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Pentax‘ Entwicklungsabteilung hat heute ausgewählten Journalisten eine neue Technik präsentiert, mit deren Hilfe sich die Auflösung eines Bildsensors auf knapp das Doppelte steigern lassen soll:

Die Theorie ist einfach: Zwei Aufnahmen werden in sehr schneller Folge gemacht, dazwischen wird der Sensor um einen möglichst großen Wert versetzt. In der Praxis allerdings muss die Seitwärtsbewegung so schnell erfolgen, dass die beiden Aufnahmen „verwacklungstechnisch“ wie eine Einzelaufnahme wirken – die Gesamtzeit muss unter 1/1000 s bleiben. Außerdem gilt es, die Sensordaten der beiden Einzelaufnahmen extrem schnell auszulesen und zu einem Einzelbild zu kombinieren.

Das Prinzip ist nicht ganz neu: So werden Digitalkameras (z.B. die Hasselblad H3DII-39MS Multishot) und Camcorder (etwa JVCs Everio GZ-MG505) mit „Pixel-Shift“ angeboten – zwischen zwei Aufnahmen wird der Sensor um ein paar wenige Pixel versetzt, was insbesondere der Farberfassung, weniger der Auflösung, zugute kommt.

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Die Pentax-Ingenieure allerdings wollten mehr: die Auflösung sollte merklich gesteigert werden. Sichtlich mehr Auflösung erzielen Lösungen wie PROSHIFT+ von Novoflex – zwei oder mehr Aufnahmen mit jeweils versetzter Kamera sorgen für einen deutlichen Auflösungsschub. Die Aufnahmezeit für die Einzelaufnahmen allerdings summiert sich aufgrund der manuellen Bedienung doch beträchtlich, die Teilbilder können erst hinterher in der Bildbearbeitung montiert werden.

Die bekannte Bildstabilisierung per Sensorshift schien den Forschern dann vom Prinzip her ideal geeignet, einen beweglichen Sensor zur Auflösungserhöhung zu nutzen, da auch die Bildstabilisierung noch mit der kürzestmöglichen Verschlusszeit funktionieren muss, der Shift-Vorgang an sich also schnell genug erfolgt.

Die theoretischen Grundlagen waren damit gelegt. Ein Problem, das die Forscher lösen mussten, bestand darin, den Sensor um ausreichend große Strecken zu bewegen – bislang musste er ja nur um wenige Pixel, sprich Nanometer, bewegt werden, um das Bild effektiv zu stabilisieren. Die Herausforderung bestand nun darin, die Verstellwege ausreichend groß auszulegen, ohne sie zu über Gebühr zu verlangsamen. Dank APS-C-Sensor 15,7×23,5 mm, der ja in einem prinzipiell zu großen, nämlich für 24×36 mm bemessenen, Gehäuse sitzt, war ausreichend Platz für die notwendige Bewegung vorhanden.

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Pentax reklamiert nun für sich, dass es den Ingenieuren des Unternehmens tatsächlich gelungen sei, den Sensor ausreichend schnell übers volle 24×36-Format zu bewegen, erste Prototypen jedenfalls seien vielversprechend, so die Pentax-Verantwortlichen (siehe Abbildung des Funktionsprinzips links). Der 15,7×23,5 mm große APS-C-Sensor steht dabei für die erste Aufnahme im Linksanschlag des 24×36-Feldes (von der Kamerarückseite aus gesehen), um dann für eine zweite Aufnahme auf Rechtsanschlag zu schnellen. Laut Pentax benötigt die extrem schnelle, berührungs- und damit reibungsfrei arbeitende, Magnet-Mechanik für den gesamten Ablauf nur knapp 1/16.000 s.

Eine fast noch größere Herausforderung, so die Pentax-Entwickler, sei das schnelle Auslesen der Sensordaten gewesen. Man habe das durch einen Parallelspeicher gelöst: Sobald der Sensor an einer der beiden Seitenkanten anschlage, nutze man die beim Abbremsen auftretenden Beschleunigungskräfte, um die Daten parallel und extrem schnell auslesen zu können: Die würden beim abrupten Abbremsen gewissermaßen in einem Rutsch vom Bildsensor in den Parallelspeicher geschleudert.

Statt einer Sensorfläche von bislang 15,7×23,5 mm (APS-C) kann Pentax nun effektiv 15,7×36 mm nutzen – statt beispielsweise 10 Megapixeln werden so rund 15 Megapixel aufgezeichnet. In einem weiteren Schritt wollen die Pentax-Ingenieure den Bildsensor drehbar lagern – für eine Pixelerhöhung schwenkt der dann sofort ins Hochformat, so dass sich nahezu das gesamte Kleinbild-Bildfeld erfassen bzw. die Auflösung tatsächlich verdoppeln lässt: 23,5×36 mm und – beispielsweise – 20 statt 10 Megapixel wollen die Pentax-Forscher schon bald erreichen.

Dies Verfahren sei, so Produktmanager Wolfgang Baus von Pentax Europe, auch kostengünstig zu realisieren: Ein kleinerer Sensor sei nun einmal immer erheblich preiswerter zu fertigen als ein doppelt so großer – Pentax geht davon aus, dass sich künftige Kameramodelle mit der neuen Technologie nur um ca. 50 Euro verteuern werden – und das bei möglicherweise doppelter Auflösung.

Pentax hat das Verfahren Anfang des Jahres 2008 zum Patent angemeldet und rechnet schon Mitte 2008 mit der Serienreife. Künftig sollen Pentax-Fotografen dann zwischen zwei Modi wählen können: Im Modus „IS“ ist die Bildstabilisierung aktiv, im Modus „PS“ die höhere Auflösung. Ob vielleicht schon zur photokina 2008 mit einem neuen Modell zu rechnen ist, dazu wollten sich die Pentax-Mannen nicht äußern.

Noch ist nicht endgültig geklärt, ob es möglich sein wird, diese Funktion auch den aktuellen Pentax-Modellen per Firmware-Update beizubringen. Klar ist jedoch schon, dass das allenfalls in einem Modus „PS-slow“ bzw. „PS-low“ möglich sein wird, bei dem die Verschlusszeitenwahl automatisch auf 1/5 s und länger beschränkt wird, der Verstellweg auf 1/3 der Sensorabmessungen begrenzt ist (das entspräche aber immerhin einem Auflösungungsgewinn von 33 Prozent). Ist doch die bislang verbaute Elektronik und Anti-Shake-Mechanik nicht in der Lage, größeren Auslenkungen zu folgen, den dabei auftretenden Beschleunigungskräften standzuhalten und größere Datenmengen schnell genug auszulesen.

(thoMas)