Das steckt in Kamerahandys
Die wichtigsten Features
DAS KAMERAMODUL EINES Smartphones ist eines der wenigen Ausstattungsmerkmale, mit denen Hersteller ihre Geräte noch von den Modellen der Konkurrenz absetzen können. Deshalb ist es nicht weiter verwunderlich, dass sie sich beim Bewerben ihrer Produkte nicht mit der bloßen Angabe von Megapixeln für die Auflösung zufriedengeben, sondern beispielsweise auch die Lichtstärke des Objektivs oder die Lichtempfindlichkeit des Sensors mit in den Vordergrund stellen. Andere Features wie das optische Zoom, der Brennweitenbereich oder eine schnelle und besonders lang andauernde Serienbildreihe – also Funktionen, die bei „richtigen“Digitalkameras kaufentscheidend sind – treten bei Smartphone-kameras gar nicht oder lediglich in abgespeckter Version auf und eignen sich damit nicht als Verkaufsargument.
Die Folge ist, dass die Hersteller ihre Mobilgeräte mit komplett neuen Kameratechnologien ausrüsten, die sich allesamt positiv auf die
„Nicht alles, was bei richtigen Digitalkameras kaufentscheidend ist, macht auch bei den Kameras von Smartphones Sinn.“
Bildqualität auswirken sollen. Die Rede ist dann von „Dual Pixel-sensoren“, „Dual Photodiode“, „Dual Tone Flash“und „Hybrid-autofokus“(hier taucht manchmal auch der Zusatz „prädiktiv“auf). Doch was steckt hinter diesen Begriffen, und handelt es sich dabei wirklich um valide Fototechnik oder doch nur um Marketing-blabla? Wir haben uns die Top-geräte der wichtigsten Smartphone-hersteller bezüglich der neuesten Kameratechnik angesehen.
Samsung: Geteilte Pixel und Unschärfe-effekt
Samsungs derzeitige Top-geräte sind das Galaxy S7 beziehungsweise S7 Edge und das Galaxy S8 beziehungsweise S8 Plus. Das S7 (Edge) bewarb der Hersteller im letzten Jahr mit dem Schlagwort „12MP Dual-pixel“. Damit ist ein speziell aufgebauter Bildsensor gemeint, welcher jetzt auch im aktuellen Galaxy S8 (Plus) zum Einsatz kommt.
Samsung beschreibt auf seiner Webseite die Funktionsweise dieses Sensors: Ein Pixel setzt sich aus zwei Fotodioden zusammen, wobei jeweils eine Diode für die Fokussierung mittels Phasenerkennung zuständig ist – also ähnlich der Autofokus-sensoren in Digitalkameras. Hintergrund: Bei der Phasenerkennung (auch Phasenvergleich genannt) erfassen besondere Autofokus-sensoren das Motiv auf dem Bildsensor an zwei Punkten mit einer vergleichbaren Helligkeit. Wenn die Ergebnisse deckungsgleich sind, stimmt die Fokussierung, und der Autofokus (AF) gibt das Okay zum Auslösen. Für den Fall, dass die Ergebnisse nicht zusammenpassen, berechnet der Autofokus die Abweichung und setzt den Fokussierpunkt solange entsprechend um, bis alles stimmt. Af-sensoren nehmen aber selbst keine Bildinfos auf. Im Vergleich zur alternativ verwendeten Kontrastmessung besteht der Vorteil des Phasenvergleichs-af besonders in seiner hohen Geschwindigkeit. Der Nachteil: In der Regel sitzen die Autofokus-sensoren für die Phasenerkennung vor allem im mittleren Bereich des Bildsensors. Das bedeutet, dass die Fokussierung auch nur dort funktioniert.
Bei Samsung sind die Autofokus-dioden allerdings über den kompletten Bildsensor verteilt und sowohl für die Phasenerkennung als auch für die Bildaufzeichnung zuständig: Die linke und rechte Fotodiode (siehe Bild) werden dazu separat ausgelesen und die daraus resultierenden Parallaxenbilder werden zur Feststellung der Phasendifferenz genutzt. Eine zusätzliche Berechnung der Bilddaten ist Samsung zufolge dadurch nicht erforderlich.
Essens-modus: Im Galaxy S8 sowie S8 Plus kommt neben dem Dual-pixel-sensor auch der neue „Essens-modus“zum Einsatz. Der sorgt dafür, dass der Bereich um das Motiv unscharf abgebildet wird, sodass dieses besonders zur Geltung kommt. Samsung simuliert hier also eine offene Blende, geht dabei allerdings noch einen Schritt weiter.
