Was der Film bei der Analogkamera, ist der Sensor bei der Digitalkamera, er wandelt das durch die Blende und den geöffneten Verschluss einfallende Licht so um, dass es gespeichert werden kann.
Diese Umwandlung funktioniert folgendermaßen. Die Photonen des Lichts treffen auf ein Raster (Matrix) aus lichtempfindlichen Zellen. Man nennt diese Zellen auch Pixel.

Eine Reihe Pixel
Jeder Pixel kann auf Grund des inneren photoelektrischen Effekts die Menge des auftreffenden Lichts ermitteln. Durch das Licht werden in Ladungen erzeugt, deren Quantität proportional zur aufgetroffenen Lichtmenge ist. Aufgrund ihrer Eigenschaft, Ladungen sammeln zu können, nennt man die Pixel auch Ladungssenken.
Diese Ladungen werden anschließend zu einem Verstärker transportiert, verstärkt und digitalisiert.
Die Dichte dieses Raster bestimmt die physikalische Auflösung des Sensors. Bei einem 6M-Pixel APS-C Sensor sitzt alle 8 µm ein Pixel.
Eine Reihe Pixel ist im nebenstehenden Bild zu sehen. Trifft viel Licht auf einen Pixel, enthält dieser mehr Ladung, als eine auf die wenig Licht trifft. Nach der Belichtung werden die Ladungen ausgelesen und weiter verarbeitet.
Das digitale Signal wird dann von einem Prozessor zu einem Bild zusammengesetzt und auf dem Speichermedium abgelegt.

Bayer-Sensor
Dabei kommt aber nur ein SW-Bild heraus, da nur Helligkeiten aufgenommen werden. Damit ein farbiges Bild entsteht, muss man mit verschieden farbigen Filtern arbeiten. So ist vor jede Zelle ein Filter angebracht, der nur Licht einer Farbe hindurch lässt. Deshalb gibt es Pixel, die nur für rotes, grünes oder blaues Licht empfindlich sind. Diese roten, grünen und blauen Pixel kann man auf verschiedenste Weisen auf dem Sensor anordnen. Eine Möglichkeit wird in nebenstehendem Bild gezeigt: der Bayer-Sensor. Hier kommt Grün doppelt so oft vor wie Blau und Rot. Dies liegt daran, dass das menschliche Auge auf Grün am empfindlichsten reagiert.
Dieser Farbchip arbeitet dann genauso wie der schwarz-weiße, nur dass dabei jede digitale Informationseinheit die Helligkeit einer Farbe enthält.
Dieses Signal kann da bei einigen Kameratypen direkt gespeichert werden. Man nennt dieses Format dann RAW-Format, weil es die Rohdaten vom Speicherchip enthält.
Damit daraus ein Bild entsteht, werden die Daten dann noch verarbeitet. Ein Bild das aus so einem Chip entsteht, dürfte eigentlich nur einen Bruchteil der Pixel haben, wie der Chip Zellen hat, da ja jeder Sensorpixel nur eine der drei Grundfarben sehen kann. Im endgültigen Bild setzt sich aber ein Pixel aus den Helligkeiten aller drei Grundfarben zusammen.
Damit aber ein aus einem 6-Megapixel-Sensor auch ein 6-Megapixel-Bild (z.B. jpeg) wird, werden die RAW-Daten durch Interpolation entsprechen aufbereitet. Das ganze geschieht mit herstellerspezifischen Algorithmen.
Dieses Bild wird dann im eingestellten Bildformat auf dem Speichermedium gespeichert.
Die Größe der Sensoren hängt vom Hersteller und der Preisklasse der Kamera ab. Wobei hier der Trend, wie bei allem anderen elektronischen Bauteilen auch, zu immer kleineren Sensoren mit immer höheren Auflösung geht. Dieses hat Vor- und Nachteile.
