Dynamik entsteht auch in den Schatten

Der letzte RED-Eintrag lässt nun vermuten, dass Senselgröße alleine nicht alles sein kann, und das ist auch prinzipiell richtig: Denn die Dynamik-Medaille hat immer zwei Seiten: Wo in den Lichtern die Überbelichtung (FullWell, Clipping) das Sensel begrenzt, gibt es als Untergrenze im Dunkeln das Rauschen, welches eine genaue Messung der Photonen unmöglich macht. Und auch hier gibt es leider einen unrühmlichen Zusammenhang: Je größer das Sensel, desto mehr Rauschen fängt es tendenziell ein. Das Rauschenverhalten eines Sensels kann jedoch stärker durch das Sensordesign (und die Signalelektronik) beeinflusst werden als das Clipping. Daher trennt sich vor allem im Rauschen der Schatten die Sensor-Spreu vom Weizen.

Dabei beeinflussen vor allem noch die Kantenbreite, eine eventuelles BSI -Design (BackSide-Illumination), die Anzahl und Anordnung der Sensel-Komponenten sowie der Verlauf der Signalwege das Signal nicht unerheblich. In den letzten Jahren konnten Sensoren in dieser Hinsicht von Generation zu Generation tatsächlich immer noch weiter verbessert werden, weshalb die Kameras trotz der physikalischen Grenzen in der Praxis immer dynamischere Aufzeichnungen hinbekommen haben.

Unter 5 µm wird es (zu?) eng...

Man muss sich jedoch jedoch vor Augen halten, dass trotz all dieser Entwicklungen ein Sensel-Schritt wie von 2K auf 4K oder von 4K auf 8K bei ansonsten gleichen Randbedingungen immer den FullWell eines Sensels um zwei Blendenstufen reduziert. Wohl auch aus diesem Grund müssen Hersteller wie RED oder ARRI bei den Sensorflächen mittlerweile über das klassische Super35mm Format hinausgehen. Die eng gedrängten Pixel würden auf der Fläche eines Super35mm Sensors einfach nicht mehr die gewünschte Dynamik liefern.

Interessant sind bei dieser Betrachtung die Schätzungen, wie viele Photonen man überhaupt mit einer gegebenen Pixelfläche bei aktueller Sensortechnik maximal erfassen kann. Bei einer Sensel-Fläche von 8 µm² liegen die Schätzungen zwischen 2 ¹⁷ und 2¹⁸ e-.

Anders ausgedrückt: Die Physik begrenzt aktuelle 4K-Sensoren-Sensel mit 8 µm Kantenlänge bei maximal 18 Blendenstufen. Dies ist wohlgemerkt das theoretische Maximum, wenn der Sensor überhaupt nicht rauschen würde. Und 17 Blendenstufen wären analog gerechnet maximal bei 5,5 µm drin. In diesem Licht scheint RED mit seiner Dragon-Angabe von 16,5 Blendenstufen bei 5 µm Senselbreite die physikalischen Gesetze außer Kraft zu setzen. Doch darauf werden wir in kürze in einem separaten Nachfolge-Artikel eingehen…