Camera beeldsensor

Cameratechniek

CAMERA SENSOR

Digitale camera's hebben een beeldsensor. Dit is de algemene term voor een elektronische component die uit meerdere lichtgevoelige elementen bestaat en waarmee beelden elektronisch vastgelegd kunnen worden. De meest gebruikte beeldsensoren zijn de CCD-chip (Charge Coupled Device) en de CMOS-chip (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Een minder gebruikte is de Foveon-sensor. Over het algemeen is het zo dat een grotere beeldsensor ook een hogere fotokwaliteit geeft, maar dit gaat niet in alle gevallen op omdat een hogere resolutie ook meer ruis geeft en de kwaliteit verder ook sterk afhankelijk is van de gebruikte lens. Een ander gebruikt argument is dat als een sensor (bij vergelijkbare grootte) minder pixels bevat, deze groter zijn, waardoor toch een hogere kwaliteit gehaald kan worden.

Een maatstaf voor de grootte van de beeldsensor is door die te vergelijken met het oude/vertrouwde "35 mm analoge kleinbeeld-filmformaat". Dit filmformaat produceert een negatief of positief van 36x24 mm. Een beeldsensor van dit zelfde formaat in een digitale camera noemt men daarom "Full Frame". De meeste camera's hebben echter een beeldsensor die kleiner tot veel kleiner is (zie het overzicht van verschillende beeldsensoren hieronder). Uit de afmetingen van de beeldsensor kunnen een aantal dingen worden afgeleid;

1) De beeldverhouding (aspect ratio). Een sensor van 23,6 x 15,8 heeft een lengte/breedte verhouding van 3:2, hetgeen ook tot uitdrukking komt in de beeldformaten die men kan instellen via het camera-instelmenu.
Opmerking: BIj veel moderne spiegelreflex camera's is de aspect ratio instelbaar (bijv 3:2 , 4:3, 16:9).

2) De zogenaamde crop-factor (crop = bijsnijden). Deze factor wordt berekent door de diagonaal van het kleinbeeldformaat als referentie te nemen. De diagonaal van een stukje 36x24 mm film is 43,3 mm. Als je de diagonaal van een beeldsensor van bijvoorbeeld 23,6 x 15,8 berekend, krijg je 28,4 mm. De crop-factor van de sensor t.o.v. kleinbeeld is dan 43,3 gedeeld door 28,4 = 1,53.

Wat heb je er aan om die crop-factor te weten?

Het belang hiervan is dat je kunt bepalen welke digitale brandpunstafstand van de lens overeenkomt met die van de 'oude' analoge lens. Om dezelfde beeldhoek te krijgen heb je in het bovenstaande geval (crop-factor = 1,53) op je digitale camera een lens nodig met een brandpuntsafstand van 36 mm in vergelijking met de analoge brandpuntsafstand van 55 mm (36 x 1,53 = 55). Nogmaals ter verduidelijking: Als je vanaf dezelfde plek een foto van een onderwerp wilt maken met eerst een analoge camera en vervolgens een digitale camera met crop-factor = 1,53, zul je wanneer de camera en het onderwerp niet van plaats veranderen, bij een analoge camera een 55 mm objectief nodig hebben en bij digitaal een 36 mm objectief om dezelfde foto te maken.

Dit is met name handig te weten voor mensen die vroeger (of nog) een analoge camera gebruik(t)en. Voor diegenen die direkt in de digitale fotografie zijn gestapt is het van minder belang omdat ze niet anders weten. Je kunt het vergelijken met de overgang van de gulden naar de euro, in het begin maakte iedereen de vergelijking tussen de waarde van de twee munten, maar op het moment dat de een niet meer word gebruikt, zal die behoefte snel verdwijnen.

Belangrijk om te weten is dat camera sensors niet altijd zo groot zijn als opgegeven door de fabrikant (lees hieronder).

Hoe merkwaardig het ook is, de door de fabrikanten opgegeven sensor formaten (voor de met name in inches aangeduide sensors) kloppen eigenlijk niet. De reden is dat dit men voor de aanduiding ooit het (nu al lang niet meer gebruikte) formaat van een video-camera-buis heeft gekozen. Men noemde dit het optische formaat, terwijl de werkelijk effectieve sensormaat (diameter van de sensor) slechts ruwweg 2/3 van de buis/tube bedraagt. Met de intrede van de CCD en CMOS sensors zijn deze buizen in onbruik geraakt, maar zoals gezegd, in de aanduiding van het formaat rekent men soms nog steeds met deze materie. De achterliggende reden is dat men hier voor de berekening uitgaat van een vergelijkbare beeldhoek, ofwel een lens bevestigt op een video camera tube van 3/3 geeft een gelijke beeldhoek als bij gebruik op een camera met vaste beeld-sensor van 2/3.

