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Top 1 – Die Sensorgrößen

Bevor ich mit den nächsten Punkten loslege, erst mal ein paar interessante Fakten zum Thema Vollformat und APS-C. Fangen wir mit der Frage an, warum es eigentlich Vollformat-Kamera heißt. Ganz einfach: analoge Spiegelreflexkameras haben ein Aufnahmeformat von 24 x 36 Millimeter, und genau dieses Format haben eben Vollformat-Kameras, weil sie das volle Kleinbildformat aufnehmen. Zu Beginn der digitalen Fotografie gab es keine Sensoren in dieser Größe oder nur zu extrem hohen Preisen. Also verwendete man kleinere Sensoren. Ein quasi Standardformat für kleinere Sensoren ist APS-C, die Aufnahme-Chips haben eine Größe von 23,5 x 15,6 Millimeter. Nun nehmen diese Sensoren nur einen Teil des vollen Aufnahmeformats von 36 x 24 Millimeter auf. Sprich es wird nur ein Ausschnitt aufgenommen. Welche Folgen das hat – später. Eine Besonderheit bei Nikon: Der japanische Kamera-Hersteller bezeichnet seine Vollformat-Line mit den Buchstaben FX und das APS-C-Format heißt DX. Diesen Unterschied muss man wissen, wenn es später an den Objektivkauf geht. Kleiner Merktipp: FX = Full Exchange für Voll-Format.

Nun noch ein bisschen mehr langweilige Theorie. Ein Vollformatsensor hat eine Fläche von 24 x 36 Millimeter, also 864 Quadratmillimeter. Ein APS-C- oder DX-Sensor, ein Fläche von 23,5 x 15,6 Millimeter, gleich 366,6 Quadratmillimeter. Der Flächenunterschied beträgt also rund 500 Quadratmillimeter. Oder anders ausgedrückt: Der Vollformatsensor hat die 2,4fache Fläche eines APS-C-Sensors. Warum ich all das beschreibe? Weil immer wieder die Frage auftaucht, ob man denn nicht mit einer Vollformatkamera fotografieren kann und dann das APS-C-Format einfach ausschneidet. Das geht natürlich, aber lassen wir nochmal die Zahlen sprechen. Der Vollformatsensor der D600 hat 24 Megapixel. Schneidet man nun aus dieser Fläche den APS-C-Bereich aus, sind es gerade mal 24 / 2,4 = 10 Megapixel, die auf dieser Fläche zur Verfügung stehen. Bei der D7100 sind auf der gleichen Fläche 24 Megapixel. Würde man diesen Wert auch auf der APS-C-Fläche einer Vollformatkamera haben wollen, müsste man eine Kamera mit 24 * 2,4 = 57,6 Megapixeln haben. Die Rechnung zeigt, dass man zwar die APS-C-Fläche aus einem Vollformat ausschneiden kann, man dabei aber mit Einbußen in der Bildqualität rechnen muss.

Wie das in der Realität aussieht, zeige ich euch im folgenden Beispiel. Hierbei habe ich das Motiv – zwei Flitzer auf einer Carrera-Rennbahn – mit der D600 und der D7100 aufgenommen. Beide Aufnahmen sind mit dem 105mm Makro-Objektiv gemacht worden, beide vom Stativ vom exakt gleichen Standort. Zuerst seht ihr das Bild der D600, dann das Bild der D7100 mit dem entsprechend kleineren Bildausschnitt. Bei beiden Aufnahmen habe ich dann einen Ausschnitt extrahiert und beide nebeneinander gestellt. Dabei ist der linke Teil der Ausschnitt der D7100 in Original-Auflösung und der Rechte der Ausschnitt der D600. Der Ausschnitt der D600 ist auf die gleiche Auflösung, wie der der D7100 hochskaliert worden. Das Hochskalieren ist erforderlich, denn sonst hätten beide Ausschnitte eine unterschiedliche Größe und ließen sich nicht sinnvoll miteinander vergleichen.

Vergleich des Original APS-C-Auschnitts mit dem Vollformat-Ausschnitt. Mit einem Klick auf das Vorschaubild werden die Bilder in voller Größe dargestellt.

