Smartphone-Kamera

Smartphone-Kamera: Megapixel sind nicht alles

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Eine als gut beworbene Kamera ist mittlerweile ein Standard-Feature von Smartphones. Wir zeigen Ihnen, was moderne Handy-Kameras in puncto Megapixel, Zoom und mehr zu bieten haben und wie sie funktionieren.

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Ein üppig ausgestattete Kamera ist heutzutage ein Standard-Feature von Smartphones. Das gilt mittlerweile auch für günstigere Modelle, die Quadkamera-Module vorweisen können und mit besonderer Flexibilität, scharfen Aufnahmen und einer tollen Low-Light-Performance - also der Leistung bei schlechtem Licht - werben.

Doch auch mehr Megapixel bedeuten nicht automatisch bessere Qualität – wie unser großer Kameravergleich beweist. Im Folgenden beschreiben wir, welchen Einfluss verschiedene Bestandteile einer Digital-Kamera, wie Sensor, Objektiv und Blitz, auf das Bild und seine Qualität haben.

Mehr Pixel: Nicht automatisch mehr Qualität

Geräte, wie das Samsung Galaxy S21 Ultra verfügen über Sensoren mit gigantischen Auflösungen. So buhlen die Smartphones mit 108 Megapixel, 64 Megapixel und in günstigeren Mittelklasse-Modellen vermehrt mit 48-Megapixel-Sensoren um Aufmerksamkeit. Die hohen Auflösungen sollen für mehr Details auch in entfernteren Bildbereichen sorgen. Baustein ist "Pixel-Binning", wodurch mehrere Bildpunkte des Sensors zu einem zusammengefasst werden. Die üppige Quadkamera des Samsung Galaxy S21 Ultra
Bild: Samsung Zwar können die aktuellen Handys mit ihrer größeren Auflösung deutlich mehr Details aufzeichnen als bisherige Kameras mit weniger Megapixel. Doch das bedeutet noch nicht, dass man automatisch auch gute Bilder erhält.

Die Anzahl der Bildpunkte allein lässt noch keinen Schluss auf die Bildqualität insgesamt zu. Wenn schon die Linse ein unscharfes Bild liefert, dann vergrößert etwa ein Megapixel-Sensor im Vergleich zu einem VGA-Sensor einfach nur die Unschärfe. Hinzu kommt, dass viele Kamera-Handys vergleichsweise kleine Objektive und einen einfachen LED-Blitz haben. Hier zeigen sich schnell die Grenzen von Handy-Kameras.

Hardware ist aber nicht das Einzige, das hinter guten Bildern von Smartphone-Kameras stecken soll. Die Software ist mittlerweile ein wesentlicher Teil vom Ergebnis. KI, also künstliche Intelligenz, nimmt verstärkt Einfluss auf das Endergebnis. Das ist beispielsweise bei Aufnahmen der Fall, die unter schlechten Lichtbedingungen gemacht werden. Eigene Modi in der Kamera-App sollen so für eine Nachbesserung sorgen. Das gelingt allerdings nicht immer.

Die Zoom-Qualitäten von modernen Smartphones tummeln sich genauso in der Werbeschale wie hohe Auflösungen. So soll man sich den Mond "heranholen" können und auch noch Details sehen. Bis zu 100-fach Zoom bieten Modelle wie das S21 Ultra von Samsung. Um bei diesen Stufen etwas Brauchbares auf dem Display erkennen zu können, benötigt der Smartphone-Fotograf in der Regel aber eine ruhige Hand oder ein Stativ.

Bildsensoren und Farbrekonstruktion: CCD oder CMOS

Früher wurden als Bildsensoren vor allem CCD-Chips verwendet. Mittlerweile wurden sie jedoch bei Kamera-Handys weitgehend durch aktive Pixelsensoren (APS) abgelöst, die auf CMOS-Technik basieren und häufig auch als CMOS-Sensoren bezeichnet werden. Die üppige Quadkamera des Samsung Galaxy S21 Ultra Schema CCD/CMOS
Quelle: Kodak Die Foto-Sensoren nutzen den sogenannten fotoelektrischen Effekt. Umso mehr Licht auf den Sensor fällt, desto größer ist die Ladung, bzw. der Strom, der damit ausgelöst wird. Daher werden so nur unterschiedliche Maße von Helligkeit ermittelt wie bei einem Schwarz-Weiß-Bild. Damit Farbe ins Spiel kommt, wird vor jeden Pixel-Sensor ein Farbfilter gesetzt.

So "sieht" das eine Pixel dann rot, das andere grün und das dritte blau. In der Regel benutzt man dabei doppelt so viele grüne wie blaue und rote Filter, weil das menschliche Auge im Grünbereich weitaus empfindlicher ist als im übrigen Farbspektrum. Um ein vollfarbiges Bild zu erzeugen wird die sogenannte Farbinterpolation eingesetzt. Dabei werden für jeden Sensor die beiden Farben, die für diesen weggefiltert wurden, aufgrund der Messwerte der umliegenden Pixel rekonstruiert. Die üppige Quadkamera des Samsung Galaxy S21 Ultra Unrealistischer Weißabgleich CMOS-Sensoren haben sich bei Handy-Kameras weitgehend durchgesetzt. Bei ihnen kann jedes Pixel einzeln über seine XY-Koordinaten ausgelesen werden. Das vereinfacht die Signalverarbeitung. Dafür schneiden CMOS-Sensoren im Mittel etwas schlechter ab, was Lichtempfindlichkeit und Rauschanteil angeht. Ihre Hauptvorteile: CMOS-Chips können kleiner gebaut werden, verbrauchen weniger Strom und sind in der Herstellung billiger als CCD-Chips. Es ist sogar möglich, CMOS-Bildsensor und komplexe Auswerteelektronik auf einen Chip zu integrieren.