Bildsensoren: Kameratechnik richtig auswählen

Täglich erzeugen Überwachungskameras mehr als 566 Petabytes an Daten. Angesichts des momentan vorhergesagten Wachstums des globalen Sicherheitsmarktes könnte sich diese Zahl innerhalb von drei Jahren vervierfachen. Eins ist klar: Die weltweite Nachfrage nach Kameras ist hoch.

Weniger klar sind die Unwägbarkeiten und Nuancen bei der Wahl der richtigen Kamera für die jeweilige Anwendung. Kleinste Details, etwa im Hinblick auf die eingesetzte Technologie oder die Betriebsbedingungen, können einen großen Unterschied ausmachen.

Diese Ausgabe unserer Reihe “The Interview Room” ist die erste in einer neuen Serie, die sich genauer mit Kameraspezifikationen beschäftigt. Dazu sprechen wir mit Wayne Barraclough, Produktmanager bei Synectics, über den Stellenwert der richtigen Bildsensorwahl, insbesondere für Anwender, die mit einem HD-Upgrade liebäugeln.

Was macht eigentlich ein Bildsensor genau?

In einer digitalen Kamera erfasst der Bildsensor das Licht, das durch das Objektiv einfällt, und erzeugt so ein Bild. Jede digitale Kamera hat also einen Sensor. Er besteht aus einer spezifischen Anzahl an Pixeln, die jeweils ein lichtempfindliches Element enthalten, das Photonen registriert. Bei Lichteinfall erzeugt jeder Pixel eine elektrische Ladung, die verstärkt und in ein digitales Signal umgewandelt wird. Aus den ausgelesenen Signalen aller Pixel fügt sich dann das Bild zusammen.

Warum sind Bildsensoren bei der Kameraauswahl so wichtig?

Am deutlichsten bemerkbar machen sich die genaueren Eigenschaften des Bildsensors im Hinblick auf die Interpretation der Pixelzahl. Nehmen wir zwei Kameras, die unter identischen Bedingungen eingesetzt werden. Beide haben eine Pixelzahl von 2MP, eine hat aber einen flächenmäßig größeren Sensor. Welche Kamera liefert das klarere Bild? Die Antwort: Es ist die Kamera mit dem größeren Bildsensor. Warum? Weil die Pixel selbst größer und weniger dicht gepackt sind und deshalb mehr Licht einfangen können (also lichtempfindlicher sind).

Bei industriell oder kommerziell eingesetzten Kameras folgt die Bildsensorgröße meist dem Standardformat (1/3”). Das heißt, wenn die Pixelzahl wächst um höhere Auflösungen zu erreichen, müssen die Pixel zwangsläufig schrumpfen. Deshalb kann eine 2MP-HD-Kamera durchaus eine 3MP-Kamera in ihrer Leistung übertreffen (bei gleicher Sensorgröße).

Das beste Bild wird also nicht einfach nur durch immer mehr Pixel geliefert, sondern durch die richtige Anzahl an Pixeln im Verhältnis zur Sensorgröße. Allgemein gilt: Je größer der einzelne Pixel sein kann, desto klarer und störungsärmer wird das Bild - gerade unter Restlichtbedingungen.

Wird sich die Sensortechnik nicht schlichtweg dahingehend weiterentwickeln, dass höhere Pixelzahlen möglich werden?

In diesem Bereich wurde tatsächlich viel Entwicklungsarbeit geleistet. So wurde an “Mikropixeln” (unter 3µm Größe) gearbeitet, die trotz ihrer winzigen Größe eine höhere Lichtempfindlichkeit aufweisen. Sie ermöglichen eine höhere Pixeldichte auf Standard-1/3”-Sensoren, ohne dramatische Abstriche bei der Bildqualität. Diese Sensoren haben dann aber auch ihren Preis und sind nicht unbedingt als Standard verfügbar. Anwender sollten sich dessen bewusst sein und gezielt nach den Eigenschaften des jeweiligen Sensortyps fragen.

Gibt es bei der Bildsensorauswahl sonst noch etwas beachten?

Ja, und zwar das Objektiv. Objektiv und Sensor müssen zueinander passen – ansonsten kann es zu drastischen Qualitätsverlusten kommen, die die erwünschten Vorteile des HD-Upgrades zunichtemachen können. Ganz gleich um was für eine Kamera es sich handelt, das Objektiv sollte gleichwertig oder besser sein als der Sensor, um das Potenzial der Kamera voll ausschöpfen zu können.

Bildformate werden auch immer wieder im Zusammenhang mit Bildsensoren erwähnt – worum geht es dabei?

Das Bildformat – oder Bildseitenverhältnis – wird in erster Linie vom Bildsensor vorgegeben. Viele Sensoren erfassen Bilder in einem nicht standardmäßigen Format. So liefern 3MP-Sensoren typischerweise 2048 x 1536 Bildpunkte, was einem 4:3-Format entspricht. Das Problem dabei ist, dass die meisten Ausgabegeräte - auch dank der HD-Revolution - heutzutage 16:9-Format erwarten.

Dadurch ergibt sich dann eine der folgenden drei Optionen. Das Bild wird entweder verzerrt, um zum Bildschirmformat zu passen oder mit den vertrauten schwarzen Balken – dafür aber unverzerrt - dargestellt. Beide Varianten eignen sich nicht für Szenarien, in denen sowohl ein Schauplatz in der Totale erfasst werden muss, als auch Bilddetails gut erkennbar dargestellt sein müssen.

Bei der dritten Option werden die Einstellungen so angepasst, dass das Bild korrekt in 16:9 angezeigt werden kann, und zwar indem seine Auflösung auf 1080p heruntergesetzt wird. Die resultierende Bildqualität nach einer solchen Anpassung ist dann, aufgrund der Pixelgröße und –dichte, häufig schlechter, als wäre gleich ein 2MP-Sensor eingesetzt worden.

Wie sieht es denn mit 4K-Kameras aus – die sind doch mit 16:9 kompatibel?

Die sind in der Tat kompatibel und können sich mit ihrer extrem hohen Pixeldichte (mit 8MP viermal so hoch wie der momentane Standard), ihrem größeren Bildsensor und 16:9-Bildformat insgesamt sehen lassen.

Die Sensortechnologie wird sich sicherlich noch weiterentwickeln, aber schon jetzt ist die Bildqualität so gut, dass die leichten Abstriche, die man immer noch bei der Lichtempfindlichkeit machen muss, fast nicht ins Gewicht fallen. Die Probleme mit 4K-Kameras sind aber der hohe Preis und hohe Anforderungen an Speicherkapazität und Netzwerkbandbreite. Von einem groß angelegten Einsatz von 4K-Kameras in größeren Videoüberwachungssystemen sind wir daher noch weit entfernt.