Een voorbeeld: De diagonaal van bijvoorbeeld een 1/1,7” sensor is (zou je denken als je de inches hebt omgerekent naar mm) 14,94 mm, echter dit is (hoe krom ook) de diagonaal van de sensor-tube en niet van de sensor zelf. Verklaringen hiervoor staan in de links hieronder. Dit wil dus zeggen dat de diagonaal van deze sensor met een aspectratio (lengte/breedte verhouding) van 4:3 uitkomt op a²+b²=c² --> (5,7*5,7)+(7,6*7,6) = 90,25. C is dus √90,25 = 9,5 mm. Bij dit soort sensors hebben de fabrikanten het dan ook liever over sensor-type dan over sensor-formaat, omdat men anders eigenlijk de waarheid geweld zou aandoen.

Hieronder een uittreksel uit: http://www.gizmag.com/camera-sensor-size-guide/26684/

Bizarrely, the mostly fractional measurements used to detail sensor size date back to the age when vacuum tubes were used in video and television cameras. But the size designation is still nothing like as simple as the diagonal measurement of the sensor. Instead, it's the outer diameter measurement of a tube needed to produce an image, when the usable image takes up two thirds of the circle. Yes, it's that crazy.

Nog een uittreksel uit: http://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format#Table_of_sensor_formats_and_sizes

Table of sensor formats and sizes

Sensor formats of digital cameras are mostly expressed in the non-standardized "inch" system as approximately 1.5 times the length of the diagonal of the sensor.

This "optical format" measure goes back to the way image sizes of video cameras used until the late 1980s were expressed, referring to the outside diameter of the glass envelope of the

video camera tube. David Pogue of The New York Times states that "the actual sensor size is much smaller than what the camera companies publish – about one-third smaller." For example, a camera advertising a 1/2.7" sensor does not have a sensor with a diagonal of 0.37"; instead, the diagonal is closer to 0.26".

Instead of "formats", these sensor sizes are often called types, as in "1/2-inch-type CCD."

Due to inch-based sensor formats being not standardized, their exact dimensions may vary, but those listed are typical.

The listed sensor areas span more than a factor of 1000 and are proportional to the maximum possible collection of light and image resolution (same lens speed, i.e., minimum F-number), but in practice are not directly proportional to image noise or resolution due to other limitations. See comparisons. Film format sizes are included for comparison.

En een uittreksel uit: http://en.wikipedia.org/wiki/Video_camera_tube

Size

The size of video camera tubes is simply the overall outside diameter of the glass envelope. This differs from the size of the sensitive area of the target which is typically two thirds of the size of the overall diameter. Tube sizes are always expressed in inches for historical reasons. A one inch camera tube has a sensitive area of approximately two thirds of an inch on the diagonal or about 16 mm.

Although the video camera tube is now technologically obsolete, the size of solid state sensors is still expressed as the equivalent size of a camera tube. For this purpose a new term was coined and it is known as the optical format. The optical format is approximately the true diagonal of the sensor multiplied by 3/2. The result is expressed in inches and is usually (though not always) rounded to a convenient fraction - hence the approximation. For instance, a 6.4x4.8 mm sensor has a diagonal of 8.0 mm and therefore an optical format of 8.0*3/2=12 mm which is rounded to the convenient imperial fraction of 1/2 inch. The parameter is also the source of the "Four Thirds" in the Four Thirds system and its Micro Four Thirds extension—the imaging area of the sensor in these cameras is approximately that of a 4/3 inch video camera tube at appromimately 22 millimetres (0.87 in).

Although the optical format size bears no relationship to any physical parameter of the sensor, its use means that a lens that would have been used with (say) a four thirds inch camera tube will give roughly the same angle of view when used with a solid state sensor with an optical format of four thirds inch.

Verklaring Sensor Vidicon tubes: http://www.dpreview.com/articles/8095816568/sensorsizes

Hierboven een voorbeeld van de beeldhoek bij gebruik van 35mm film t.o.v. een willekeurige digitale sensor.

Bron: Dea, (via DutchPhotozone.com).

-----------------------------------------