Der Bildsensor ist das vermeintlich wichtigste Element einer Digitalkamera. Aber dieser ist nur die halbe Miete, denn ohne den Bildprozessor entsteht kein Bild. Was aber passiert genau in der Bildengine, und wofür ist sie zuständig?
Der Bildprozessor, der vielfach auch als Bildverarbeitungs-Engine, Bildverarbeitungsprozessor oder Bildverarbeitungssystem bezeichnet wird, kann beziehungsweise muss als Herzstück einer jeden Kamera angesehen werden, denn ihm kommt eine wesentliche Rolle bei der Herstellung des digitalen Bildes zu. Bildprozessoren tragen, je nach Hersteller, sehr fantasievolle Namen, wie «Bionz» (Sony), «Digic» (Canon), «Expeed» (Nikon), «Prime» (Pentax), «True» (Sigma), «TruePic» (Olympus) oder «Venus Engine» (Panasonic). Aktuelle Kameramodelle verfügen über atemberaubende Rechenleistungen, die mehr als zehn RAWs pro Sekunde in JPEGs umwandeln. Schon deshalb lohnt sich die Neuanschaffung, denn in Bezug auf die Bildprozessoren haben sich wahre Quantensprünge vollzogen.
Der Expeed-Prozessor auf der Platine einer Nikon D3s
Der Bildprozessor ist eine Kombination aus Hardware (Prozessoren) und Software (Algorithmen). Er berechnet beispielsweise anhand der vom Bildsensor gelieferten Daten über die Chrominanz (Farbton und Farbsättigung) und Luminanz (Helligkeit) der individuellen Pixel die korrekten Farb- und Helligkeitswerte für jeden einzelnen Bildpunkt. Je besser die verwendeten Algorithmen, umso natürlicher sind die Farben und umso ausgewogener der Kontrast. Dieser Prozess der Bilddatenverarbeitung ist äusserst komplex und beinhaltet viele verschiedene Abläufe. Sein Erfolg hängt wesentlich von der «Intelligenz» der verwendeten Algorithmen ab.
Die wichtigsten Eigenschaften des Digitalbildes, auf die der Bildprozessor entscheidend Einfluss nimmt, sind Farbdarstellung, Rauschunterdrückung, glatte und scharfe Kanten sowie Geschwindigkeit.
Die analogen Bildsignale werden im A/C-Wandler des Sensors in digitale umgewandelt, die danach im Bildprozessor optimiert und in darstellbare Bilddaten (RAW und/oder JPEG) verarbeitet werden (Schema Sony)
Der Bildprozessor wertet die Farb- und Helligkeitswerte jedes einzelnen Pixels aus und vergleicht die Informationen mit denen der benachbarten Bildpunkte. Ein komplexer Algorithmus berechnet die korrekte Farbe und Helligkeit des jeweiligen Pixels. Gleichzeitig analysiert der Bildprozessor das gesamte Bild, um die korrekte Kontrastverteilung zu ermitteln. Durch die Anpassung des Gammawertes (Erhöhen oder Verringern des Kontrastumfangs der Mitteltöne des Bildes) werden feine Farbverläufe – etwa bei der menschlichen Haut oder dem Blau des Himmels – realistischer dargestellt.
Rauschunterdrückung:
Als Rauschen werden Störungen bezeichnet, die bei allen elektronischen Schaltkreisen auftreten. Auf Digitalfotos zeigt sich Bildrauschen in Form von unregelmässig auftretenden Bildpunkten, die in Farbe und/oder Helligkeit von der Umgebung abweichen. Verstärkt wird der Effekt durch höhere Umgebungstemperaturen, längere Belichtungszeiten oder höhere ISO-Einstellungen.
Bei hohen ISO-Werten (= hoher Empfindlichkeit des Sensors) wird das elektronische Signal im Bildsensor angehoben und somit gleichzeitig das Rauschen verstärkt, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis sinkt. Der Bildprozessor versucht, Bild- und Störsignale voneinander zu trennen und so das Rauschen zu unterdrücken. Dies ist insbesondere bei Bildbereichen mit feinen Detailstrukturen schwierig. Werden diese fälschlicherweise vom Bildprozessor als Rauschen betrachtet und behandelt, verlieren sie an Zeichnung.
Glatte und scharfe Kanten:
Nachdem die Farb- und Helligkeitswerte für jedes Pixel interpoliert wurden, zeichnet der Bildprozessor die Aufnahme etwas weich, um eventuelle Farbabweichungen in einzelnen Pixeln auszugleichen. Um dennoch ein scharfes und detailreiches Bild zu erhalten, werden anschliessend Kanten und Konturen nachgeschärft. Die Qualität des Ergebnisses hängt davon ab, wie gut der Bildprozessor Kanten erkennt und diese glatt und ohne zu Überschärfen reproduziert.
Geschwindigkeit:
Besonders angesichts der stetig steigenden Megapixel-Zahl bei Digitalkameras ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Bildprozessors zunehmend wichtig. Um Wartezeiten im Arbeitsablauf möglichst auszuschliessen, müssen sie also auch hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit ständig optimiert werden.
Weitere Aufgaben:
Zu den weiteren Aufgaben eines Bildprozessors zählen die Korrektur von Objektivfehlern, die Berücksichtigung digitaler Farbfilter und Effekte, der Weissabgleich sowie auf Wunsch Schattenbereich aufhellen zu können.
