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Crop / APS-C vs. Vollformat

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DRAFT - Hier fehlt noch Gehirnschmalz - DRAFT
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...ein ganz einfaches Thema, welches mich oft genug in den Wahnsinn treibt, wenn andere es nach 395 Forenposts immer noch nicht verstanden haben. Warum versuch' ich es denn auch immer?

Die heutigen Kandidaten sind zwei Sensortypen:



(1) Das ist ein Crop Sensor. Was bedeutet das: Früher wurde mit Film fotografiert. Das sog. Kleinbild Filmformat hatte 36x24mm. Dieser Sensor wurde (bei Canon) um den Faktor 1,6 verkleinert um die Produktionskosten zu senken und auch günstigere und leichtere Optiken herstellen zu können. Das ist der Crop- bzw. APS-C Sensor.

(2) Dieser Sensor entspricht dem 36mm Kleinbildformat. Da Objektive und Sensorgröße in einem Verhältnis stehen, liegt es also Nahe beim Umstieg auf digitale Sensoren die Sensorgröße dem Kleinbild anzupassen. Somit ändert sich für den Umsteiger von Analog zu Digital nichts und er kann all seine Objektive weiter verwenden (vereinfacht gesagt).


Was hat das Verkleinern des Sensors für Auswirkungen?

In Fotoforen wird ständig darum gestritten, was nun besser ist und wer was braucht und wer den Längeren... lassen wir das.

Tatsache ist, dass alles Mögliche mit 1,6 multipliziert wird um zu begründen warum Vollformat ja so viel besser ist. Da wird die Sonne schon mal spontan größer, wenn man das Objektiv wechselt.

Also... was ändert sich. Schauen wir uns erst mal an, was beim Vollformat passiert:

Note: Der Strich links soll die Sensorfläche sein!

(3) zeigt ein Motiv, ein Objektiv und den Sensor (gaaaanz stark vereinfacht, besser kann ich's nämlich nicht malen...). Das Licht wird vom Motiv zurück geworfen, das Objektiv fängt das Licht auf und projiziert es auf den Sensor.


Note: Der rote Strich links soll die um faktor 1,6 verkleinerte Sensorfläche sein!

(4) Der Crop Sensor ist kleiner (Faktor 1,6 bei Canon). Er fängt nicht das komplette Bild auf.

Ich dachte bisher, das wäre einfach...


Fakten, Legenden und Erklärungen:

Brennweitenverlängerung:
Es wird immer wieder von einer Brennweitenverlängerung gesprochen. Schließlich muss man bei einer Vollformatkamera mit dem selben Objektiv näher an das Motiv heran um den selben Bildausschnitt zu bekommen:
-> Falsch. Es wird nichts verlängert. Der Sensor "schneidet" ein Bild aus dem Bild, welches das Objektiv liefert heraus. Man könnte das als DigitalZoom bezeichnen.

Vollformat ist lichtstärker:
Es wird öfter behauptet Vollformat bzw. Kleinbild Kameras wären lichtstärker.
-> Falsch. Die Lichtstärke bleibt exakt die Selbe. Im optischen System wird nichts geändert. Der Vollformatsensor ist zwar größer und fängt damit mehr Licht auf, dies wird jedoch im selben Verhältnis in zusätzliches Bildmaterial umgewandelt. Das Licht pro Quadratmillimeter auf dem Sensor bleibt exakt identisch.

Das "mehr" an ISO umrechnen in Blende:
Es gibt immer mal wieder Spezies mit ganz speziellen Gedanken. So z.B. der Gedanke, dass Vollformat üblicherweise weniger rauscht und damit eine höhere ISO Empfindlichkeit verträgt. Das könnte man ja jetzt in die Blende rein rechnen.
-> UNFUG!!! *hmpf* Die high ISO-Tauglichkeit erhascht sich die Cam durch die größeren Sensorelemente... das ist jetzt ein eigenes Kapitel wert.


Große Pixel / Kleine Pixel

In Abbildung (1) und (2) habe ich absichtlich die fiktiven Zahlen von 10 Megapixel bei der Crop Cam und 26,5 Megapixel bei der Vollformat Cam gewählt, da die Pixeldichte auf dem Sensor damit gleich ist. Mehr dazu später.

Wir haben gelernt, dass die Crop Cam eigentlich nur ein Bild "ausschneidet". Macht man mit meinen beiden Beispielkameras nun von der selben Position aus und mit dem selben Objektiv ein Bild und schneidet nun manuell den Bildausschnitt aus dem Vollformat-Bild aus - was passiert?

• Wir erhalten zwei 10 Megapixel Bilder mit dem selben Bildausschnitt
• Das Rauschen ist exakt identisch!

Der Grund dafür ist, dass die Sensorelemente, die für einen Pixel zuständig sind bei beiden Kameras gleich groß sind. Rauschen entsteht durch Störungen und Störungen nehmen zu, je kleiner die Sensorelemente sind und je empfindlicher sie eingestellt sind.


