Megapixel erklärt | Wieviel Bildauflösung macht Sinn?

Obwohl das Megapixel-Rennen seit der Erfindung der Digitalkameras stattfindet, ist vor allem in den letzten Jahren eine enorme Steigerung der Bildauflösung zu verzeichnen. Wir haben alles gesehen, von 41 Megapixel-Kamerahandys bis hin zu 50.6 Megapixel-Vollformat-Kameras. Es scheint so, als hätten wir mit der Sensortechnologie der aktuellen Generation bereits das theoretische Maximum für den Umgang mit Rauschen bei hohen ISOs erreicht. Die Hersteller konzentrieren sich nun darauf, mehr Auflösung zu verpacken und gleichzeitig die Sensorgrössen gleich zu halten, um mehr Kunden zum Upgrade auf das Neueste und Grösste zu bewegen. 

In diesem Artikel werde ich versuchen, einige grundlegende Begriffe in Bezug auf die Bildauflösung zu erklären und unseren Lesern hoffentlich helfen, die Kamera Auflösung besser zu verstehen. Bevor wir anfangen, sprechen wir zuerst darüber, welche Auswirkungen die Kamera Auflösung hat. Danach werden wir einige der häufigsten Missverständnisse aufgreifen.

1. Kamera Auflösung: Worum gehts?

In der digitalen Fotografie ist die Kamera Auflösung mit ein paar Faktoren verbunden:

Druckgrösse

Meist der wichtigste Faktor. Grundsätzlich gilt: Je höher die Bildauflösung, desto grösser ist das mögliche Druckformat. Das Drucken von digitalen Bildern wird durch das „Quetschen“ einer bestimmten Anzahl von Pixeln pro Zoll (PPI) erreicht. Ein hochwertiger Druck mit guten Details beinhaltet in der Regel etwa 300 PPI. Die Grösse des Drucks wird berechnet, indem man die Breite und Höhe des Bildes nimmt und sie durch die PPI dividiert. Ein Bild mit 12.1 Megapixel Auflösung von der Nikon D700 hat beispielsweise eine Bildgrösse von 4.256 x 2.832.

Wenn du einen hochwertigen Druck mit vielen Details bei 300 PPI erstellen möchtest, ist die Druckgrösse auf ca. 14.2″ x 9.4″ begrenzt. Grössere Ausdrücke wären möglich. Diese erfordern jedoch, dass du die PPI verringerst. Eine weitere Möglichkeit wäre, das Bild auf eine höhere Auflösung zu skalieren (‚Up-Scaling‚). Dies ist mit speziellen Tools von Drittanbietern möglich. Jedoch liefert das Up-Scampling nicht immer gute Ergebnisse. Kurz gesagt, eine höhere Auflösung ist normalerweise wünschenswerter, um grösser zu drucken.

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Zuschneide-Optionen

Je höher die Bildauflösung, desto mehr Spielraum bleibt, um einen Bildausschnitt fest zu legen. Viele Fotografen vermeiden starkes Zuschneiden. Trotzdem ist es manchmal notwendig, um sich auf das gewünschte Motiv zu konzentrieren. Beispielsweise greifen Sport- und Naturfotografen oft zum Zuschneiden, weil sie nicht näher an die Action herankommen können. Gleichzeitig wollen sie nicht, dass ihre Bilder unnötiges Chaos um das Hauptmotiv herum enthalten. Deswegen schneiden sie ihre Bilder oft recht stark zu, was letztendlich die Auflösung reduziert. Aus diesem Grund ist eine hohe Bildauflösung wünschenswert.

Down-Sampling

Je höher die Auflösung, desto besser sind die Möglichkeiten zur Grössenänderung oder Runterskalierung der Auflösung (‚Down-Sampling‚) von Bildern. Wie ich weiter unten erläutern werde, haben moderne hochauflösende Kameras eine ähnliche Performance wie ihre Kollegen mit geringerer Auflösung. Ihre Hauptvorteile liegen jedoch darin, die mithilfe von Down-Sampling auf eine niedrigere Auflösung zu reduzieren, um Bildrauschen zu verhindern. Weiter sind sie auch imstande, bei Aufnahmen mit niedrigen ISO-Werten trotzdem noch grössere Ausdrucke zu erhalten.