  • 1 Nikon D600 Original1 Nikon D600 Original1 Nikon D600 Original
  • 2 Nikon D7100 Original2 Nikon D7100 Original2 Nikon D7100 Original
  • 3 D7100 APS-C D600 APS-C-Ausschnitt3 D7100 APS-C D600 APS-C-Ausschnitt3 D7100 APS-C D600 APS-C-Ausschnitt

Auf dem Vergleichsbild ist deutlich zu sehen, dass die Auflösung des linken Bildteils von der D7100 höher ist. Die Details werden präziser wiedergegeben. Gut zu sehen ist das an dem Schriftzug "MICHIGAN" auf dem Nummernschild. Links ist er noch gut lesbar, rechts verschwimmt die Schrift und ist nicht mehr zu entziffern. Auch das Porsche-Emblem ist auf dem linken Ausschnitt präziser und klarer zu erkennen. Kein Wunder, denn wie oben bereits berechnet, hat der entsprechende APS-C-Ausschnitt aus dem Vollformat nur eine Auflösung von 10 Megapixeln. 

Welche Auswirkungen hat die unterschiedliche Sensorgröße auf die Objektive? Ich erkläre das am Beispiel eines Normal-Objektivs mit 50 Millimeter Brennweite. Ach ja, kurz noch die Erklärung, warum das eigentlich Normalobjektiv heißt. Hat man das auf einer Vollformatkamera aufgesetzt und blickt mit dem rechten Auge durch den Sucher, so sieht man das Motiv ungefähr in der gleichen Größe wie mit dem linken Auge. Sprich: Die Brennweite des Auges entspricht im übertragenen Sinn etwa einer 50-Millimeter-Kleinbildbrennweite. Setzt man das gleiche Objektiv auf eine APS-C-Kamera, so wird nur der innere Teil des Motivs aufgenommen. Würde man diesen Ausschnitt mit einer Vollformatkamera aufnehmen wollen, so müsste das Objektiv die ungefähr 1,5-fache Brennweite haben. In unserem Beispiel wären das dann 75 Millimeter. Umgekehrt bedeutet das: Möchte man mit einer APS-C-Kamera den gleichen Ausschnitt des Normal-Objektiv-Ausschnitt der Vollformatkamera aufnehmen, muss die Brennweite 50 / 1,5 = 33,3 Millimeter betragen. Das heißt: Ein Normalobjektiv für eine APS-C-Kamera hat eine Brennweite von ungefähr 33 Millimeter. Alles verstanden?

Ich hoffe es. Aber einen habe ich noch: Bleibt die Frage, wie sich eigentlich dieser Brennweitenverlängerungs-Faktor berechnet. Die Antwort: Anhand des Verhältnisses der Sensordiagonalen. Man bemühe dazu den Satz des Pythagoras: Wurzel aus (a2 + b2). Für den Vollformatsensor ergibt sich daraus eine Diagonale von rund 43 Millimeter. Beim APS-C-Sensor sind es 28 Millimeter. 43 / 28 = 1,5 (gerundet) – und schon haben wir den Verlängerungsfaktor. Genauso lässt sich dieser Faktor für Micro-Four-Third-Sensoren mit den Abmessungen 17,3 x 13 Millimeter berechnen – der ist übrigens 2fach, für die, die jetzt zu faul sind nachzurechnen.

Hier nochmal die Zahlen in der Übersicht:
  Sensorgröße Sensor-Fläche Sensor-Diagonale Normalbrennweite
Vollformat (FX) 36 x 24 Millimeter 864 Quadratmillimeter 43 Millimeter 50 Millimeter
APS-C-Format (DX) 23,5 x 15,6 Millimeter 366,6 Quadratmillimeter 28 Millimeter 33 Millimeter

