For­scher am Mas­sa­chu­setts Insti­tute of Tech­no­logy (MIT) haben eine Sen­sor­tech­no­lo­gie ent­wi­ckelt, die über­be­lich­tete Bild­par­tien sicher ver­hin­dert. Dabei wird die Belich­tungs­zeit einer jeden Pho­to­zelle auf dem Bild­wand­ler auto­ma­ti­sch redu­ziert, sobald diese ihre Sät­ti­gungs­grenze erreicht hat. Ein sehr ähn­li­ches Ver­fah­ren hat Sony im ver­gan­ge­nen Jahr in den USA paten­tie­ren lassen.

Heu­tige Digi­tal­ka­me­ras können einen Dyna­mik­um­fang von gut 10 Licht­wert­stu­fen (EV) repro­du­zie­ren. Das stellt zwar einen großen Fort­schritt gegen­über einem Dia­film dar, der nur eine Dyna­mik von ca. 6 EV ver­kraf­tet, bleibt aber noch weit hinter den Fähig­kei­ten des mensch­li­chen Auges zurück. Das kann näm­lich bereits ohne Adap­tion einen Kon­trast­un­ter­schied von ca. 14 EV ver­ar­bei­ten. Um bei sehr kon­trast­rei­chen Moti­ven zulau­fende Schat­ten oder aus­fres­sende Lich­ter zu ver­mei­den, hilft in der Foto­gra­fie heute nur ein recht umständ­li­ches Ver­fah­ren: die Sze­ne­rie wird mit einer Belich­tungs­reihe erfasst, und die so gewon­ne­nen Auf­nah­men werden zu einem HDR-Bild mit Zeich­nung von den tiefs­ten Schat­ten bis in die hells­ten Lich­ter ver­eint.

Modula Camera: HDR-Bild

Im Gegen­satz zu einer (a) her­kömm­li­chen Kamera kann die (b) „Modulo Camera“
einen nahezu unbe­grenz­ten Dyna­mik­um­fang auf­zeich­nen und daraus ein
© HDR-Bild gene­rie­ren.

 

Zwar bieten heute viele Digi­tal­ka­me­ras eine HDR-Auto­ma­tik, die das Ver­fah­ren deut­lich ver­ein­facht. Es setzt aber nach wie vor sta­ti­sche Motive sowie eine fixierte Kamera voraus. For­scher am MIT in Boston haben nun eine Tech­no­lo­gie vor­ge­stellt, die es ermög­licht, ein HDR-Bild quasi in einem Durch­gang auf­zu­neh­men. Dabei wird, grob gesagt, eine Sen­sor­zelle ent­la­den, sobald sie maxi­mal gesät­tigt ist; unmit­tel­bar danach beginnt die Auf­zeich­nung erneut. Auf diese Weise stößt eine Sen­sor­zelle nie­mals an ihre Ladungs­grenze, aus­ge­fres­sene Lich­ter werden ver­mie­den. Eine intel­li­gente Signal­ver­ar­bei­tung muss jetzt nur noch fest­hal­ten, wie oft die ent­spre­chende Sen­sor­zelle ent­la­den wurde, um aus diesen Daten im Verein mit dem zuletzt gelie­fer­ten Span­nungs­wert den end­gül­ti­gen Hel­lig­keits­wert zu berech­nen.

Modulo Camera: Blockschaltbild

Herz­stück des „Modulo Sen­sors“ ist ein Puls­fre­quenz­ge­ne­ra­tor, der für jede Pho­to­zelle
einen Impuls an den Signal­pro­zes­sor wei­ter­lei­tet, sobald deren Sät­ti­gung nach Errei­chen
ihrer Grenze zurück­ge­setzt wurde.

 

Die For­scher am MIT haben eine auf diesem Ver­fah­ren basie­rende „Modulo Camera“ ent­wi­ckelt, eine Bezeich­nung, die dem Begriff „modu­lare Arith­me­tik“ ent­lehnt ist. Gegen­über den heu­ti­gen HDR-Ver­fah­ren erlaubt es die am MIT ent­wi­ckelte Tech­no­lo­gie, ein HDR-Bild aus nur einer Auf­nahme zu erzeu­gen – ein immen­ser Vor­teil bei der Foto­gra­fie kon­trast­rei­cher Sport- und Action­mo­tive. Die For­scher am MIT beto­nen jedoch, dass bis zur Seri­en­reife der neuen Tech­no­lo­gie noch einige Jahre ins Land gehen können.

Sony: Sensortechnologie

Auch Sony arbei­tet an einem Bild­sen­sor, bei dem die ein­zel­nen Pho­to­di­oden
unter­schied­lich lange belich­tet werden können.

 

Für ein ähn­li­ches Ver­fah­ren wie am MIT wurde Sony im letz­ten Jahr in den USA ein Patent erteilt. Dabei besteht aller­dings der Sensor nicht aus Pho­to­di­oden, die ihre Belich­tungs­zeit dyna­mi­sch ändern können, son­dern aus zwei ver­schie­de­nen Arten von Zellen: Die einen dienen der Belich­tung auf einen Mit­tel­wert, zusätz­li­che Sen­sor­zel­len zeich­nen mit einer stark ver­kürz­ten Belich­tungs­zeit auf. Ein nach­ge­schal­te­ter Pro­zes­sor sorgt dann dafür, dass die jeweils kor­rekt belich­te­ten Pixel als Bild gespei­chert werden. Das Ver­fah­ren ist sicher­lich um eini­ges simp­ler als das der Modulo Camera, ließe sich dafür jedoch deut­lich schnel­ler rea­li­sie­ren. Zudem beschreibt das Sony-Patent auch, wie sich die Tech­no­lo­gie zur nach­träg­li­chen Reduk­tion von Bewe­gungs­un­schärfe ein­set­zen lässt.

Wei­ter­füh­rende Infor­ma­tio­nen:
Unbounded High Dynamic Range Photography using a Modulo Camera
Patentveröffentlichung von Sony

(Martin Vieten)