Display-Grösse

In den letzten 10+ Jahren haben wir einen bedeutenden Fortschritt in der Display-Technologie gesehen. Monitore, Fernseher, Projektoren, Telefone und andere Geräte haben eine starke Zunahme der Auflösung erfahren. Der vergrösserte Platz auf diesen Geräten führte natürlich dazu, dass Bilder mit höherer Bildauflösung und mehr Details angezeigt werden mussten. 4k-Monitore und Fernseher (über 8 Megapixel) werden immer beliebter. Dies „nötigt“ auch Digitalkameras mehr, um Bilder mit genügend Details zu liefern. Schlussendlich möchte man die Bilder ja auch auf diesen hochauflösenden Geräten betrachten.

Mehr Pixel sind also immer besser?

Ausgehend von dem oben Gesagten scheint es, dass eine höhere Auflösung immer besser ist. Es geht jedoch nicht nur um die Anzahl der Pixel, sondern auch um deren Qualität. Ich werde weiter unten erläutern, was das in Bezug auf Sensorgrösse, Pixelgrösse, Objektivauflösung und Technik bedeutet.

2. Wie viel mehr sind X Megapixel statt Y Megapixel?

Als Nikon zum ersten Mal seine D800-Kameras mit Vollformat-Bildsensoren mit 36.3 Megapixel Bildauflösung vorstellte, fotografierten viele Fotografen noch mit 12.1 Megapixel. Damals waren dies Vollformat-Kameras wie Nikon D700 und D3/D3s. Mit einfacher Mathematik behaupteten viele, dass der 36.3 Megapixel-Sensor eine dreimal höhere Auflösung darstellte (12.1*3 = 36.3). Einige gingen fälschlicherweise davon aus, dass ein Upgrade auf eine Kamera wie die D800 dreimal grössere Ausdrucke liefern würde.

Während die Gesamtzahl der effektiven Pixel tatsächlich dreimal grösser ist, ist der Unterschied in der linearen Kamera Auflösung viel geringer.

Das liegt daran, dass die Sensorauflösung berechnet wird, indem man die Gesamtzahl der horizontalen Pixel mit den vertikalen multipliziert, ähnlich wie bei der Berechnung eines Rechtecks. Bei der D700, die eine Bildgrösse von 4.256 x 2.832 hat, beträgt die Sensorauflösung 12.052.992, was sich auf 12.1 Megapixel rundet. Wenn wir uns die Nikon D800 ansehen, beträgt ihre Bildgrösse 7.360 x 4.912 und damit die Sensorauflösung 36.152.320, etwa 36.15 Megapixel. Der Unterschied zwischen 36.15 und 36.3 ergibt sich daraus, dass einige der Pixel um die Kanten des Sensors herum verwendet werden, um zusätzliche Daten bereitzustellen.

Sind 36 Megapixel = drei mal soviel wie 12 MP? Nein.

Wenn wir nun die Gesamtzahl der horizontalen Pixel zwischen der D700 und der D800 vergleichen, sind es 4.256 gegenüber 7.360 – ein Anstieg von nur 73%, nicht 200%, wie von vielen fälschlicherweise angenommen. Was bedeutet das? Wenn du mit dem D700 einen detaillierten 14.2″ x 9.4″ Druck bei 300 PPI drucken könntest, würde ein Upgrade auf die D800 möglicherweise zu einem 24.5″ x 16.4″ Druck bei denselben 300 PPI führen. Daher würde ein Wechsel von 12 Megapixel auf 36 Megapixel zu 73% und nicht zu 3x grösseren Drucken führen. Auch hier ist es leicht, die Gesamtfläche mit der horizontalen Breite zu verwechseln. Daher ist es wichtig, den Unterschied hier zu verstehen.