Vorteile sind:
Nachteile:
Eigentlich sind digitale Bildsensoren fast immer kleiner als ein Kleinbildnegativ. Es gibt nur wenige Kameras mit einem so genannten Vollformatsensor. Die meisten digitalen Spiegelreflexkameras verwenden einen Sensor im Format ASP-C (23,7 mm x 15,7 mm).

Crop-Faktor
Vergleicht man die Bilddiagonale beider Formate, so sind diese um den Faktor 1,6 verschieden.
Der digitale Sensor ist kleiner als das Kleinbildnegativ und kann deswegen nur einen kleineren Ausschnitt aufzeichnen.
Wenn der gleiche Ausschnitt fotografiert werden soll, dann muss ein Objektiv mit einem größeren Formatwinkel und damit einer kürzeren Brennweite verwendet werden. Deswegen werden an Digitalkameras kleinere Objektive mit kürzerer Brennweite benötigt, um den gleichen Bildinhalt wie eine Kleinbildkamera zu haben.
Der Faktor zwischen beiden Brennweiten ist genauso groß, wie der Faktor zwischen beiden Diagonalen und wird als Crop-Faktor oder Formatfaktor bezeichnet.
Falsch ist es, wenn man von einer (virtuellen) einer Brennweitenverlängerung spricht, denn es handelt sich eigentlich um eine Formatwinkelverkleinerung.
Bedingt durch den Sensor und dessen Eigenschaften gibt es typische Unterschiede zwischen Digital- und Kleinbildkameras.
Durch die kleinere fotoaktive Fläche des Sensors können/ müssen kleinere Brennweiten verwendet werden. Auch alle anderen optischen Maße nehmen ab. Diese Verkleinerung hat den Vorteil hat, dass man Digitalkameras relativ kompakt bauen kann. Waren im Kleinbildformat die Minox 35 und die Olympus XA die kleinsten Kameras, kann man im Zeitalter der digitalen Fotografie Kameras bauen, welche unwesentlich größer sind als ein Stapel Kreditkarten.

Minox 35
Eine weitere Eigenschaft der digitalen (Kompakt-) Kamera ist, dass das Bildsensor nicht nur während der Aufnahme, sonder auch davor schon Bilder erzeugen und die Kamera diese auf dem Display darstellen kann. Diese Bilder entsprechen dann genau dem, was beim Auslösen gespeichert wird, also ohne Parallaxenfehler. Das ermöglicht Ansichten wie bei einer Spiegelreflexkamera, ohne dass jedoch ein Spiegel benötigt wird. Wobei das Bild auf dam Display, bedingt durch die Auflösung des selbigen, weniger detailliert ist, als das auf der Mattscheibe einer Spiegelreflexkamera. Wenn der Monitor nun schwenkbar ist, kann man mit so einer Kamera aus verschiedensten Positionen (z.B. über Kopf) kontrollierte Fotos schießen. Es lassen sich auch ein Live-Histogramm, Bildschirmlupe, Belichtungsvorschau, Weißabgleichvorschau usw. realisieren.
Der Sensor übernimmt in den meisten digitalen Kompaktkameras auch noch weitere Aufgaben: die Belichtungsmessung und das Fokussieren. Dadurch sind die unterschiedlichsten Messcharakteristiken beim Belichtungsmessen und eine frei Messpunktwahl beim Fokussieren möglich. Der Nachteil ist aber, dass ein Sensor alles machen muss und nicht speziell für die eine oder andere Aufgabe ausgelegt werden kann. Dadurch kann es zu Verzögerungen kommen, welche sich unter anderem in einer etwas längeren Auslöseverzögerung äußern.
In heutigen Kameras werden zwei Sorten von Bildsensoren verbaut:
| Bezeichnung | Elektronisches Prinzip | Bauteilname |
| CCD | MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) | CCD (Charge Coupled Device) |
| CMOS | CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) | APS (Active Pixel Sensor) |
Beide Sensortypen Wandeln das einfallende Licht in Ladungen um. Was nun mit den Ladungen geschieht, hängt vom Sensor ab.
