Einstein und das Korn


Nachdem ich das Thema ISO im vorigen Beitrag nur angerissen habe, möchte ich hier ein bißchen näher darauf eingehen.

Zunächst einmal: die Abkürzung ISO steht für International Standardization Organization.

Das ist ein Zusammenschluß diverser, weltweit verstreuter Normungsorganisationen, die versuchen, Ordnung ins kreative Chaos zu bringen. Da werden dann so lustige Sachen festgelegt wie die Definition von Schwarztee oder die Transliteration der japanischen Silbenschrift ins Lateinische. Aber auch die SI-Einheiten (z.B. kg, m, K), ohne die jeder Physiklehrer aufgeschmissen wäre oder die Empfindlichkeit von Farbfilmen (ISO 5800) gehören dazu. Womit ich schon wieder bei der Fotographie wäre.

Erstaunlicherweise gibt es die ISO-Norm für die Empfindlichkeit erst seit 1979, vorher wurde diese Eigenschaft von Zelluloidstreifen über verschiedene internationale Standards definiert, von denen die sogenannte ASA (American Standards Association) wohl die verbreitetste gewesen sein dürfte.

Die Pre-Smartphone-Generation kennt diese Bezeichnung wahrscheinlich noch von den Filmrollen, die es früher an fast jeder Tanke gab. Und in Drogerien gibt es sie exotischerweise auch heute noch, obwohl  wir von der Auswahl früherer Tage mittlerweile weit entfernt sind.

Bild

Hach, irgendwie vermisse ich die heißen Diskussionen über die Farbtonverschiebungen und Kontrastverfälschungen von AGFA, Fuji, Kodak und Co… Von den regelrechten Kriegen im Forum der Fotocommunity, ob analog jetzt die Krone der Fotographie ist oder ob die Welt im 21. Jhd. digital untergeht, ganz zu schweigen.

Hier unten sieht man übrigens sehr schön, was passiert, wenn man einen dieser altmodischen Filme zu lange und zu warm lagert. Dabei handelte es sich um einen 400er Agfa, glaube ich, dessen Beschichtung sich durch die falsche (Über-)lagerung chemisch verändert hat. Heraus gekommen sind diese ziemlich überdrehten Farben und Kontraste, die dadurch allerdings schon wieder ganz nett wirken.

Abends_II

Aber zurück zum Thema. Die Definition der ISO-Empfindlichkeit entstand im wesentlichen aus den beiden Normen DIN, bei der die Sensibilät mit einer °-Zahl angegeben wurde (z.B. 21° DIN) und der ASA-Norm (z.B. 100 ASA).

Daß sich letzten Endes die ASA-Schreibweise durchsetzte, daran sind wohl die Japaner nicht ganz unschuldig, die auf ihren Kameras ab etwa 1982 die Kombination ISO/ASA aufdruckte und später nur noch ISO. Und so wie das deutsche Wörtchen „Fahrfreude“ auch in den USA für höheren Puls sorgt (und zwar nicht nur bei den Freunden der Bayrischen Motoren Werke), so ist es den heißgeliebten Nikons, Canons, Sonys dieser Welt gelungen, die ISO-Nomenklatur in selbige hinauszutragen. Soweit zur Begrifflichkeit.

Jetzt zur Empfindlichkeit. In analogen Tagen, als Kameras noch ganz ohne Strom funktionierten, wurde das abgelichtete Bild auf einen Filmträger aus Zelluloid gebannt (ok, davor gab es auch noch andere Träger, Glas zum Beispiel). Die erste Fotographie der Welt entstand übrigens in Frankreich, irgendwann um 1820 herum.  Verschlußzeit: 8 Stunden! Auch damals mußte man also für ein Portrait echt Zeit mitbringen.

Zurück zum Film: Der Zelluloidträger ist mit einer Art Gel aus kleinen Silberhalogenid-Körnchen bedampft, daß je nach Empfindlichkeit Unterschiede in der sogenannten Körnung aufweist.  Je gröber das Korn, das durch die mehr oder weniger homogene Zusammenballung der Silberpartikel entsteht, desto hochempfindlicher der Film. Dieses Korn ist dabei eigentlich ein Qualitätsmangel, denn je gröber das Korn, desto schlechter ist auch die Auflösung. Deshalb war der typische Touristenfilm auch eher der ASA 100, bei dem auf den ersten Blick kaum Körnung festzustellen war. Der Haken daran war allerdings, daß er als mittelempfindlicher Film viel Licht brauchte oder lange Verschlußzeiten oder eine große Blendenöffnung… Naja, das hatten wir schon.