Aber die 5D Mark II rauscht weniger als die 7D!

Korrekt! Die Megapixel in meinem Beispiel stimmen nämlich nicht. Setzt man reale Zahlen dafür ein, so 21MP für die Vollformat 5D Mark II und 18 Megapixel für die Crop/APS-C 7D, dann sieht das auf dem Sensor anders aus.

Canon 7D:

25,1 mm × 16,7 mm = 419,17 mm²
18000000 / 419,17 = 42942 Pixel pro mm²

Die 7D besitzt 18 MP auf einem APS-C Sensor mit den Maßen 25,1mm x 16,7mm. Das ergibt eine Fläche von 419,17mm². Auf dieser Fläche sitzen alle 18MP, was eine Dichte von 42942 Pixel pro mm² ergibt.

Canon 5D Mark II:

36,0 mm x 24,0 mm = 864,00 mm²
21000000 / 864,00 = 24306 Pixel pro mm²

Die 5D II besitzt 21 MP auf einem Vollformat Sensor mit den Maßen 36 mm x 24 mm. Das ergibt eine Fläche von 864mm². Auf dieser Fläche sitzen alle 21MP, was eine Dichte von 24360 Pixel pro mm² ergibt.

Es ist unschwer zu erkennen, dass bei der 5D Mark II nur etwa die Hälfte der Pixeldichte auf dem Sensor herrscht. Die Sensorelemente sind also fast doppelt so groß.

(bitte hier 2 Minuten darüber nachdenken, was das für das Rauschen bedeutet)

Also? Um ein Beispiel aus einem älteren Blogpost aufzugreifen, so kann man die Sensoreinheiten (ich nenne die jetzt mal so) mit Eimerchen vergleichen. Wo bei der 7D zwei Eimerchen stehen um Licht einzufangen, Steht bei der 5D Mark II ein einziges Eimerchen, welches dafür doppelt so groß ist. Regelt man die ISO Empfindlichkeit eine Stufe nach oben wird die maximale Füllmenge der Eimerchen halbiert. Der Vorteil ist, dass die Eimerchen doppelt so schnell voll sind (halbe Belichtungszeit).

Jetzt haben wir zwei Kameras. Eine mit kleinen Eimerchen und eine mit doppelt so großen Eimerchen. Nach dem Bild soll der Füllstand pro Eimer abgelesen werden. Je kleiner der Eimer wird, desto eher schleichen sich dabei Fehler ein.

Wer kommt drauf worauf ich raus will?

Yep, man kann die Eimerchen der 5D Mark II genau einmal weiter halbieren um die selben Ableseschwierigkeiten zu bekommen wie bei der 7D. Und genau das ist die eine ISO Stufe, die die 5D Mark II weniger rauscht.

• Hätte Canon eine 7D mit 10,1 MP auf den Markt gebracht, würde sie genauso rauschen wie die 5D Mark II (mit 21MP).
• Hätte Canon eine 5D II mit 37,1 MP auf den Markt gebracht, würde sie genauso rauschen wie die 7D (mit 18MP)

Alles unter den Annahme der selben Sensortechnologie. Sensoren werden ständig weiter entwickelt. Jede Sensorgeneration rauscht wenig. Üblicherweise machen die Hersteller das wieder wett indem sie mehr Megapixel drauf packen und das Rauschen somit in der 100% Ansicht etwa gleich bleibt. Das ist auch okay so... skaliert man das Bild nämlich runter, nimmt das Rauschen ab und die Schärfe des Bildes zu. Ein nicht ganz unerwünschter Effekt...

Fazit, zum mitschreiben...

• Es wird nichts verlängert
• Es wird nichts lichtstärker
• Es wird keine Schärfentiefe verändert
• Die Blende bleibt exakt die Selbe

Es passiert gar nichts, ausser, dass ein vom Objektiv projiziertes Bild nur teilweise ausgewertet wird.

Alle Lichstärken spezifischen Effekte ergeben sich daraus, dass die Vollformatsensoren von den Herstellen nicht so "dicht" mit Sensorelementen bepackt werden und daher weniger anfällig sind für Störungen, was es erlaubt die Elemente empfindlicher zu schalten.

Aber, aber, aber....

Aber, wenn du jetzt wirklich glaubst, den Bildausschnitt mit 1,6x "weiter weg gehen" ausgleichen zu müssen, dann hast du exakt die selben Effekte die du hättest, wenn du mit einer Vollformat Kamera genauso weit weg gehen würdest und dir dann dein Bild raus schneidest. Nur hättest du dann weniger Auflösung.

<scnr> Aber ich kann einen ganz einfachen Trick empfehlen: Verkleinern des Bildes erhöht die ISO Leistung! Bitte drüber nachdenken... </scnr>