Kamera mit oder ohne Tiefpassfilter?

Durch den Tiefpassfilter vor dem Sensor wird die Gefahr von Moiré entschärft, welches bei regelmässigen Motivstrukturen auftreten kann. Nun kommen immer mehr Kameras ohne Tiefpassfilter auf den Markt. Was ist deren Vorteil, für welche Fälle sind sie gedacht, und was muss man über Tiefpassfilter wissen?

Optische Tiefpassfilter vor den CCD- und CMOS-Bildsensoren vom Kleinbildvollformat abwärts galten bisher meist für unverzichtbar, um Artefakte, Moiré-Effekte oder andere Aliasing Effekte bei Motiven mit sehr feinen, regelmässigen Strukturen zu vermeiden. Sie haben aber auch den Nachteil, gleichzeitig die Auflösung und Konturenschärfe zu verringern. Die gefürchteten Fehlfarben oder Moiré-Effekte tauchen jedoch nur bei ganz speziellen Motiveigenschaften auf. Meist lassen sie sich dann auch durch Abblenden bei der Aufnahme oder Änderung des Aufnahmestandpunktes reduzieren oder auch ganz vermeiden. Sie entstehen, wenn sich bei der Überlagerung von zwei regelmässigen Mustern Interferenzen bilden, die am Motiv allerdings nicht sichtbar sind.

Tiefpassfilter vor dem Sensor schimmern rötlich. Diese Filterschicht absorbiert Infrarot – sehr zum Leidwesen der Infrarot-Liebhaber

Bei Kameras mit herkömmlichen Sensoren mit Bayer-Farbfilteranordnung besteht das Problem, dass die regelmässige Struktur des Sensors mit der des aufgenommenen Motivs aufeinandertrifft. Das dabei entstehende Moiré sowie andere Artefakte wurden bisher durch ein Tiefpassfilter vor dem Sensor reduziert. Darunter leiden allerdings Auflösung und Schärfe der Bilder. Deshalb kommen immer mehr Kameras auf den Markt, die entweder durch ihre spezielle Pixel- und Farbfilteranordnung ein optisches Tiefpassfilter überflüssig machen oder bewusst für Spezialanwendungen, die allerhöchste Detailwiedergabe verlangen, auf ihn verzichten.

Der 16 Megapixel APS-C Tans-X CMOS II Sensor von Fujifilm vermeidet die Moiré-Bildung durch eine unregelmässige Anordnung der Farbfilter und kommt so ohne Tiefpassfilter aus

Ein Sensor, der ohne Tiefpassfilter auskommt, ist beispielsweise der neue 16 Megapixel APS-C Tans-X CMOS II Sensor, wie er in den Kameras der X-Serie von Fujifilm verbaut wird. Laut Hersteller soll er dadurch in Bezug auf Schärfe und Auflösung die Qualität eines KB-Vollformat-Sensors bieten. Der neue Hochleistungssensor macht, aufgrund der speziellen Struktur seiner Farbfilteranordnung, die Verwendung eines Tiefpassfilters entbehrlich. Das Raster seiner Farbfilter ähnelt der zufälligen Anordnung des Korns bei analogen Filmen. So besteht das Farbfilter des APS-C X-Trans CMOS Sensors aus 6×6 RGB Pixel-Einheiten, wodurch ein unregelmässiges Muster erreicht wird. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, dass in allen horizontalen wie vertikalen Pixelreihen sämtliche Farbinformationen (RGB) enthalten sind. Bei den Sensoren mit Bayer-Farbfilterstruktur gibt es dagegen Pixelreihen die keine R- oder B-Pixel aufweisen, wodurch Farbfehler entstehen können. Beim Tran-X-Sensor bleibt dagegen die volle Sensorauflösung erhalten und es wird gleichzeitig eine optimale Farbwiedergabe erreicht.

Die Nikon D800 gibt es wahlweisde mit (oben) und ohne (unten) Tiefpassfiltereffekt. Ohne Tiefpassfiltereffekt gewinnt man an Auflösung, muss jedoch eventuelle Moiré-Erscheinungen softwaremässig in den RAW-Daten korrigieren

Von Leica, Nikon und Pentax werden für Spezialanwendungen einige Kameras auch in Versionen ohne optischen Tiefpassfilter vor dem Sensor angeboten. Diese Kameras sind auf ein Optimum an Detailzeichnung ausgelegt, bergen aber eine höhere Anfälligkeit gegenüber Moiré und Artefakte. In vielen Fällen lässt sich das Moiré bei Fotos im RAW-Format nachträglich mithilfe spezieller Software rechnerisch eliminieren.

Canon bietet mit seiner EOS 60Da eine Sonderlösung mit modifiziertem Tiefpassfilter, die speziell für Astrofotografie optimiert wurde. Dazu wurde das Tiefpassfilter dahingehend variiert, dass es etwa die dreifache Menge an Infrarotlicht durchlässt. Damit ermöglicht die Kamera das Fotografieren von Phänomenen im Bereich des Infrarotlichtes, wie beispielsweise diffuse Nebel.

Die Canon EOS 60Da besitzt einen modifizierten Tiefpassfilter, der für die Astrofotografie einen hohen Anteil an infraroten Strahlen durchlässt

Für die Kamerakonstrukteure kommt es also darauf an, einen optimalen Kompromiss zu finden, der die Gefahr von Moiré und Artefakten auf ein Minimum reduziert und andererseits die Auflösung möglichst nicht beeinflusst. Einige halten dabei die optische Filterung möglichst gering und versuchen Artefakte und Moiré durch die Bildverarbeitung des Prozessors zu eliminieren. Ein Weg, den beispielsweise Olympus bei seiner FT-Kamera der E-5 eingeschlagen hat.

Olympus reduziert die Filterwirkung auf ein Minimum und korrigiert eventuelle Artefakte bei der Bilddatenverarbeitung

Moirés und andere Artefakte sind die Folge von Fehlern bei der Farbinterpolation bei Sensoren, die das bisher übliche Bayer-Muster verwenden. Neue Farbfilterraster auf den Bildsensoren, die für die Erfassung der Farbinformationen im Bild verantwortlich sind, lassen erwarten, dass es in Zukunft möglich sein wird, auf die Tiefpassfilterung zu verzichten. Um bei Kameras ohne Tiefpassfilter die Gefahr von Moirés zu minimieren oder Artefakte zu vermeiden, empfiehlt es sich im RAW-Workflow zu arbeiten, wobei Helligkeits- und Farbinterpolationen voneinander getrennt vorgenommen werden und entsprechende Korrekturen durchgeführt werden können. Die kamerainterne JPEG-Verarbeitung leistet dies bisher noch nicht.

Quelle: Prophoto