Der Photoeffekt Eine elektromagnetische Welle (z.b. Licht) mit einer bestimmten Frequenz auf Metallatom trifft können verschiedene Effekte auftreten.

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1 Digitale Aufnahmetechnik Südholt Fragenkatalog DIN A4 21 x 29,7 Elektronische Bildsensoren Der Photoeffekt Eine elektromagnetische Welle (z.b. Licht) mit einer bestimmten Frequenz auf Metallatom trifft können verschiedene Effekte auftreten. 1. Das Atom wird durch die Lichtenergie in Schwingungen versetzt und erwärmt sich 2. Die Energie ist so groß das ein Elektron ins Leitungsbad gehoben wird elektrischer Strom = INNERER Photoeffekt (CMOS und CCD Bildsensoren) 3. Die Energie der Welle reicht aus um ein Elektron soweit anzuregen, das es die Metalloberfläche verlässt äußere Photoeffekt (PMT Photomultipier Bildsenor) Die Energie die ein Strahlungsquanten transportiert, ist um so höher, je kürzer die Wellenlänge ist. Blaues Licht transportiert fast doppelt soviel Energie wie rotes Licht. Um ein elektronisches Bild aufzunehmen: 1. Motiv muss in einzelne Bildpunkte (Pixel) zerlegt werden. Während der Belichtung dürfen die Fotoelektronen nicht ihren Ort verlassen. 2. Die Fotoelektronen müssen aus dem Sensor ausgelesen werden und pro Pixel digitalisiert werden. (A/D Wandler). Anhand Daten werden Helligkeitswerte ermittelt und wieder zu einem Bild zusammengesetzt. PMT's (Photomultipier Tube) Vakkum Lichtsensor nutzen äußeren Photoeffekt sehr gute Tiefendiffernzierung Erfassen nur einen Bildpunkt daher nur in Trommelscannern CCDs (Charged Couple Devices) Bestehen aus einer Reihe (Zeilensensor) oder einer Matrix (CCD-Array) von verbundenen Fotodioden. In diesen wird durch den Inneren Photoeffekt Elektronen freigesetzt, die während der Belichtungszeit in einer Potentialmulde gesammelt werden. Elektronenbarriere verhindert ein Überlaufen, der Elektronen in benachbarte Bereiche bei Überbelichtung (Blooming) CCD-Bauformen in hochwertigen Scannern bei großen Vorlagen Objektiv notwendig um auf Sensorbreite zu verkleinern in Flachbettscanner Lichtweg wird gefaltet Technik ausgereift guter Dynamikumfang

2 Full-Frame-CCD kein Videobild erzeugbar während des Auslesevorgangs muss CCD durch Verschluss abgedeckt sein lichtempfindliche Fläche : fast 100% Interline-Transfer-Verfahren 1. Parallele Verschiebung aus den Fotodioden in vertikale Schieberegister 2. Parallele Verschiebung aus den vertikalen Schieberegistern in ein horizontales Schieberegister 3. Serielle Auslesung aus dem horizontalen Schieberegister zum A/D Wandler - kein mechanischer Verschluss notwendig - Videobild möglich - Nachteil: verkleinerung der lichtempfindlichen Fläche (Apertur) dieser kann durch MicroLinsen ausgeglichen werden Abbildungsfehler möglich durch Blindbereiche der Dioden Frame-Transfer-CCD zwei identisch paralle Schieberegister nebeneinander, Image Array = Lichtempfindlich und Storage Array = Lichtunempfindlich aus Image Array direkt ins Storage Array geschoben und dort seriell auslesen Videobild möglich CCD und CMOS-Sensoren sind farbenblind. Zerlegung in drei Grundfarben Rot Grün und Blau nötig. Dafür gibt es verschiedenen Möglichkeiten: 1-Shot Kamera: auf Pixeln sind winzige Farbfilter angeordnet, die nur eine Farbe passieren lassen. Für Blau, Grün ODER rot empfindlich. Fehlende Farbinfo durch Interpolation gewonnen, was zu lasten der Farbwiedergabe und Detailschärfe führt. Bei fast allen Sensoren wird das sog. Bayer Mosaikfilter vewendet bei dem das Verhältnis R:G:B 1:2:1 ist. CMOS APS (Complementary Metal Oxid Semiconductor)(Activ Pixel Sensor) Jedes Pixel enthält neben der lichtempfindlichen Photodiode eine Vielzahl von Transistoren welche Ladungspakete auswerten und in Spannungssignale umwandeln. Direkte Adressierung der Pixel und die Integration von Verarbeitungsmodulen (Weißabgleich, Unscharfmaskierung,...) In Kompaktkameras Verstärktes Rauschen geringe Apertur (50% Pixelfläche) CMOS sind heutzutage in vielen Belangen CCD Sensoren ebenbürtig