CCD ist die Abkürzung für charge coupled device und heißt auf Deutsch ladungsgekoppeltes Bauelement. Dies deutet auch auf die Art hin, mit der die Ladungen der einzelnen Pixel ausgelesen werden.
Für das Auslesen gibt es mehrere Möglichkeiten:
Alle Chiptypen haben aber gemeinsam, dass die Ladungen verschoben werden müssen, um sie dann Pixelweise auszulesen, verstärken und zu digitalisieren.
Folgendes Bild zeigt den Ausleseablauf eines Full-Frame-CCD.

Der APS (Activ Pixel Sensor), oder auch CMOS-Sensor genannt, ist ein Verwandter des CCD-Sensors. Nur sitzt bei diesem Chip nicht ein Ladungsverstärker am Ausgang des Chips, sondern jeder Pixel hat seinen eigenen Verstärker. Deswegen nennt man ich auch APS. Neben der lichtempfindlichen Zelle müssen noch bis zu 6 Transistoren pro Pixel auf dem Sensor untergebracht werden, dies bedeutet, dass die Information jedes einzelnen Pixels direkt digitalisiert werden kann und nicht erst als Ladung verschoben werden muss. Dadurch ist es möglich, dass schon wieder belichtet wird, während die vorherigen Bilddaten noch ausgelesen werden, mehrere Pixel zusammen ausgelesen werden und nur Teile des Sensors verwendet werden.
Vorteile der AP-Sensoren:
Nachteile:
Bei Fotosensoren können drei typische Bildfehler auftreten:
Rauschen ist eines der typischen Probleme elektronischer Bauteile und Geräten, es tritt immer auf. Damit es sich nicht störend auswirken kann, muss man entweder dafür sorgen, dass das Nutzsignal eine um vielfach höhere Amplitude aufweist, wie das Rauschsignal oder man muss das Rauschen mit geeigneten Mitteln aus dem Signal herausfiltern.
Bei Fotosensoren treten zwei Arten von Rauschen auf: fixed pattern noise und thermisches Rauschen.
Das fixed pattern noise wird durch die Streuung der Empfindlichkeiten der einzelnen Pixel auf dem Sensor verursacht. Sprich die einzelnen Pixel auf der Sensorfläche erzeugen bei gleichem Lichteinfall ein leicht unterschiedliches Signal. Dadurch entsteht ein Muster, welches typisch für jeden einzelnen Sensor ist. Daher kann es leicht kameraintern aus dem Bild gerechnet werden. Dazu ist eine so genannte Weißkalibrierung nötig.
Beim thermischen Rauschen handelt es sich tatsächlich um ein zufälliges Signal. Ursache dafür ist, dass in den einzelnen Pixel nicht nur durch Lichteinfall Ladungen verschoben werden, sondern auch durch Wärme. Deswegen spricht man von thermischem Rauschen. Dieses tritt vermehrt auf, wenn umso wärmer der Chip in der Kamera wird.
Man spricht dabei auch vom Dunkelstrom. Dieser ist proportional zur Wärme des Sensors. Dabei ist aber nicht jeder Pixel gleich anfällig für diesen Dunkelstrom. Ursachen dafür sind ganz normale Verunreinigungen im Silizium und Toleranzen bei der Fertigung.
Außerdem rauschen auch alle weiteren elektronischen Bauteile der Kamera und tragen ihren Anteil zum Gesamtrauschen bei.
Sichtbar wird Rauschen aber erst, wenn der Signal-Rauschabstand gering wird, d.h. solange genügend Nutzsignal vorhanden ist, wird das Rauschsignal nicht wahr genommen.
Wenn aber zuwenig Nutzsignal vorliegt (z.B. bei Nachtaufnahmen) und entweder lange belichtet oder mit einer hohen Verstärkung (Empfindlichkeit) fotografiert wird, kann das Rauschen im Bild sichtbar werden.