Denn während eine weit geöffnete Blende beispielsweise in der Porträtfotografie lediglich den Hintergrund unscharf macht, während der Vordergrund mit dem Gesicht scharf ist, reicht beim „Essens-modus“die Unschärfe fast rund um das Motiv. Das bedeutet, dass Sie ein Objekt entsprechend positionieren müssen, um nicht aus Versehen in den Unschärfebereich zu kommen. Zudem ist mit einer Blende von f1,7, wie sie das Galaxy S6 (Edge) und das Galaxy S7 (Plus) bieten, eine zusätzliche Unschärfefunktion eigentlich überflüssig.
Fazit: Mit dem Dual-pixel-sensor bringt Samsung eine echte Verbesserung hinsichtlich der Autofokus-geschwindigkeit und der Bildschärfe. Bei dem Essens-modus handelt es sich jedoch in erster Linie um eine Spielerei, die die Smartphones gar nicht nötig hätten.
Sony: Dreifach-sensor mit aufgestecktem Speicher
Sony setzt bei seinem High-end-modell Xperia XZ Premium auf Technologien, die der Hersteller bereits in seinen Digitalkameras der Alphaund Cybershot-reihen benutzt hat und noch verwendet. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Bildsensor: Dieser ist in der „stacked“genannten Bauweise gefertigt, er hat also den Speicherbaustein direkt auf dem Sensor sitzen, wodurch sich aufgrund der kürzeren Verarbeitungswege die Bildinfos bis zu fünfmal schneller auslesen lassen.
Hinzu kommt, dass Sony – ähnlich wie Samsung beim Galaxy S8 (Plus) – beim XZ Premium im Vergleich zum Xperia XZ die Pixel größer gemacht hat, sodass sich die lichtempfindliche Fläche des Sensors vergrößert. Die Sensormaße sind hingegen gleich geblieben, dafür sinkt die Auflösung von 23 auf 19 Megapixel.
Der verbaute Sensor ist – wie sämtliche Exmorr-sensoren aus dem Hause Sony – ein Bsisensor (backside illuminated, rückseitig be-
leuchtet). Er wurde quasi verkehrt herum in das Smartphone eingebaut, sodass sich Leiterbahnen und Schaltungen auf der Rückseite des Chips befinden und die lichtempfindliche Fläche des Sensors nicht beeinträchtigen. Dreifach-sensor-technologie: Zusammen mit dem gestapelten Bildsensor gehören ein Laser-autofokus-sensor sowie ein Rgbc-infrarot-sensor zur sogenannten „Dreifach-sensor-technologie“. Der Laser-autofokus-sensor misst die Zeit zwischen dem Senden des Lasers und dem Erkennen der Reflektion, um die Entfernung zum Motiv festzustellen und scharfzustellen. Er funktioniert also ähnlich dem Afhilfslicht bei Digitalkameras und arbeitet sehr schnell. Nachteil eines Laser-af: Seine Reichweite ist zumeist begrenzt, wodurch bei weiter entfernten Motiven dann doch wieder eine Kontrast- oder Phasenvergleichsmessung zum Einsatz kommen muss.
Der Rgbc-infrarot-sensor misst Angaben von Sony zufolge „die sichtbaren Farben und Infrarot-informationen zur Anpassung des Weißabgleichs und fängt naturgetreue, lebendige Farben ein.“Das bedeutet, dass der Weißabgleich des Smartphones nicht nur die Wellenlängen des Umgebungslichts ausgleicht, sondern auch das für menschliche Augen unsichtbare Infrarot-spektrum. Hierdurch lassen sich Farben besonders realistisch und gerade weiße Flächen ohne Farbstich darstellen.
Fazit: Bsi-bildsensoren sind bei Digitalkameras mittlerweile gang und gäbe, und Sony verbaut auch die Stacked-versionen in den eigenen Geräten. Darüber hinaus hat zumindest die Bsi-bauweise auch in die Mobilgeräte anderer Hersteller Einzug gefunden. Der Laser-af mag schneller sein, als der Kontrast- und Phasenvergleichs-af. Er eignet sich allerdings nur auf kurze Distanz.