3 Merkmale CCD CMOS Lichtempf mittel hoch Apertur hoch mittel Rauschen niedrig mittel / hoch Dynamik hoch mittel Blooming ja nein Stromverbrauch hoch niedrig Kosten hoch mittel Abbildungsprobleme bei Digitalkameras erhöhte IR-Empfindlichkeit IR-Sperrfilter vor Sensor Sperrfilter führt zu Schärfeverlut vor allem bei schräg einfallenden Lichtstrahlen Rauschen bei hohen ISO Einstellungen im Schatten in homogenen Flächen (viel Licht = viel Fotoelektronen, wenig Licht = wenig Fotoelektronen = viel Dunkelstrom = viel Rauschen) je kleiner die Pixel desto rauschanfälliger Grundrauschen steigt mit der Temperatur des Sensors Blooming tritt nur bei CCD's auf wird durch überlaufkanäle behoben Morre (Störmuster) durch Tiefpassfilter zu reduzieren, Filter reduziert die Schärfeleistung der Objektive Bei Rückteilen für Fachkameras findet man keine Microlinsen und Tiefpassfilter. Wegen schräg einfallender Lichtstrahlen. Dateiformate JPEG, MEPG = Lossy RAW, PSD = non lossy TIFF mit ZIP / LZW (non lossy) Native Formate: (Ursprungsformate) gehören zu einer Anwendung (z.b. PSD Photoshop) lassen sich nur mit Einschränkungen von anderen Programmen nutzen. Austauschformate: z.b. JPEG, TIF; auf allen Programmen nutzbar Offene Formate/frei Formate: PNG, DNG Propritäre Formate (nicht frei): RAWs

4 Container Formate: z.b. ZIP, RAR, PDF Header, Kopf beinhalten Metadaten (Daten über Daten), Exif Kameradaten Pixelorientierte Formate (TIF) / Vektorbasierende Formate ( AI Illustrator) math. Linien, Kurven, Flächen, beliebig Skalierbar kleine Dateigröße für detailreiche Bilder nicht geeignet GIF Indizierte Farben, Transparenz, Animation, speichert keine Druckformate, keine Pfade PNG offenes Format, bis 16 Bit/Kanal, kleiner als JPG, Transparenz, verlustfrei, CM fähig, kein CMYK TIFF Dateianhänge mit Zusatzinfos (Farbraum, Profile), Ebenen, Kanäle, CMYK, Transparenz PSD Natives Format, komprimiert verlustfrei, speichert alle PS Besonderheiten, ideal für Zwischenspeicherung, kein Austauschformat BMP altes Windows Format, keine Pfade, Ebenen, kein CMYK PS Seitenbeschreibungssprache, definiert Layouts und zwar unabhängig von der Auflösung des Ausgabegeräts JPEG austauschformat, CMYK, Pfade, 16Bit/Kanal, Exif-Daten, Druckgröße, Progressiv JPEG PDF feste Einbindung von Text, Bild, Ton, Film; relativ kleine Dateigröße durch ZIP, Jgeg div.schutzfunktionen, PDF präsentation, kostenloser Areader, Seitenorientiert, Verlinkungen Cropfaktor Ist ein Faktor mit dem sie die reale Brennweite multiplizieren müssen um das kleinbildäquivalent zu erhalten. Merke: Größerer Sensor dann multiplizieren kleinerer Sensor dann teilen

