mini|Digitalkamera Als Digitalfotografie oder digitale Fotografie (Pendant zu Analogfotografie) wird die Fotografie mit Hilfe eines digitalen Bildsensors bezeichnet, dessen Bilddaten auf einem digitalen Datenträger gespeichert werden.
Die technischen Grundlagen der Digitalfotografie weichen von der klassischen, optochemisch basierten Fotografie ab und ähneln, insbesondere bei der Bildwandlung, einerseits der Videotechnik, andererseits den bildgebenden Verfahren.
Nicht-digitale Fotos (Papierbilder, Negative, Dias) gescannt (digitalisiert) werden nicht als digitale Fotografie, sondern als digitale Bildbearbeitung bezeichnet.
Geschichte Russell Kirsch von NBS hatte schon 1957 den Digital-Scanner entwickelt. Das allererste derart gescannte Bild war ein Babyfoto seines neugeborenen Sohns Walden, 176 mal 176 Pixel. Auf diesen Ideen baute Steven Sasson in den frühen 1970er Jahren auf.
Die erste Kamera, die als Vorreiter der Digitalkamera angesehen werden kann, wurde deshalb auch als „“ bezeichnet und war ein 1975 von Steven Sasson bei Kodak entwickelter Prototyp. , abgerufen am 31. Januar 2011 Das Potential der Entwicklung wurde jedoch nicht erkannt, und so gilt gemeinhin die 1981 von Sony unter dem Namen Mavica vorgestellte erste kommerzielle Kamera nach demselben Funktionsprinzip als „Ur-Digitalkamera“.Digitale Fotografie mit 0,1 Megapixeln, photoscala.de vom 18. Oktober 2008, abgerufen am 26. Februar 2010 Allerdings arbeitete diese Kamera, wie der Name schon vermuten lässt, mit einem Magnetband (auch Video Floppy genannt), welches keine digitale Speicherung der Daten zuließ. Vorrangig in den USA brachten Kamerahersteller wie Canon, Nikon, Konica oder Fuji Weiterentwicklungen dieses Modells auf den Markt. In Europa war das Interesse an dieser Technologie eher verhalten.Knapp, Martin: Chip Spezial. Digitale Fotografie, Würzburg 1994
Die erste wirkliche Digitalkamera stellte 1991 die kalifornische Firma Dycam auf der Computerfachmesse CeBIT unter dem Namen Model 1 vor. Die Kamera war mit einem lichtempfindlichen CCD-Sensor sowie einem Speichermodul ausgestattet, das die direkte Übertragung der Bilder auf den Computer ermöglichte. Trotz des schwarz-weißen Aufnahmemodus und einer – aus heutiger Sicht geringen – Auflösung von 376 × 284 Bildpunkten war die Fachpresse begeistert. Das US-amerikanische Wirtschaftsmagazin Fortune wagte sogar folgende Prognose: „Ein Sturm technologischer Innovationen und neuer Produkte sammelt sich über der Welt der Fotografie an, der viel von dem wegblasen wird, was bis heute altbekannt ist. Filme, Chemikalien und Dunkelkammer werden ersetzt werden durch eine Technologie, die blendend und altbacken zugleich ist: den Computer.“Nulty, Peter: The New Look of Photography. Fortune Magazine, 1. Juli 1991
Auf der photokina, einer internationalen Fachmesse für die Photo- und Bildbearbeitungsbranche in Köln, präsentierten 1992 nahezu alle namhaften Firmen aus den unterschiedlichsten Bereichen ihre Prototypen. Neben klassischen Kameraherstellern wie etwa Kodak und Rollei waren der Videogigant Sony und Leaf ebenfalls mit Digitalkamerastudien vertreten, denn das Schlagwort „“ verkündete für alle die Entstehung eines neuen Marktes. Nur zwei Jahre später lautete das Motto der photokina „digital total“ und machte deutlich, wohin die zukünftige Entwicklung gehen würde. 1994 wird auch als das „offizielle“ Startjahr der Digitalen Fotografie in Deutschland angesehen, da die Vogelsänger-Studios den Einsatz von Digitalkameras bekannt gaben. Diese Mitteilung hatte deshalb eine besondere Relevanz, weil die Vogelsänger-Studios – ein großes, europäisches Fotostudio im Bereich Interieurfotografie – für ihren hohen Qualitätsanspruch an Bilder, Bildermacher und Handwerkszeug bekannt sind. Indem einer der Branchenführer im Bereich der Werbefotografie auf digitale Kameratechnik setzte, machte er hierzulande den Weg für die Digitalkamera frei. Allerdings übten sich die Verbraucher bei einem anfänglichen stolzen Preis für die ersten Modelle von ca. 2.000 DM (nach heutiger Kaufkraft rund Euro) in Zurückhaltung, und so blieb der Kundenkreis für die neuen Kameras in den Folgejahren in überschaubarem Rahmen.
