré-Effekt– Überlappung von Raster durch neue Linien

CCD und typische Fehler

• Blooming– Elektronen fließen in benachbarte Felder

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

• Jeder Pixel wird einzeln adressiert und angesteuert • Jeder Pixel ist eine Fotodiode und Ausleseblock • Jeder Pixel übernimmt

– das Auslesen der Spannung– den Transport der Signale– Messaufgaben sowie – Bildverarbeitung – und Ausgabe des Bildes

• Nachteil:– Transistoren nehmen 70 % Platz weg

• Linsen erhöhen Lichtausbeute

– Erheblicher Rechenaufwand

CMOS und Farbe

• Bayer-Mosaik

• Foveon - X3 - Bildwandler– Pixel hat 3 Schichten mit den RGB-Farben

Speicher• Smart Media Card (SM)

• xD-Picture Card (xD)

• Multimediacard (MMC)

• Memory Stick (MS) -PRO-HG Duo

• Compact Flash (CF)

• Secure Digital Memory Card (SD)

Smart Media Card (SM)• Speicher bis zu 128 MB• Lesegeschwindigkeit bis zu 8,3 MB/s• Schreibgeschwindigkeit bis zu 2 MB/s

xD-Picture Card (xD) • Speicher bis zu 4 GB• Lesegeschwindigkeit bis zu 7 MB/s• Schreibgeschwindigkeit bis zu 3 MB/s

Multimediacard (MMC)• Speicher bis zu 8 GB• Lesegeschwindigkeit bis zu 10 MB/s• Schreibgeschwindigkeit bis zu 9 MB/s

Memory Stick (MS) PRO-HG Duo • Speicher bis zu 32 GB• Lesegeschwindigkeit bis zu 37 MB/s• Schreibgeschwindigkeit bis zu 30 MB/s

Compact Flash (CF )• Speicher bis zu 64 GB• Lesegeschwindigkeit bis zu 90 MB/s• Schreibgeschwindigkeit bis zu 80 MB/s

Secure Digital Memory Card (SD) SD

• Speicher bis zu 8 MB bis 4 GB• Lesegeschwindigkeit bis zu 20 MB/s• Schreibgeschwindigkeit bis zu 15 MB/s

SDHC• Speicher bis zu 4 GB bis 32 GB• Lese/Schreib-Geschwindigkeit:

Klassenabhängig: Klasse 2 = >2MB/sKlasse 4 = >4MB/sKlasse 6 = >6MB/s

SDXC• Speicher bis zu 32 GB bis 2 TB• Lese/Schreib-Geschwindigkeit:

bis zu 104 MB/s (in Planung 300 MB/s)- Heutiger Standart: 50 MB/s

Weitere Bautelemente

• Akku• Sucher

– LCD-Display mit bis zu 1 MP

• Auslöser• Rechenwerk• Diverse Knöpfe zur Steuerung • Blitz• USB-Anschluss

Funktionen• Gesichtserkennung

– Beruht auf Mathematik• Suche nach ovalen Formen mit Farbe (Gesicht)• Weitere Ovale und statistisch vergleichbarer Abstand (Augen)

• Weißabgleich– Tageszeit + künstliche Lichtquellen ändert Farbtemperatur

• Kamera vergleicht Weißanteil mit vorgegebenem Weiß

• Autofokus– Durch Kontrastmessung

• Kamera testet Entfernungen ab bis Kontrast maximal ist

• Rote-Augen-Korrektur– Vorblitz

• Pupille zieht sich zusammen und reflektiert weniger Licht

Datenblatt• Effektivpixel: 8,1 MP• Sensor: 1/2.5-inch CCD-Chip (8.290.000 Pixel)• Aufzeichnungssystem:

– Foto: JPEG, DPOF- und DCF 1.0 Format – Movie: H.264/AVC, MOV-Format– Audio: WAV format (mono) – Aufnahmeformat (16:9, 4:3)– Aufzeichnungsmedium:

• 12,4 MB interner Speicher• Speicherkartenslot für SD-/SDHC und MMC-/MMC-plus

• Objektiv: F3.1 (W) - 5.9 (T), f = 6,3 (W) - 18,9 mm (T)• Zoom: 3fach optischer Zoom, 4fach digitaler Zoom, 12fach total • Verschlusszeiten: 1/2 - 1/2000 Sek.• Empfindlichkeit: ISO 64 / 100 / 200 / 400 / 800 / 1.600, automatisch• Funktionen: Weißabgleich, Makro (Nahaufnahme), Video• Ein-/Ausgänge: USB-/AV-Anschluß (PAL/NTSC)

Fragen?

Quellen• http://de.wikipedia.org/wiki/PAL• http://de.wikipedia.org/wiki/Zeilensprungverfahren• http://de.wikipedia.org/wiki/Halbbild• http://www.digicamhistory.com/• http://de.wikipedia.org/wiki/Brennweite• http://de.wikipedia.org/wiki/Moir%C3%A9-Effekt• http://de.wikipedia.org/wiki/Interpolation_%28Fotografie%29• http://www.elmar-baumann.de/fotografie/lexikon/index-f.html• http://de.wikipedia.org/wiki/SmartMedia• http://de.wikipedia.org/wiki/Multimedia_Card• http://de.wikipedia.org/wiki/CompactFlash• http://de.wikipedia.org/wiki/SD_Memory_Card• http://de.wikipedia.org/wiki/XD-Picture_Card• http://de.wikipedia.org/wiki/Memory_Stick• http://de.wikipedia.org/wiki/Blooming• http://de.wikipedia.org/wiki/Bildrauschen• http://apphotnum.free.fr/images/svc.jpg• http://www.hjreggel.net/cardspeed/index_de.html