Funktionsweise eines Camcorders, Teil 2
Pixelfarbwerte erzeugen aus Rot, Grün, Blau
Der Bildwandler
Der Bildwandler am Ende des Linsensystems sorgt, einfach gesprochen, für eine Umwandlung des Lichtstromes (Photonen) in elektrische Ladungen und schließlich in einen digitalen Datenstrom. Damit nimmt der Bildwandler als Pendant zur Fotoplatte die zentrale Rolle bei der Bild- oder Filmaufnahme ein. Aktuell kommen zur Bildwandlung in Verbraucherelektronik zwei Sensorentypen zum Einsatz, nämlich CCD- und APS-/CMOS-Sensoren. Beide Wandlertypen arbeiten nach dem gleichen Grundschema: Photonen treffen auf die Oberfläche, genauer auf die lichtempfindlichen Zellen des rechteckigen Lichtsensors und erzeugen dort eine elektrische Ladung.
Eine solche Lichtzelle repräsentiert ein oder mehrere Pixel des späteren Digitalbildes. Die Photonenmenge pro Lichtzelle bestimmt die Helligkeit des entsprechenden Pixels, wobei über die der Pixelmatrix des Sensors eigentlich nur ein Graustufenbild erzeugt wird. Die Erzeugung der Pixelfarbwerte aus den Grundfarben Rot, Grün, Blau ist der eigentlich schwierige Prozess in der Bildwandlung. Sofern der Lichtstrom nicht bereits vorher durch ein Prisma in die Grundfarben aufgespaltet und durch drei getrennte Bildwandler (3CCD) aufgenommen wird, erfolgt die Farbtrennung durch einen vorgeschalteten Mikrofarbfilter (Bayer-Filter) und eine anschließende Berechnung im Bildprozessor der Kamera.
Der CMOS-Wandler oder genauer „Active Pixel Sensor“ (APS) hat im Gegensatz zum CCD an jeder einzelnen Lichtzelle eigene Transistoren, die für das getrennte Auslesen der Pixelinformationen zuständig sind.
Beim CCD-Chip werden die Pixelinformationen dagegen nicht unabhängig voneinander, sondern immer nur Zeilenweise ausgelesen. Durch den Wegfall der Pixeltransistoren lassen sich zwar mehr Pixel (Zellen) auf der Gesamtfläche des Bildwandlers unterbringen und so eine höhere Lichtempfindlichkeit erreichen. Dafür neigt die CCD-Technik generell zu bestimmten Bildfehlern (Blooming-Effekte), weil einzelne Elektronen hier vor dem Auslesevorgang von einer Lichtzelle zur anderen springen können.
Die Menge der Auslesevorgänge über einen bestimmten Zeitraum hinweg entspricht im Prinzip dem mechanischen Verschluss einer analogen Kamera. Je länger die Photozellen auf dem Bildwandler geladen werden, desto höher ist die Lichtausbeute, oder besser die resultierende Bildhelligkeit. Bei einem Camcorder werden die Lichtzellen also im Durchschnitt 50- bis150-mal pro Sekunde geladen und ausgelesen. Anschließend werden die Informationen an den Bildprozessor geschickt.
Der Bildprozessor
Der Bildprozessor ist für den eigentlichen Aufbau und ferner für die Qualität des Foto-/Videobildes zuständig. Über die Hardware des Chips sowie komplexe Software-Algorithmen, werden zunächst sämtliche Farb- und Helligkeitsinformationen interpoliert. Das betrifft neben den Pixelwerten für Farbe, Helligkeit und Kontrast auch die Steuerung des Gesamteindrucks der Bildszene, etwa hinsichtlich Gamma oder Kontrastverteilung. Hier entscheidet tatsächlich die Intelligenz der Bildverarbeitung über die Güte des fertigen Bildes.
Eine weitere Aufgabe des Bildprozessors ist die Reduktion des Fehlerrauschens, das der Bildwandler erzeugt. Auch hier müssen die Algorithmen entscheiden, ob es sich bei einem bestimmten Pixelhaufen nun um ein Bilddetail oder das ISO-Rauschen durch die elektronische Bildverstärkung handelt.
Im Anschluss an die Fehlerreduktion sorgt der Bildprozessor für eine Nachschärfung von Kanten und Bilddetails, die ansonsten unscharf abgebildet würden. Da gerade bei der Videoaufnahme große Mengen an Bewegtbild verarbeitet werden müssen, spielt die Geschwindigkeit des Prozessors natürlich eine überaus wichtige Rolle. Je schneller der Prozessor, desto komplexere Algorithmen können zur Bildverbesserung eingesetzt werden.
Am Ende des Prozesses der Bildverarbeitung steht immer die Komprimierung des Videostroms entsprechend des Ausgabeformates, beispielsweise MPEG2 oder AVCHD. In diesem Format wird das Video schlussendlich auf das Zielmedium geschrieben, sei es als Datei auf eine Speicherkarte oder als digitaler Videostrom auf ein Magnetband.
(Tim Luft)