Bildrauschen tritt vor allem bei kleinen Sensoren mit hoher Pixelanzahl auf, denn bei diesen sind die Pixel sehr klein (ca. 4 µm Mittenabstand). Kameras mit großen Sensoren (ca. 8 µm) neigen weniger zu Bildrauschen, da größere Pixel mehr Licht abbekommen und deswegen mehr Signal erzeugen, was weniger stark verstärkt werden muss. Siehe auch: Fotografieren - digitale Bildfehler - Rauschen und Nachbearbeitung - digitale Bildfehler - Rauschen.
Hotpixel sind eine extreme Erscheinungsform des thermischen Rauschens. Auch sie treten vornehmlich bei warmen Chip, langer Belichtungszeit und hoher Verstärkung auf. Sie sind vornehmlich in sehr dunklen Bildregionen sichtbar und werden von Pixeln erzeugt, welche besonders empfindlich auf Wärme reagieren. Siehe auch: 4.8.2 Hotpixel und 7.10.1 Hotpixel.
Man erkennt sie als weiße oder buntes Sprenkelmuster im Bild, welches auch für einen Sternenhimmel gehalten werden kann.
Blooming tritt auf, wenn ein Pixel viel mehr Licht abbekommt, als er eigentlich in der Lage ist, in Ladung umzuwandeln. Dann passiert es, dass er "überläuft" und seine Ladung an benachbarte Pixel abgibt. Dies kann sich dann auf weitere Pixel in der Nähe vorsetzten und zu großen, überbelichteten Stellen im Bild führen.
nach obenSpeichermedien gibt es viele und ständig werden es mehr. Scheinbar versucht jeder Hersteller einen eigen Standard auf den Markt zubringen. Die Karten werden immer kleiner und bekommen neue Funktionen, wie Schreibschutz oder Rechteverwaltung aufgedrückt. Aber im Endeffekt ist nur eins wichtig: möglichst viele Bilder sicher speichern zu können.
Beim Kauf sollte man nur darauf achten, dass man ein Speichermedium von einem Markenhersteller nimmt. Billigangeboten sagt man nach, dass sie schneller kaputt gehen und wer möchte schon 1 GB an Bildern vom teueren Traumurlaub verlieren, nur weil der Speicherchip vorzeitig den Geist aufgibt?
Gedanken über die Zukunftsfähigkeit braucht man sich auch wenig machen, denn in zwei Jahren kostet der doppelte Speicher nur die Hälfte oder noch weniger. Vor sechs Jahren habe ich mich noch über die 16 MB Smart-Media-Karte gefreut, immerhin passten da 16 statt 8 Bilder in voller Auflösung drauf. Heute sind 1 GB Standard. Trotzdem möchte ich ein paar gerade aktuelle Speichermedien aufführen. Preise gebe ich nur an, um das Verhältnis zu zeigen. Die aktuellen Preise erfragt man am besten im Netz oder beim Fachhändler seines Vertrauens. Außerdem möchte ich darauf hinweisen, dass die nun folgende Information nur zu dem Zeitpunkt aktuell war, an dem ich sie aufgeschrieben habe.
Alle Speichermedien haben eines gemeinsam, sie besitzen einen Flashspeicher. Flashspeicher haben folgende Eigenschaften:
Nun zu den unterschiedlichen Karten:
Diese Art von Speicherkarte besitzt einen ATA-kompatiblen Kontroller, was heißt, dass sie vom Rechner wie eine Festplatte angesprochen werden kann. Die Karten selbst sind vergleichweiße groß und schwer, was aber nur bei Ultrakompaktkameras, kleinen MP3-Playern oder Handys zu Platzproblemen führen kann. Bei einer normalen Kamera fallen die Größe und das Gewicht nicht weiter auf. Beides hat sogar den Vorteil, dass die Karte an sich nicht so leicht verloren geht, wie ihre kleineren Kollegen. Außerdem macht sie durch ihr teilweiße aus Metall bestehendes Gehäuse und den versteckten Kontakten einen recht robusten Eindruck. Durch Ihre Größe hat sie auch den Vorteil, dass große Speicherkapazitäten ohne hohen technischen Aufwand möglich sind. So gibt es inzwischen CF-Karten bis 8 GB.