Ebenfalls im Jahre 1994 tätigten PC- und Fotoexperten folgende Analyse: „Für den oft zitierten Otto Normalverbraucher dürfte die Digitale Fotografie erst dann interessant werden, wenn namhafte Einzelhandelketten einfachst zu handhabende Digitalkameras als Massenware in ihren Regalen feilbieten und der Fotohandel gleichzeitig die Möglichkeit bietet, von den elektronischen Aufnahmen preisgünstige Papierbilder herzustellen – und dies wird aller Wahrscheinlichkeit nach noch eine geraume Zeit dauern.“
Bilderzeugung Bildwandlung In der Digitalfotografie werden zur Wandlung der Lichtwellen in digitale Signale Halbleiter-Strahlungsdetektoren in CCD- oder CMOS-Technik als Bildsensoren verwendet. Bei dieser Digitalisierung eines analogen Bildes handelt es sich um eine Bildwandlung, bei der eine Diskretisierung (Zerlegung in Bildpunkte) und Quantisierung (Umwandlung der Farbinformation in einen digitalen Wert) des analogen Bildes durchgeführt wird.
Hybridverfahren Eine Übergangslösung zwischen analoger und digitaler Fotografie stellt die Fotografie mit dem klassischen „Silberfilm“ dar, bei der anschließend das Negativ oder Positiv zunächst mit einem Scanner digitalisiert wird und dann das gespeicherte Bild digital weiterbearbeitet wird.
Als kostengünstigere Variante können – etwa seit 1999 – sogenannte „hochaufgelöste“ (Eigenwerbung) Scans gemeinsam mit der Filmentwicklung bestellt werden. Auf der gelieferten CD sind die Aufnahmen mit geringerer Auflösung im verlustbehafteten JPG-Format gespeichert. Die Qualität dieser Scans ist nur für die Betrachtung am Monitor, aber nicht für eine Weiterverarbeitung geeignet.
Kamerainterne Bildverarbeitung Aufgrund der Architektur der Bildaufnehmer ist zwangsläufig eine Interpolation der Farb- und Helligkeitswerte (sog. ) notwendig, um ein Bild anzeigen zu können. Diese Berechnung und eine Reihe von weiteren Bild verändernden Verarbeitungsprozessen wie das Bestimmen des Weißabgleiches, Erhöhung der Farbsättigung, Anheben des Kontrasts, Durchführung einer Tonwertkorrektur, Filterung (die u. a. eine Rauschreduktion bewirken kann), Verbesserung des Schärfeeindrucks und ggf. eine verlustbehaftete Komprimierung übernimmt die Kameraelektronik und die Firmware der Kamera, wenn direkt auf die Speicherkarte eine JPEG-Bilddatei (oder ein vergleichbares Dateiformat) gespeichert werden soll.
Die kamerainterne Bildverarbeitung kann bei hochwertigen Kameras umgangen werden, indem direkt die Metadaten und die Bild gebenden Sensordaten in einer sog. RAW-Datei abgespeichert werden; dabei handelt es sich um ein Rohdatenformat, das von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich aufgebaut ist. Dieses wird oft als „digitales Negativ“ bezeichnet. Bei der RAW-Konversion, die Teil der Postproduktion am Rechner ist, wird dann aus den im Rohdatenformat gespeicherten Messwerten ein Bild interpoliert und die oben beschriebenen Bild verändernden Bearbeitungsschritte (bei Bedarf vom Nutzer „manuell“) durchgeführt.
Bildeigenschaften Seitenverhältnis
Bei digitalen Kompaktkameras hat der Sensor ein Seitenverhältnis von 1,33 (4:3), daher werden die Bilder standardmäßig auch mit diesem Seitenverhältnis gespeichert. Teilweise ist auch die Speicherung mit anderen Seitenverhältnissen möglich, dies erfolgt überwiegend durch Speicherung eines Bildausschnitts.
Diese Praxis hatte ursprünglich historische Gründe: Die ersten Digitalkameras waren auf existierende Sensoren angewiesen, und da 4:3 dem Seitenverhältnis der verbreiteten Computermonitore und Fernsehnormen NTSC, PAL und SECAM entspricht (was wiederum von den frühesten Kinofilmen herrührt), waren überwiegend Sensoren mit diesem Seitenverhältnis verfügbar.