Vergleich der gängigen Sensorauflösungen

Um doppelt so grosse Ausdrucke bei gleichen PPI zu erhalten, müsstest du die Sensorauflösung mit 4 multiplizieren: Angenommen du besitzt beispielsweise eine D700 und fragst dich, welche Art von Sensorauflösung du benötigst, um 2x grösser zu drucken. Du multiplizierst die 12.1 Megapixel (Sensorauflösung) x 4, was einem 48.4 Megapixel-Sensor entspricht. Wenn du dir nun eine neue Kamera zulegst, zum Beispiel die Canon 5DS DSLR mit einem 50.6 Megapixel-Sensor, würdest du im Vergleich dazu etwas mehr als 2x grössere Ausdrucke erhalten. Um diese Unterschiede in der Auflösung zu verstehen, ist es am besten, einen Blick auf den folgenden Vergleich der verschiedenen gängigen Sensorauflösungen moderner Digitalkameras von 12.1 Megapixel bis 50.6 Megapixel zu werfen:

Wie du sehen kannst, ist der tatsächliche Unterschied in der horizontalen Breite viel geringer, als der deutliche Anstieg der Zahlen beim Wechsel der Sensorauflösung von 12.1 auf 50.6 Megapixel. Aber wenn man sich die Gesamtflächenunterschiede ansieht, dann sind die Unterschiede in der Tat beträchtlich – man könnte 4 Ausdrucke von der D700 nehmen, sie nebeneinander legen und im Vergleich zu einem 50.6 Megapixel-Bild würden sie immer noch kürzer sein, wie unten gezeigt:

Dies solltest du alles beachten, wenn du Kameras vergleichst und über Unterschiede in der Auflösung nachdenkst.

3. Sensorgrösse, Pixelgrösse und Unterschiede in der Kamera Auflösung

Wie du vielleicht bereits weisst, ist die Sensorauflösung bei weitem nicht das wichtigste Kamera-Feature. Vieles davon hat mit der physikalischen Grösse des Kamerasensors und seiner Pixel zu tun. Du siehst vielleicht zwei Kameras mit der gleichen Auflösung, aber eine davon hat einen Sensor, der deutlich grösser ist als der andere. So verfügt beispielsweise die Nikon D7100 über einen 24.2 Megapixel-Sensor, während die Nikon D750 einen 24.3 Megapixel-Sensor hat – beide haben eine ähnliche Sensorauflösung.

Betrachtet man jedoch die physikalischen Grössen der Sensoren, so hat die Nikon D7100 eine Sensorgrösse von 23.5 x 15.6 mm, während der Sensor auf der Nikon D750 35.9 x 24.0 mm misst – 52% grösser in der linearen Breite oder 2,3x grösser in der Gesamtoberfläche. Was bedeutet das? Trotz der Tatsache, dass beide Kameras Bilder mit ähnlicher Breite liefern (6000 x 4000 auf der D7100 gegenüber 6016 x 4016 auf der D750), ist die physikalische Grösse jedes Pixels auf dem D750-Sensor im Vergleich dazu 52% / 1.52x grösser. Auf diese Weise sind die beiden Kameras in der Lage, eine ähnliche Auflösung zu erreichen und somit möglicherweise Ausdrucke in ähnlicher Grösse zu erstellen. Mehr dazu weiter unten.

Pixelgrösse berechnen

Wenn wir die Sensorbreite durch die Bildbreite teilen, können wir die ungefähre Grösse jedes Pixels berechnen. Im Falle des D7100 ergibt die Aufnahme von 23.5 und die Division durch 6000 etwa 3.91 µm, während die Division von 35.9 auf der Nikon D750 durch 6016 etwa 5.97 µm ergibt.

