Was genau ist mit “Auflösung” gemeint? Warum haben Kameras einerseits 8.29 Millionen Pixel können aber nur Full HD? Haben Objektive auch eine Auflösung? Lohnt sich 4K und mehr?

Unter dem Begriff Auflösung werden umgangssprachlich oft zwei verschiedene Sachen gemeint. Einerseits das Pixelraster eines Sensors oder Bildschirms, andererseits das Pixelraster der von der Kamera erzeugten Datei (“Video-File”), die Bildauflösung.

Skizze_Pixelraster

Bspw. verfügt die Canon C300 über einen Pixelraster von 8.29 Mio Pixel (3840×2460) und liefert in ihren Video-Files eine Bildauflösung von 1920×1080 (FullHD).[1]

Warum unterscheiden sich Pixelraster und Bildauflösung?

Aufgrund von Kamera internem “Oversampling” oder “Upscaling“.

Skizze_Oversampling_Upscaling
Links: dichtes Pixelraster, Rechts: Grobes Pixelraster

Professionelle Kameras, wie bspw. die Canon C300 oder die ARRI Alexa, haben einen bestimmten Grund, warum sie “Oversampling” betreiben, d.h. auf ihrem Sensor ein dichteres Pixelraster einsetzen, als bei der Bildauflösung des Video-Files:

Bei den Sensoren – den so genannten CMOS-Sensoren, die meist für diese Kameras verwendet werden – wird für die Trennung des Lichtes in Rot/Grün/Blau jedes einzelnen Pixels eine so genannte “Bayer-Maske” über den Pixelraster des Sensors gelegt. Diese Bayer-Maske bewirkt einen mit dem Auge kaum wahrnehmbaren, aber dennoch erwähnenswerten Auflösungsverlust gegenüber der tatsächlichen (nativen) Pixel-Anzahl. Üblicherweise setzen Kamerahersteller daher “Oversampling” ein – sie statten den Sensor um einen bestimmten Faktor mit mehr Pixel aus, um den Auflösungsverlust durch die Bayer-Maske zu kompensieren.[2] Typische Faktoren sind hier bspw. 1,5 bei der ARRI Alexa (bei FullHD), oder der Faktor 2 bei der Canon C 300.

Manche Kamerahersteller erreichen ihre scheinbar hohe Auflösung, bspw. 4K oder 5K, in dem sie auf das “Oversampling” verzichten und nehmen somit einen effektiven Auflösungsverlust in Kauf.[3]

Auch der Weg in die andere Richtung – “Upscaling” – hat in die Herstellung von Kameras Einzug gefunden. Hier werden die einzelnen Pixel des Sensors interpoliert, um eine höhere Auflösung zu erreichen, als eigentlich mit dem Sensor möglich wäre. Technisch gesehen ist dies natürlich suboptimal, praktisch gesehen funktionieren die Interpolationsverfahren in professionellen Kameras jedoch sehr gut und bleiben dem menschlichen Auge unentdeckt.

Trotzdem lohnt es sich bei jeder Kamera zu überprüfen  welches Pixelraster des Sensors welche Bildauflösung des Endbildes erreicht und im Falle eines Upscalings zu testen, inwiefern der Qualitätsverlust zum Problem werden könnte.

Digitale Spiegelreflex-Kameras, die einerseits hochauflösende Fotos und andererseits Full HD Video erzeugen können, benützen besondere Verfahren (“line-skipping” und “pixel-binning”), um Informationen aus den 10/12/18 Megapixel Sensoren zu reduzieren und zu überspringen. Diese Verfahren sind verantwortlich für die typischen Artefakte, die bei Videos von digitalen Spiegelreflex-Kameras zu sehen sind. Es kann dabei also nicht von Oversampling gesprochen werden, wie es gerade beschrieben wurde. Eine Spiegelrelfex-Kamera mit 18 Megapixel liefert somit nicht zwangsweise ein besseres Full HD Video, als eine mit 10 Megapixel.

Haben Objektive auch eine Auflösung?

Ja, man spricht dabei von “Auflösungsvermögen” des Objektivs. Auch ein Sensor verfügt über ein bestimmtes Auflösungsvermögen, welches nicht mit der oben beschriebenen Bildauflösung des Video-Files bzw. dem Pixelraster des Sensors zu verwechseln ist.

Im Bereich der Foto- und Kinematographie beschreibt das Auflösungsvermögen die Fähigkeit, wie gut ein Sensor oder Objektiv nah aneinander liegende Linienpaare getrennt darstellen kann. Dieses Auflösungsvermögen findet gemeinsam mit dem Kontrast auch Bedeutung in der Bewertung der Schärfe eines Objektivs.