Andererseits gab es dann auch hochempfindliche Filme wie den ASA 400, der mit schlechten Lichtverhältnissen oder hochdynamischen Bewegungen besser klar kam. Der Preis dafür war eine relativ schnell feststellbare Körnung, die den Bildern aber mitunter auch Charakter gaben. Hier unten habe ich zur Illustration ein Foto von einem 400er AGFA angehängt. Ich persönlich mag das Bild, da es durch die Körnung diesen speziellen Reportageflair bekommt.

Bild

Im künstlerischen Bereich wurden aus ähnlichen Beweggründen auch noch Empfindlichkeiten bis 1600 ASA und höher verwendet, aber man kann es auch übertreiben.

Nach dem Untergang des analogen Abendlandes wurde die ISO-Norm dann von den Digitalkameras übernommen, auch wenn die Empfindlichkeit des Sensors auf ganz anderen Prinzipien basiert, die mit Chemie fast gar nichts mehr zu tun haben. Aber wo man schon mal dran gewöhnt war…

Meine erste Digi startete übrigens bei  ISO 200, wobei dieser Wert mit den analogen 200 ASA eigentlich nicht mehr viel gemein hatte. Zumindest nicht, was das Korn betrifft. Das liegt vermutlich daran, daß die einzelnen Pixel auf dem Sensorchip nur äußerst selten miteinander ballten.

Und damit wären wir bei Einstein angelangt, der mit seiner Entdeckung des photoelektrischen Effekts die Grundlagen legte für die moderne Pixelflut und für diesen Geniestreich auch (fast) prompt den Nobelpreis erhielt. So ganz nebenbei hat er damit übrigens auch noch die Quantenphysik mitbegründet. Wo er doch schon mal dabei war…

Doch wie funktioniert das jetzt eigentlich mit diesem photoelektrischen  Effekt?

Ganz, ganz, ganz einfach gesprochen, ist ein Bildsensor (z.B. CCD), also das wiederverwendbare Äquivalent zu unserem guten alten Film, nichts anderes als ein Halbleiter, der aus einer Matrix regelmäßig angeordneter,  lichtempfindlicher Fotodioden besteht. Diese werden auch Pixel genannt und je größer die Fläche dieser Einzelpixel ist, desto höher sind Lichtempfindlichkeit und Dynamikumfang. Da der Platz auf dem winzigen Sensor allerdings auch physikalisch begrenzt ist, habe ich zur Steigerung nur die Wahl,  einen größeren Sensor zu verwenden (qualitativ zu empfehlen, aber nicht ganz billig)  oder einfach mehr von diesen Pixeln auf die Platine zu quetschen. Das bringt zwar mehr Auflösung, aber kostet unterm Strich Bildqualität (Was so manchen Hersteller trotzdem nicht davon abgehalten hat, eine marketingorientiert erfolgreiche, aber bildtechnisch völlig sinnlose Pixelschlacht loszutreten.).

Unter anderem neigt die Kamera dann stärker zum sogenannten Rauschen durch den wärmeabhängigen „Dunkelstrom“, denn wo sich viele Pixel drängeln, wird’s auch schnell mal hitzig. Und das Hochsetzen der ISO an der Kamera (was ja nichts anderes als die Verstärkung des Bildsignals darstellt) forciert diesen Effekt noch.

Als Dunkelstrom bezeichnet man übrigens die spontane Bildung von freien Ladungsträgern in einem lichtempfindlichen Halbleiter durch Wärme. Wer mehr wissen will, schlage auf Wikipedia nach, aber Vorsicht – einmal in die faszinierenden Tiefen der Quantenphysik abgetaucht, findet man vor lauter interessanten Querverweisen so schnell nicht mehr heraus!

Rauschen ist also das neue Korn. Es sieht auch ganz ähnlich aus, wie man an dem untenstehenden Bild erkennen kann. Interessant ist dabei aber die ordentlich aufgereihte Anordnung dieses digitalen „Korns“, die durch das regelmäßige Raster der Pixel entsteht.  Da geht es eben nicht so drunter und drüber wie bei den Silberpartikeln.

Bild

Entstanden ist dieses Fehlerbild, als sich der Lichtmesser meiner Digi von der Sonne zwischen den Wolken hat linken lassen und das Bild hoffnungslos unterbelichtete (soviel zum Thema Automatik). Die Belichtung habe ich im RAW-Konverter noch retten können, aber gegen das starke Rauschen habe ich leider verloren.

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