Welchen Unterschied macht also die Pixelgrösse in Bildern? Im Wesentlichen können grössere Pixel mehr Licht aufnehmen als kleinere Pixel. Dies führt zu einer besseren Bildqualität und Handhabung von Rauschen pro Pixel. Es gibt jedoch ein paar Einschränkungen, die zu beachten sind:

Die Unterschiede sind gering, wenn es viel Licht gibt (niedrige ISO-Werte)

Wenn man nahe an der Basis-ISO wie ISO 100-400 fotografiert, gibt es normalerweise nur einen geringen Unterschied in der Rauschleistung zwischen den Pixeln (für bis zu 2x Pixelgrössenunterschiede, aber nicht grösser). Im Falle von D7100 und D750 liefern beide praktisch rauschfreie Bilder von ISO 100 bis 400. Es gibt jedoch einen spürbaren Leistungsunterscheid bei höheren ISOs ab ISO 800, zu Gunsten von D750. Grössere Pixel sind daher eher für Umgebungen mit schlechten Lichtverhältnissen geeignet, in denen häufig höhere ISO-Werte verwendet werden.

Wenn die Sensorgrösse gleich ist, aber die Auflösung unterschiedlich ist, führen kleinere Pixel nicht unbedingt zu mehr Rauschen

Ein Sensor mit höherer Auflösung bedeutet, dass du grösser drucken kannst. Da Rauschen in der Regel nicht pro Pixel, sondern in gleichwertigen Druckgrössen ausgewertet wird, müsste man mit der gleichen Grösse drucken, um Rauschen von zwei verschiedenen Auflösungssensoren auszuwerten. So verfügt beispielsweise die Nikon D750 über einen 24.3 Megapixel-Sensor, während die neuere Nikon D810 einen 36.3 Megapixel-Sensor hat. Da die D810 mehr Auflösung hat, ist ihre Pixelgrösse deutlich kleiner als beim D750 (4.88 µm vs. 5.97 µm). Das bedeutet, dass es mehr Rauschen zu sehen gibt, wenn du 100% reinzoomst.

Wenn wir jedoch von beiden gleich grosse Abzüge machen würden, müssten wir die Grösse der Bilder vom D810 an die Druckgrösse des D750 anpassen, indem wir 36.3 Megapixel auf 24.3 Megapixel reduzieren. Bei gleicher Druckgrösse würde das ein ähnliches Rauschen aufweisen. Wirf einen Blick auf die folgenden Bilder von beiden Kameras, wobei das D810-Bild auf 24.3 Megapixel verkleinert wurde (links: Nikon D750, rechts: Nikon D810, ISO 1600):

Wie du sehen kannst, sehen beide Bilder in Bezug auf das Rauschen ziemlich ähnlich aus, obwohl die D810 technisch gesehen aufgrund der kleineren Pixel mehr auffälliges Rauschen haben soll. Wenn ich die D750 durch die 16 Megapixel Df oder D4s ersetzen würde, würden die resultierenden Bilder mit 16 Megapixel ähnlich aussehen.

Megapixel sind nicht alles

Wie würde ein Bild vom 38 Megapixel Nokia 808 PureView Kameratelefon im Vergleich zu einem Bild von der 36.3 Megapixel Nikon D810 Vollformat-DSLR-Kamera aussehen? Nun, es gibt einfach keinen Vergleich, denn wir sprechen hier von einem kleinen Sensor mit einer Grösse von 13.3 x 10.67 mm am Telefon gegenüber einem 35 mm DSLR-Sensor mit einer Grösse von 35.9 x 24 mm – eine Differenz von 270% in der Sensorbreite oder 6x in der Gesamtfläche.

Das Nokia 808 hat technisch mehr Auflösung als die D810. Trotzdem ist seine Pixelgrösse mit 1.4 µm mikrig im Vergleich zu 4.88 µm bei der D810. Das lässt die Bilder von der Handykamera im Vergleich zur D810 wie Schlamm aussehen. Obwohl das Nokia 808 möglicherweise grössere Ausdrucke machen kann, wird das D810 viel hochwertigere Ausdrucke mit mehr Details produzieren. Denn das Kamerasystem ist beim D810 in der Lage, den vollen 36.3 Megapixel-Sensor zu nutzen. Die technische Auflösung des Nokia 808 ist im Vergleich dazu viel schlechter. Dies zeigt, dass Auflösung und Drucken viel mehr sind als nur reine Megapixel.