HTC: Besonders große Fotodioden auf dem Bildsensor
HTC führte im Jahr 2013 mit dem HTC One (M7) erstmals den Begriff „Ultrapixel“ein und legte mit dieser neuartigen Sensorbauweise den Grundstein für ähnliche Technologien seitens der Konkurrenz. Denn als „Ultrapixel“bezeichnete der Hersteller damals einen Bsi-bildsensor mit lediglich 4,3 Megapixeln Auflösung, jedoch besonders großen Fotodioden (2 wm). Das Objektiv hatte eine Lichtstärke von f2,0. Drei Jahre später erschien das HTC U Ultra mit der nächsten Generation des Ultra-pixel-sensors auf dem Markt. Er hatte wieder eine höhere Auflösung von 12 Megapixeln, allerdings „nur noch“1,55 wm große Fotodioden. Im Vergleich zu den bei der Konkurrenz zum Einsatz kommenden Dioden mit etwa 1,1 bis 1,2 wm war dies aber immer noch sehr groß. Die Lichtstärke des Objektivs lag beim U Ultra bei f1,8. Ultra Pixel 3: Aktuell hat HTC das U11 als Topmodell im Sortiment, dazugehörig den Ultrapixel-sensor in Version 3. Hier liegt die Auflösung bei 12,2 Megapixeln und die Größe der Fotodioden bei 1,4 wm. Das Objektiv hat die Lichtstärke f1,7. Neu ist hier auch das Autofokus-verfahren, das über einen Phasenvergleich arbeitet. Hierbei teilt sich jedes Pixel in zwei Fotodioden auf, die beide – ähnlich dem Samsung-verfahren – für den Phasenvergleich und die Aufnahme der Bildinfos zuständig sind. Fazit: Große Fotodioden fangen mehr Licht ein als kleine. Insofern hat HTC mit seinem Ultrapixel-sensor eine Revolution gestartet. Allerdings ist der Hersteller zwischenzeitlich zurückgerudert: Aus 2 wm wurden 1,4 wm und aus 4,3 Megapixeln nun 12,2 Megapixel. Immerhin bleibt das Objektiv des HTC U11 mit f1,7 fast konkurrenzlos lichtstark. Der Dual-pixel-sensor zeigt auch bei HTC seine Vorteile.
LG: Zwei Kameras und Zwei-farben-blitz
Das LG G6 wartet laut Herstellerangaben mit einer „Dual-hauptkamera“auf. Dabei handelt es sich tatsächlich um zwei Kameramodule mit jeweils 13 Megapixeln sowie einem Objektiv mit unterschiedlicher (nicht näher genannter) Festbrennweite: Die eine Kamera eignet sich wegen ihres Aufnahmewinkels von 125 Grad und der Objektivlichtstärke von f2,4 in erster Linie für Weitwinkelaufnahmen. Das zweite Kameramodul arbeitet mit einem Aufnahmewinkel von 71 Grad und das Objektiv mit einer f1,8-blende. Es eignet sich für Aufnahmen mit „normaler“Brennweite.
Diese Art der künstlichen Brennweitenverlängerung war bereits in zwei Kodak-digitalkameras zu finden, nämlich der Kodak V570 und der V610. Die speziellen Weitwinkelobjektive sollten die ansonsten bei kurzer Brennweite übliche Verzeichnung reduzieren. Die Technik hat sich aber nie durchgesetzt, Kodak brachte keine weiteren Modelle mehr auf den Markt.
Zweifarbiger Blitz: Das LG G6 verfügt über einen sogenannten Dual-tone-flash, der für eine bessere Farbwiedergabe sorgen soll. Da die weiße LED, die in der Regel beim Blitzen ausgelöst wird, aufgrund ihrer Farbtemperatur einen Blaustich im Bild verursachen würde, kommt beim Dual-tone-blitz eine zusätzliche gelbliche LED zum Einsatz, die den Farbstich beim Blitzen ausgleicht.
Das Problem des Farbstichs beim Blitzen tritt auch in der Fotografie auf. Digitalkameras haben deshalb entweder einen speziellen Weißabgleich für den Blitzeinsatz zur Auswahl oder setzen entsprechende (Gel-)filter ein, um die Farbtemperatur zu korrigieren.
Bei Smartphone-kameras gehört der zweifarbige Led-blitz dagegen mittlerweile zur Standardausstattung und ist aus diesem Grund – teils mit bis zu vier LEDS – auch in den Mobilgeräten anderer Hersteller zu finden.
Fazit: Mit der Zwei-kamera-lösung kann LG in seinem Smartphone ein optisches Zoom simulieren, wie es beispielsweise auch Apple im iphone 7 Plus tut. Die Frage bleibt jedoch, ob das etwas umständliche Umschalten zwischen den Kameras beim Nutzer ankommt. Bei Digitalkameras hat es nicht funktioniert. Dagegen ist der zweifarbige Blitz ein wirksames Mittel gegen Blaustich.