| Maße: | 36,4 mm x 42,8 mm x 3,3 mm (Typ I) |
| Maximal Größe im Moment: | 8 GB |
| Kosten für 1 GB: | 26 EUR |
| Kontroller: | ja |
| Verbreitung: | Canon, Fujifilm, Kodak, Konika-Minolta, Nikon, Olympus, Samsung, Sony |
SM ist eines der ältesten Formate und von der Entwicklung schon überholt. Die Karten enthalten keinen eigenen Controller und sind somit auf den der Kamera angewiesen. Ist der aber nur für z.B. 32 MB Karten ausgelegt, kann er mit neuen 128 MB Karten nichts anfangen. Außerdem ist die dünne Karte mit Ihren großen Kontakten anfällig für mechanische Beschädigungen. Das die Zeit für SM abgelaufen ist hat auch der ehemals größte SM-Kartenhersteller Olympus erkannt und Ihre Weiterentwicklung bei 128 MB eingestellt.
| Maße: | 45 mm x 37 mm x 0,76 mm |
| Maximal Größe im Moment: | 128 MB |
| Kosten für 1 GB: | - |
| Kontroller: | nein |
| Verbreitung: | veraltet |
Die xD-Card ist die Weiterentwicklung der SM-Karte in einem anderen Gehäuse. Sie wurde von Fujifilm und Olympus entwickelt. Im Moment die geometrisch kleinste Speicherkarte mit einer geplanten Kapazität von bis zu 8 GB.
| Maße: | 20 mm x 25 mm x 1,7 m |
| Maximal Größe im Moment: | 2 GB |
| Kosten für 1 GB: | 36 EUR |
| Kontroller: | nein |
| Verbreitung: | Fujifilm, Olympus |
Die MMC oder auch MultiMediaCard war wohl zu ihrer Markteinführung die kleinste Speicherkarte, deswegen wurde sie auch gerne in kleinen portablen Geräten und Handys verbaut. Seit Einführung der SD-Card schwindet ihr Marktanteil aber.
| Maße: | 24 mm x 32 mm x 1,4 mm |
| Maximal Größe im Moment: | 2 GB |
| Kosten für 1 GB: | 34 EUR |
| Kontroller: | ja |
| Verbreitung: | siehe SD |
SD steht für Secure Digital und ist eine Weiterentwicklung der MultiMediaCard. Geräte, die diese Karten ansprechen können, verstehen sich auch mit MMCs. Sie verfügt über einen mechanischen Schreibschutzschieber und einen kleinen Speicherbereich, der nur über eine verschlüsselte Verbindung weitergegeben wird. Daher auch der Name.
Die SD-Karte ist die im Moment am weitesten verbreitete und günstigste Karte auf dem Markt.
Für Mobiltelefone usw. gibt es noch die kleineren Versionen miniSD und microSD.
| Maße: | 34 mm x 32 mm x 2,1 mm |
| Maximal Größe im Moment: | 8 GB |
| Kosten für 1 GB: | 22 EUR |
| Kontroller: | ja |
| Verbreitung: | Canon, Casio, Epson, Fujifilm (zukünftig), HP, Kodak, Leica, Nikon, Panasonic, Pentax, Ricoh, Samsung und viele der günstigen Modelle |
Davon gibt es unterschiedliche Varianten: als normaler Speicherchip, Speicherchip mit Rechteverwaltung, für die Hausroboter oder die Playstation. Leider sind diese Speicher auf einer Größe von 128MB beschränkt und auch die Datenübertragungsrate ist relativ niedrig.