Digitale Kamerasysteme dagegen verwenden oft Bildsensoren mit dem Seitenverhältnis 3:2, das dem des Kleinbildfilms entspricht. Ausnahme sind hierbei die Kameras der Four-Thirds- und Pentax-Q-Systeme, die das Seitenverhältnis 4:3 verwenden. Viele Kameras des vom Four-Thirds-Standard abgeleiteten Micro-Four-Thirds-Systems sowie einzelne Kompaktkameras ermöglichen die Auswahl verschiedener Seitenverhältnisse, wobei immer ein Ausschnitt aus einer Sensorfläche genutzt wird, die insgesamt über den Bildkreis der Objektive hinausreicht. Hierdurch wird ein Auflösungsverlust, wie er durch reinen Beschnitt entstehen würde, vermindert.
Pixelanzahl und Auflösung
Die Anzahl der Bildpunkte, Pixel genannt, wird vom Hersteller einerseits als rein technische Eigenschaft des Sensors und andererseits als nutzbare Pixelanzahl angegeben. Letztere entspricht üblicherweise der maximal möglichen Bildauflösung der Kamera. Beim in den meisten Fällen verwendeten Sensor des Bayer-Typs handelt es sich hierbei jedoch um Pixel, die mit unterschiedlichen Farbfiltern versehen sind und daher nur für Ausschnitte des Lichtspektrums empfindlich sind. Die fehlenden Farbinformationen werden aus den umgebenden Pixeln interpoliert. Beim Bayer-Sensor hat die Hälfte der Pixel grüne und je ein Viertel blaue und rote Farbfilter. Varianten, bei denen die Hälfte der grünen Farbfilter durch türkisfarbene ersetzt wurden, haben sich nicht durchgesetzt. Dies gilt ebenso für den Xenia-Sensor, der die Primärfarben Gelb, Cyan und Magenta verwendete.
Bei Bayer-Sensoren mit abweichenden Pixelanordnungen (z. B. rechteckige Pixel bei der Nikon D1X oder diagonal angeordnete Pixel beim Super-CCD-Sensor von Fujifilm) werden die Bilder zwar mit der Pixelanzahl ausgegeben, die der tatsächlichen Anzahl der Pixel entspricht, jedoch besteht hier keine eindeutige Relation von Sensor-Pixel und Bild-Pixel mehr. Super-CCD-Sensoren enthalten teilweise zusätzliche farbunempfindliche Pixel, die nicht zur Bildauflösung beitragen, sondern zur Erhöhung des Dynamikumfangs dienen.
Von der Pixelanzahl her nicht unmittelbar vergleichbar sind die Foveon-X3-Sensoren, da bei diesen die Flächen unterschiedlicher Farbempfindlichkeit übereinander angeordnet sind. Hier hat also jeder Pixel volle Farbempfindlichkeit, das Interpolieren der Farben entfällt. Zu beachten ist hierbei allerdings, dass aus Marketinggründen die Pixelanzahl oft bereits verdreifacht angegeben wird. Zurzeit wird der Sensor nur von Kameras der Marke Sigma verwendet.
Die Pixelanzahl allein erlaubt noch keine Aussage zur erreichbaren Auflösung, da hierfür auch die Qualität des verwendeten Objektivs wichtig ist. Bei Ausgabe des Bilds im JPEG-Dateiformat wirkt sich zudem die Aufbereitung der Bilddaten in der Kamera auf die Auflösung aus. Insbesondere bei digitalen Kompaktkameras und Mobiltelefonen bleibt die tatsächliche Bildauflösung oftmals deutlich hinter der sich aus der Pixelanzahl ergebenden theoretischen Auflösung zurück. Die Ursache hierfür liegt in den geringen Sensorabmessungen und den üblicherweise verwendeten Objektiven einfacher Bauart und daher begrenzter Abbildungsleistung.
Die Auflösung digitaler Bilder ist nur eingeschränkt mit der Auflösung eines Filmnegativs oder Abzugs zu vergleichen, da es je nach Ausgabemedium zu Verlusten kommen kann. Zudem wird die heute erreichbare Auflösung bei üblichen Ausgabegrößen wie dem Druck bis Postkartengröße oder Vollbilddarstellung an Bildschirmen bei weitem nicht ausgenutzt.
Die Pixelanzahl gibt nicht unbedingt die Auflösung feiner Strukturen wieder. Bei der Digitalisierung gilt das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem. Danach darf die maximale im Bild auftretende Frequenz maximal halb so groß sein wie die Abtastfrequenz , weil es sonst zu unerwünschten Bildverfälschungen, zum Beispiel zu Moiré-Effekte, kommt und das Originalsignal nicht wiederhergestellt werden kann.