Huawei: Leica-objektiv und Doppelsensor
Der chinesische Hersteller Huawei hat sich für seine Top-modelle P10 und P10 Plus – wie auch schon für den Vorgänger P9 – den bekannten Objektivhersteller Leica mit an Bord geholt. Eine derartige Kooperation ist für Leica nichts Neues: Das deutsche Traditionsunternehmen stellt seine Objektive seit Jahren für verschiedene Kompaktkameras von Panasonic zur Verfügung. Darüber hinaus hat sich Leica natürlich auch mit den eigenen Kameras – analog wie digital – einen Namen gemacht, sodass an ein Smartphone mit Leica-objektiv hohe Erwartungen gestellt werden.
Bei Digitalkameras mit Leica-objektiv wurden diese Erwartungen nicht immer erfüllt. Außerdem fertigen auch andere Smartphone-hersteller hochwertige Objektive für die eigenen Smartphones und Kameras, die dafür vielleicht nicht so bekannt sind wie Leica. Hier sind vor allem Samsung und Sony zu nennen: Samsung hat sich zwar mittlerweile aus dem Kamerageschäft zurückgezogen, das Objektiv-knowhow aus Zeiten der Nx-kameras ist jedoch immer noch vorhanden. Sony hingegen stattet seine eigenen Kompaktkameras weiterhin mit eigenen Linsen aus (oder welchen von Zeiss) und hat zudem hochwertige Wechselobjektive für seine Alpha-modelle im Sortiment. Die technische Grundlage dafür bildete größtenteils der Kauf der Kamerasparte Minoltas im Jahr 2006. Dual Camera: Im Fall des Huawei P10 kommt allerdings nicht nur ein simples Leica-objektiv zum Einsatz, sondern die „Leica Dual Camera 2.0“. Sie besteht aus zwei Leica-objektiven vom Typ Summarit-h mit jeweils einer Lichtstärke von f2,2 und zwei Bildsensoren mit 20 beziehungsweise 12 Megapixeln. Das P10 Plus wartet sogar mit der „Leica Dual Camera 2.0 Pro Edition“auf. Hier setzt Huawei auf zwei Summilux-h-objektive von Leica mit jeweils f1,8 und zwei Bildsensoren mit 20 beziehungsweise mit 12 Megapixeln.
Bei beiden Geräten nimmt der 20-Megapixelsensor das Motiv in Graustufen für die richtige Schärfe auf und lässt sich auch einzeln nutzen. Der 12-Megapixel-rgb-sensor kümmert sich um die korrekten Farben. Der Bildprozessor berechnet anschließend aus beiden Aufnahmen das optimale Bild. Der Ansatz ist vielversprechend: Grundsätzlich bieten Monochromsensoren durch das Wegfallen der roten, grünen und blauen Farbfilter des sonst üblichen Bayer-patterns eine höhere Lichtempfindlichkeit als Farbsensoren und bilden daher auch mehr Details ab. Der zusätzliche Sensor im P10 und P10 Plus macht also durchaus Sinn.
Dem Hersteller zufolge sollen sich die Kameras der beiden Smartphones besonders für Porträtfotografie eignen, wobei sich hinter Marketingausdrücken wie „Flavor Studio“, „Dynamic Illumination“& Co. in erster Linie bekannte Technologien wie Gesichtserkennung, automatische Belichtungssteuerung und Hintergrundunschärfe verstecken – allesamt Features, die in sämtlichen aktuellen Smartphones stecken. Die Umsetzung und Qualität dieser Funktionen hängt zwar auch vom verwendeten Objektiv ab, aber eben genauso von der Bildverarbeitung beziehungsweise der Cpu-leistung. Fazit: Ein prominenter Name als Objektivhersteller lässt die Erwartungen steigen, ist aber
kein Garant für Qualität. Dafür verspricht die Dual Camera mit ihren zwei Sensoren für unterschiedliche Bildinfos eine hohe Aufnahmequalität. Vor allem der Monochrom-sensor ist eine echte Bereicherung.
Motorola: Dual-pixel-autofokus und Dual-blitz
Im G5 Plus von Motorola kommt eine Autofokus-technologie zum Einsatz, welche der von Samsung und HTC ähnelt. Motorola nennt sie „Dual-pixel-autofokus“und verspricht eine schnelle Fokussierung durch das Aufteilen eines Pixels in zwei Fotodioden. Farbausgleichender Dual-led-blitz: Wie in vielen aktuellen Smartphone-kameras steckt auch im Motorola G5 Plus ein zweifarbiger Led-blitz. Er gleicht mit einer zusätzlichen gelblichen LED den Farbstich aus, den die weiße LED verursacht, die in der Regel beim Blitzen zum Einsatz kommt.