Deswegen hat Sony den Memory Stick Pro entwickelt, der mehr Speicher verträgt und auch noch schneller ist. Dafür passt der auch nicht mehr alte Geräte, die nur den Memory Stick kennen.
| Maße: | 21,5 mm x 50 mm x 2,8 mm |
| Maximal Größe im Moment: | 128 MB/ 4 GB (Pro) |
| Kosten für 1 GMB: | 31 EUR |
| Kontroller: | ja |
| Verbreitung: | Sony |
Der Belichtungsumfang eines fotografischen Mediums gibt an, wie groß das Verhältnis zwischen der hellsten und dunkelsten gerade noch darstellbaren realen Helligkeit ist. Er wird häufig in Blendenstufen oder Lichtwerten angeben. Die Änderung der Belichtung um eine Blendenstufe oder einen LW bedeutet eine Verdopplung oder Halbierung der Belichtung, deswegen bedeutet, dass bei einem Belichtungsumfang von n Blenden/ LWen das Verhältnis zwischen hellster und dunkelster Stelle im Motiv 1:2n betragen kann ohne dass eine Über-/ Unterbelichtung stattfindet.
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| 1/2000 s | 1/250s | 1/30s | 1/8s | 1/4s |
| +0 LW | +3 LW | +6 LW | +8 LW | +9 LW |
| 1:1 | 1:8 | 1:64 | 1:256 | 1:1024 |
Im obigen Beispiel sieht man einzelne Bilder einer Belichtungsreihe durchgeführt mit einer Digitalkamera. Dabei wurde von Bild zu Bild mit einem LW mehr belichtet. Dies wurde erreicht, in dem die Belichtungszeit jeweils verdoppelt wurde. Für das Beispiel wurden jeweils die Bilder an den Grenzen des Kontrastumfangs, die mittlere Belichtung und zwei Zwischenstufen ausgewählt. Anhand der Belichtungsreihe kann man den Kontrastumfang der Kamera abschätzen. Diese beträgt in etwas 9 Lichtwerte bzw. Blendenstufen. Für eine genauere Bestimmung muss man mit der Kamera ins Testlabor gehen und Aufnahmen mit kleineren Stufen durchführen.
Trägt man den Wert der Helligkeit dieser Bilder über der Belichtungszeit in einem Diagram auf, dann erhält man folgenden Graphen. Dabei ist zu beachten, dass die Belichtungszeit in Sekunden logarithmisch angetragen ist. Die Darstellung ist also mit der Gradationskurve eines Film vergleich

In diesem kann man dann den Verlauf der Bildhelligkeit über der Belichtungszeit erkenn.Aus diesem Verlauf kann man Rückschlüsse auf den Kontrastumfang der Kamera und deren Gradationskurve ziehen:
Der für die Belichtung eines Bildes brauchbare Bereich liegt irgendwo zwischen 1/2000s und 1/4s.
Aus diesem Graphen kann man auch erkennen, dass es besser ist, Digitalfotos lieber etwas geringer zu belichten, als es zu riskieren, überbelichtete Bereiche zu haben: der Übergang zwischen Unterbelichtung und linearem Bereich ist sanft wohin gegen der Übergang zur Überbelichtung hart ist.
Die Empfindlichkeit gibt wie beim Analogfilm an, wie viel Belichtung nötig ist, um eine bestimmte Helligkeit im Bild zu erzeugen. Sprich: bei höherer Empfindlichkeit muss weniger Belichtet werden, um ein genauso helles Bild zu erhalten. Die verstellbare Empfindlichkeit bei einer Digitalkamera ist eigentlich ein Verstärkungsfaktor, denn die natürliche Empfindlichkeit des Sensors selbst vorgegeben, die Empfindlichkeit kann hingegen verändert werden. Dabei sind nach oben hin erstmal keine Grenzen gesetzt, nur nimmt das Bildrauschen bei höheren Verstärkungsfaktoren extrem zu, so dass es eine sinnvolle Obergrenze gibt.
Die Angabe der Empfindlichkeit wird analog zum Film in ISO-Werten angeben und kann, je nach Kamera, zwischen 50 und 3200 variiert werden.
Weiter mit Fokussieren.