4. Objektivschärfe / Auflösungsvermögen

Grosse Megapixelzahlen auf dem Sensor sind nutzlos, wenn das Objektiv zu schlecht ist, um genügend Details aufzulösen, um Daten für jedes Pixel auf dem Sensor zu liefern. Das gleiche Nokia 808 PureView mag 38 Megapixel Auflösung haben, aber wie viele Details kann es tatsächlich auf Pixelebene anzeigen, wenn es mit dem 36 Megapixel D810 mit einem soliden Vollformat-Objektiv verglichen wird? Nicht sehr viel. Die tatsächliche Leistung in Bezug auf die Auflösung liegt also weit unter 38 Megapixel. Also näher an 5 Megapixel im Vergleich, vielleicht sogar darunter. Das macht Sinn, denn man kann eine kleine Sensorkamera mit einem winzigen Objektiv nicht mit einer Vollformat-DSLR und mit einem High-End-Objektiv mit erstaunlicher Auflösungskraft vergleichen. Ein weiteres Problem ist die Beugung – kleinere Sensorkameras werden bei viel grösseren Öffnungen beugungsbegrenzt sein, was auch die Schärfe und effektive Auflösung reduziert.

Höhere Auflösung ist nicht immer besser

Beim Vergleich von Sensorkameras gleicher Grösse mit unterschiedlichen Auflösungen ist zu beachten, dass die Kamera mit höherer Auflösung das Objektiv in Bezug auf die Auflösungsleistung immer stärker belastet. Ein Objektiv kann auf einer 12 Megapixel Kamera sehr gut funktionieren. Auf einer 24 Megapixel Kamera hingegen kann es eventuell nicht genügend Details auflösen. In diesem Fall ist der Vorteil der hohen Auflösung zunichte. Manchmal ist es vielleicht besser, nicht auf eine Kamera mit höherer Auflösung umzusteigen, um weniger mit anderen Problemen wie dem Bedarf an mehr Speicher– und Rechenleistung zu kämpfen.

Hersteller wie Nikon und Canon haben aktiv Objektive auf den Markt gebracht, die speziell für Sensoren mit höherer Auflösung entwickelt wurden. Möglicherweise müssen sie nun jedes ältere Objektiv neu bewerten, um zu sehen, ob die Auflösungsleistung ausreicht. Andernfalls müssten sie diese Objektive ersetzen. In vielen Fällen leiden ältere Objektive unter einer schlechten Mittel- und Eckleistung. Dies ist bei bestimmten Arten der Fotografie, wie z. B. bei Landschaften und Architekturen, nicht wünschenswert.

5. Technische Fähigkeiten

Du kannst die Kamera mit der besten Auflösung auf dem Markt haben. Du kannst auch das beste Objektiv haben, das den Sensor voll ausnutzen kann. Trotzdem kannst du schlechte Bilder erhalten, denen es an Details mangelt, um qualitativ hochwertige Ausdrucke zu erstellen. Neben der Fähigkeit, gutes Licht zu nutzen und sie Szene sorgfältig zusammenzustellen, musst du auch über gute technische Fähigkeiten verfügen, um gestochen scharfe Bilder zu erhalten. Hochauflösende Kameras „verstärken“ im Wesentlichen alles sehr stark. Sei es Verwacklungen durch schlechte Handtechniken, Verschluss-Vibrationen, die von der Kamera ausegehen, schlechte Fokussiertechnik oder instabile Stative. Dies können alles verschiedene Ursachen für Unschärfe in deinen Bildern sein.

Wenn du dich also entscheidest, zu einem Sensor mit viel höherer Auflösung umzusteigen, musst du sicherlich ein wenig Zeit investieren. Du musst die richtige Technik zur Bilderfassung lernen. Möglicherweise musst du die Verschlusszeit überdenken, wenn du von Hand fotografierst. Vielleicht brauchst du auch ein Stativ oder musst deine Objektive und optimalen Blenden überdenken. Denn wenn du das nicht tust, verschwendest du eventuell das Potenzial deines Kamerasensors.

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