Fazit: Der Dual-pixel-sensor sorgt für schnelles und präzises Fokussieren. Der Zweifarbblitz hilft effektiv gegen Farbstiche.
Honor: Doppelsensor und „Weitwinkelmodus“
Honor ist ein Tochterunternehmen des chinesischen Telekommunikationsherstellers Huawei, das sich vor allem auf günstige Mobilgeräte spezialisiert hat. Bei der Kameratechnik profitiert Honor vom Knowhow des Mutterkonzerns: Im Honor 8 sowie im Honor 8 Pro stecken – wie auch beim Huawei P10 und P10 Plus – jeweils eine Dual-kamera mit Monochromund Rgb-sensor, die beide mit 12 Megapixeln auflösen. Auf das Promi-objektiv verzichtet Honor zugunsten des Preises – das spart im Schnitt jeweils 200 Euro. Immerhin hat die in den Honormodellen verwendete Linse eine Blende von f2,2 – wie das Leica-objektiv im Huawei P10. Weitwinkelmodus: In den technischen Daten des Honor 8 Pro ist der Begriff „Weitwinkelmodus“zu finden. Damit beschreibt der Hersteller jedoch kein spezielles Feature, das Bilder mit besonders kurzer Brennweite macht. Vielmehr ist damit der 70-Grad-aufnahmewinkel der Frontkamera gemeint. Weitwinkelobjektive fertigen Aufnahmen mit einem Blickwinkel von über 60 Grad, das heißt weiter als die natürliche perspektivische Wahrnehmung der Normalbereichsobjektive mit einem Blickwinkel von 40 bis 50 Grad.
Fazit: Wie bereits bei Huawei angemerkt, verspricht die Zwei-sensoren-lösung auch bei Honor eine verbesserte Bildqualität. Der „Weitwinkelmodus“ist dagegen nur ein etwas überzogener Begriff für das Frontkameraobjektiv.
BQ: Dual-pixel-phasenerkennung und „null Auslöseverzögerung“
Im Aquaris X Pro des spanischen Herstellers BQ kommt der Samsung-sensor 2L7 zum Einsatz. Wie schon beim hauseigenen Galaxy S8 und S8 Plus ist auch der Sensor im Aquaris X Pro für den Phasenerkennungs-autofokus und die Aufnahme der Bildinformationen zuständig. BQ nennt diese Technologie, die für eine besonders schnelle Fokussierung sorgen soll, ebenfalls „Dual Pixel“. Unterstützt wird sie von einem Objektiv mit f1,8-blende.
Zero Shutter Lag: Diese mit „Null Auslöseverzögerung“übersetzte Funktion soll im BQ Aquaris X Pro zusammen mit einer Mehrbildverarbeitung insbesondere bei wenig Licht für bessere Bilder sorgen: Die Kamera schreibt ständig zehn Bilder in den Zwischenspeicher. Drücken Sie den Auslöser, so werden die sechs besten Aufnahmen zu einem Foto zusammenmontiert. Eine ähnliche Funktion ist bei Kameras bereits länger bekannt, etwa von Casio. Fazit: Der Dual-pixel-sensor sorgt sowohl für schnelle als auch für präzise Fokussierung sowie mehr Bilddetails. Die Bildmontage für bessere Fotos bei wenig Licht kann funktionieren – vorausgesetzt, die Verarbeitungszeit dauert nicht zu lange und das Smartphone heizt dabei nicht zu stark auf.
Fazit: Die neue Technik hat (fast) immer Hand und Fuß
Klar, die Marketingausdrücke klingen toll und lassen einen etwas an der tatsächlichen Leistung der Smartphone-kameras zweifeln. Doch beinahe sämtliche Unternehmen, die mit Begriffen wie „Dual Pixel“, „Dual Camera“und „Dual Flash“um sich werfen, haben entweder selbst Erfahrung im Kamerabereich oder sich zumindest einen Profi ins Boot geholt.
Selbst wenn einiges davon etwas dick aufgetragen und eigentlich gar nicht erforderlich wäre, kann man dennoch getrost über den Werbe-talk hinwegsehen und einfach nur die spannenden neuen Kameratechniken in den Smartphones genießen.