Nun stellt sich die Frage, welche Auswirkungen das auf das Bildergebnis und die Aufnahmebedingungen hat. Die Sensorgröße spielt für verschieden Bereich eine Rolle. Als erstes ist da – wie zuvor beschrieben – die Brennweite des Objektivs. Zunächst ein Hinweis: Alle folgenden Brennweitenangaben beziehen sich auf das Kleinbildformat, sprich Vollformat – soweit nicht anders angegeben. In den mittleren Brennweiten von 50 Millimetern bis 200 Millimetern spielt die Sensorgröße kaum eine Rolle. Sowohl für den Vollformat-, als auch den APS-C-Sensor gibt es in diesem Bereich eine gute Auswahl an Objektiven in allen Preisregionen. Die Objektive lassen sich mit überschaubarem Aufwand in optisch guter Qualität bauen. Aber wie schaut das Ganze nun im Weitwinkelbereich bei Brennweiten von 35 Millimetern und weniger aus? Für Vollformatkameras sieht es hier noch recht gut aus. Objektive mit einer Brennweite von 24 Millimetern zeigen noch recht gute optische Eigenschaften. Wichtigste Punkte sind hier die Randabdunklung und die Verzerrung. Günstige Objektive neigen dazu, in den Bildecken dunkler zu sein. Außerdem werden gerade Linien an den Bildrändern nicht als Geraden wiedergegeben, sondern nach außen gebogen. Je kürzer die Brennweite eines Objektivs, um so größer die Gefahr, dass diese Effekte sichtbar werden. Um sie zu verhindern, sind aufwändige Objektivkonstruktionen erforderlich, die teuer sind. Problematisch wird das Ganze, wenn es ums APS-C-Format geht. Möchte man da auf eine Keinbildbrennweite von 24 Millimetern kommen – also einer schönen Brennweite für Landschaftspanoramen – benötigt man ein Objektiv mit einer Brennweite von 24 / 1,5 = 16 Millimetern. Ein solches Objektiv ist bei guter Bildqualität deutlich teurer als das Vergleichbare fürs Vollformat. Das Beispiel: So kostet das Nikon AF-S Nikkor 25 - 85mm f3.5-4.5 ED VR rund 460 Euro. Möchte man einen ähnlichen Brennweitenbereich für APS-C (DX) braucht man das Nikon AF-S DX Nikkor 10-24mm f3.5-4.5G ED für 690 Euro oder noch besser das qualitativ höherwertig Nikon AF-S Nikkor 16-35mm f4.0G ED VR für rund 1160 Euro. Das sind dann also entweder gut 200 Euro oder sogar 700 Euro mehr. Geht es noch tiefer in den Brennweiten, sieht es nicht anders aus. Die Beispielbilder zeigen die unterschiedliche Auswirkung zwischen APS-C- und Vollformatsensor. In der Bildunterschrift steht die jeweilige Kamera, mit der die Aufnahmen gemacht wurden. Der Aufnahmestandort ist dabei selbstverständlich nicht verändert worden.

Mit einem Klick auf das Vorschaubild werden die Aufnahmen in hoher Auflösung gezeigt. 

  Beispielaufnahmen mit der Nikon D7100 und D600
24 Millimeter Brennweite
  • Nikon D600 (1) 24mm 1200 x 800Nikon D600 (1) 24mm 1200 x 800Nikon D600 (1) 24mm 1200 x 800
  • Nikon D7100 (2) 24mm 1200 x 800Nikon D7100 (2) 24mm 1200 x 800Nikon D7100 (2) 24mm 1200 x 800
24 und 85 Millimeter Brennweite
  • 1 Nikon D600 24mm 1200 x 8001 Nikon D600 24mm 1200 x 8001 Nikon D600 24mm 1200 x 800
  • 2 Nikon D7100 24mm 1200 x 8002 Nikon D7100 24mm 1200 x 8002 Nikon D7100 24mm 1200 x 800
  • 3 Nikon D600 85mm 1200 x 8003 Nikon D600 85mm 1200 x 8003 Nikon D600 85mm 1200 x 800
  • 4 Nikon D7100 85mm 1200 x 8004 Nikon D7100 85mm 1200 x 8004 Nikon D7100 85mm 1200 x 800
Daraus ergibt sich das erste Entscheidungskriterium: Wer viel Landschaftspanoramen fotografiert, Architektur oder andere Weitwinkelthemen, ist mit einer Vollformatkamera besser aufgehoben.