Erwähnenswert ist auch die Tatsache, dass Objektive stets für bestimmte Bildauflösungen (FullHD/4K/6K) konstruiert werden. Bei Objektiven wird dabei oft ein “Puffer” eingeplant, d.h. sie werden konstruiert, um mehr als die vorgegebene Bildauflösung scharf abbilden zu können. Dennoch sind erst Objektive der neueren Generation tatsächlich für Bildauflösungen von 4K und mehr konstruiert.[4]

Aufloesungsvermoegen Alexa(left) RedEpic(right)
Test des Auflösungsvermögens anhand der Aufnahme von Linienpaaren. Rechts werden die Linienpaare besser getrennt dargestellt, als Links.

 

Hype nach mehr Auflösung – Lohnt sich 4K und mehr?

Ein Thema, das bereits sehr breit und lange diskutiert wird. Dennoch muss es in diesem Fragenkomplex “Auflösung”, zumindest kurz, Erwähnung finden.

Wenn der zu beschreitende Workflow (technisch und zeitlich) es erlaubt, geht eine höhere Datenmenge, d.h. höhere Farbtiefe, größerer Farbraum, größerer Blendenumfang und höhere Bildauflösung stets mit mehr Bildinformationen und damit einer besseren Ausgangsbasis einher.

Daher ist aus meiner Sicht eine höhere Bildauflösung stets eher positiv als negativ zu sehen. Wenn diese höhere Auflösung aber nur auf Kosten der Farbdarstellung erreicht werden kann, halte ich die natürliche Farbwiedergabe und den Kontrast für wichtiger als die detailreiche Darstellung.

Anders verhält es sich hinsichtlich des Trends, immer höher auflösende Objektive herzustellen. Hier können zu genaue Details den Zuseher irritieren und ihn damit daran hindern, der Geschichte zu folgen. Als Beispiel seien hier die Details der menschlichen Haut genannt, die nur in Ausnahmefällen als ästhetisch einzustufen sind.

Immer öfter werden daher ältere Objektive neueren vorgezogen, die an den hochauflösenden digitalen Kameras manchmal einfach zu viel zeigen.

In der Praxis

Es soll ein Stück Film gedreht werden, in dem die Hauptdarstellerin jugendlich, schön und attraktiv in einem Close-Up dargestellt wird. Das Licht wurde hervorragend gesetzt – mit dem bloßen Auge sieht alles wunderschön aus.

Ein Blick durch die Kamera bzw. auf den Regie-Monitor zeigt jedoch, dass die in Wirklichkeit unheimlich ästhetisch wirkende Persönlichkeit, leider die ein oder andere verstopfte Pore zu nachlässig für die bevorstehende Aufnahme behandelt hat. Die Wahl diesen Film digital mit den modernsten und hochauflösensten Objektiven zu drehen, erfordert es nun gegenzusteueren. Dies kann in der Regel mit zwei Hilfsmitteln geschehen: Entweder durch einen Weichzeichnungsfilter mit der möglichen Schwierigkeit mit “Ghosting” oder Reflexionen zu kämpfen oder durch Nachbearbeitung mit dem großen Nachteil der dadurch entstehenden zusätzlichen Kosten.

In einer idealen Welt sollten daher solche Drehsituationen im Vorfeld mit dem gewählten Kamerasystem samt Objektiven getestet werden, um unerwartete Ergebnisse und Kosten zu vermeiden.

Ein interessanter weiterführender Artikel findet sich auf der Website der Film- und TV-Kameramann Zeitschrift: http://www.kameramann.de/magazin/wp-content/uploads/2015/03/KM_2014_10_Umfrage_zu_Objektiven.pdf

Welche Fragen zum Thema “Auflösung” stellst Du Dir noch? Würdest Du auf die Fragen anders antworten? Ich freue mich auf Deine Fragen oder Anregungen in den Kommentaren!

Quellen:

[1] vgl. CANON USA: Canon C300. In: http://www.usa.canon.com/cusa/professional/products/professional_cameras/cinema_eos_cameras/eos_c300#Specifications (06.05.2015)

[2] vgl. Prof. Dr-Ing. PETER C. SLANSKY:  Workshop “Einführung in die digitale Kinematographie”, 02.03.2015

[3] vgl. RED.COM: Scarlet X Side SSD Lens Mount. In: http://www.red.com/store/products/scarlet-x-side-ssd-lens-mount (06.05.2015)

[4] vgl. bspw. CHRISTINE GEBHARD, GERD VOIGT-MÜLLER: 4K-Special: Braucht man spezielle 4K-Objektive? 12.08.2014. In: http://www.film-tv-video.de/newsdetail+M589a95df5b4.html?&no_cache=1 (06.05.2015)

Auflösung einer digitalen Filmkamera

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