So wie sich für tolle Panoramaaufnahmen die Vollformater besser eignen, gibt es in einem anderen Bereich Vorteile für APS-C-Kameras. Bei Teleaufnahmen hat der Brennweiten-Verlängerungsfaktor von APS-C die Nase vorn. Da wird aus einem Objektiv mit 200 Millimetern Brennweite ein 300er und aus einem 300-Millimeter-Objektiv eine 450er-Tüte. Schaut man sich da die unterschiedlichen Kosten der Objektive an, kommt man mit einer APS-C-Kamera mit deutlich weniger finanziellen Aufwand zu großen Telebrennweiten. Bei den sehr hochwertigen Objektiven ist der Unterschied erheblich. So kostet das Nikkor 300mm f2.8 G ED VR II rund 5300 Euro. Wählt man das AF-S Nikkor 400mm f2.8 G ED VR wandern rund 9000 Euro über die Theke des Fotohändlers. Sicher ist dieser Unterschied bei einfacheren Objektiven nicht so groß, aber ein Punkt sollte dabei auch noch erwähnt werden: Erhöht man im Telebereich die Brennweite, so wird der konstruktive Aufwand immer größer, um die gleiche Ausgangsblende zu erhalten. Und konstruktiver Aufwand bedeutet nicht nur die technische Herausforderung, sondern auch der Materialeinsatz. Denn um eine ausreichende Lichtmenge ins Objektive zu bekommen, müssen große Linsen verwendet werden, was die Objektive nicht nur teurer sondern auch größer und schwerer macht. Mit zunehmender Brennweite vergrößert sich die Ausgangsblende. Das 300er wiegt 2,9 Kilogramm, das 400er bringt dagegen schlanke 4,8 Kilogramm auf die Waage. Zum Vergleich, das lichtschwächere Zoomobjektiv AF Nikkor 80-400mm f4.5-5.6D ED VR wiegt gerade mal 1,3 Kilogramm – und kostet auch "nur" 1200 Euro.

Daraus ergibt sich das zweite Kriterium: Wer viel Teleaufnahmen macht, beispielsweise Tiere oder Sport, der sollte zu einer APS-C-Kamera greifen. 

Das Thema der Pixel-Zahl auf dem Sensor hatten wir ja bereits. Ich hatte da ja darauf hingewiesen, dass ein APS-C-Ausschnitt aus einem Vollformat wesentlich weniger Pixel hat, als der originäre APS-C-Sensor. Nun stellt sich die Frage: Warum erhöht man dann nicht einfach die Zahl der Pixel auf dem Vollformatsensor? Das hat mehrere Gründe. Erster Grund: Je mehr Pixel, je aufwändiger und teurer ist die Produktion der Sensoren. Zweiter Grund: Je mehr Pixel, je höher ist die erforderliche Leistung des Kamera-Prozessors. Die Daten müssen aus dem Chip ausgelesen, verarbeitet und auf die SD-Karte gespeichert werden. Das alles soll extrem flott gehen, damit die Kamera eine hohe Serienbildgeschwindigkeit erreicht und man nach einem Foto schnell wieder das Nächste schießen kann. Die Kamera-Hersteller müssen daher mit jeder neuen Sensorgeneration, die wieder mehr Megapixel hat, auch die Leistung der Kamera-Prozessoren nach oben schrauben. Die extrem kompakte Bauweise, große Temperaturschwankungen, niedriger Energieverbrauch sowie ein möglichst geringe Wärmeentwicklung sind dabei die wesentlichen Herausforderungen. Sprich: Ohne erheblichen finanziellen und technischen Aufwand lässt die Pixelzahl nicht beliebig erhöhen.

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Über die Foto-Bude

Willkommen in der Foto-Bude. Mein Name ist Ralf Spoerer. Im September 2012 habe ich die Foto-Bude gegründet. Davor habe ich mehr als sieben Jahre für eine der führenden Multimedia-Zeitschriften als leitender Redakteur gearbeitet. Bis heute habe ich hunderte Digitalkameras getestet und hervorragende Kontakte zu allen Kameraherstellern aufgebaut. Bei meinen Tests in der Foto-Bude ist es mir wichtig, verständlich zu schreiben. Ich überfrachte meine Artikel nicht mit Unmengen technischer Daten, sondern lege Wert darauf, dem Leser Unterstützung bei seiner Kaufentscheidung zu geben. Aber auch nach dem Kauf sollen meine Berichte eine praktische Hilfe sein, um das best mögliche aus der Kameras herauszuholen. Ich ergänze das mit meinen ausführlichen Videos auf meinem YouTube-Kanal und den Bildern auf Flickr. Noch mehr zum Konzept der Foto-Bude gibt es HIER.

 

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