5 Archivierung Wichtige Daten tendenziell auf DVDs sicherer untergebracht RAID Redundant Array of Independent Disks (DISKETTEN) Von RAID ist bei der Langzeitarchvierung eher abzuraten, denn beim Abgleich mit neuem Rechner hapert es oft; Datengrab: Diskette, ZIP = Verschwunden mit Lesegeräten Redundanz ist ein wichtiger Faktor Brennprogramme bieten Überprüfungen an nutzen! Dateivergleichsprogramme Güte der gebrannten Rohdaten zu testen spezielle Testsoftware SMART Funktion warnt rechtzeitig vor möglichem Ausfall Bevor alter PC weg, kucken ob neuer PC auf Daten zugreifen kann Zugehörige Software mit den Daten speichern alte Betriebssysteme virtualisieren Papier hält bis zu 500 Jahre!!! Ordnerstrukturen Bildarchiv strukturieren (C:/Bildarchiv/2011_04_23 Urlaub Spanien) Nachvollziehbare Speicherstruktur Verschlagwortung mit Metadaten. _ ABC 123 sind sinnvoll, ÄÜÖ vermeiden Dateinamen sollten immer Endungen haben Kurze Namen vergeben Zu RAWs noch JPEG Kopien anlegen Um Konsistenz des Bildarchivs sicherzustellen sollte jede Datei im Bildarchiv abzuspeichern Einfacher Zugang zum Bildarchiv FAT 32 läuft auf allen drei Systemen (auch Playstation) Verschlagwortung EXIF Schreibt die Kamera automatisch Datum, Brennweite, Belichtungszeit, Blende, ISO, Kameraname, verwen. Objektiv Direkt in Header von JPEGs und RAW geschrieben Exif hilft zu verwalten großer Bildbestände IPTC International Press Telecommunications Council Standard bietet eine Reihe Felder für Name Fotograf, Copyright seit 1990 Standardisierung des IPTC-Standards fehlt Für jede Datei egal wie exotisch sie ist, kann XMP speichern SideCar Dateien wenn eine Einbettung nicht möglich ist nicht jede Anwendung kann Metadaten auslesen Pro Contra Metadaten ohne sind professionelle Bildarchive nicht zu verwalten Kompatibilitätsprobleme für eine Archivierungssoftware entscheiden und dieser über Jahre treu bleiben!

6 Ein digitales Bildarchiv benötigt permanente Pflege sonst droht der Verlust aller Bilder auf einen Schlag Scanner / Sensortechnologien Dual Lens Scanner Zwei Auflösungen für kleine Vorlagen, Opt. Auflösung berechnen: Scanner hat eine Auflösung von 18000Pixel, Scannt ein Dokument von 21 cm Höhe / 21 cm = 857 ppcm = 2100 ppi (inch) Flachbettscanner Zeilensensor CCD Trommelscanner PMT Sensor Einzugsscanner / Dokumentenscanner Zeilensensor CCD Handscanner Zeilensensor Filmscanner (DIASc.) Zeilensensor Scanback Zeilensensor Nachteile Trommelscanner Nur flexible Vorlagen Hoher Aufwand bei Bestückung Newtonringe (spezielles Öl) mechanisch aufwendig - > teuer Wartungsintensiv Vorteile Optische Auflösung = ppi hohe maxdichte d.h. Dichteumfang groß sehr gute Schattendifferenzierung rauschfreie Daten Scanauflösung Hasselblad Flexilight Hohe Auflösung (kein Spiegel) keine Newtonringe Auflösung abhängig von : 1. Vorlagenart 2. Ausgabeverfahren 3. Ausgabegröße Halbtonausgaben über Fotobelichter oder Thermosublimationsdrucker Halbtondrucker sind in der Lage ein Pixel mit einen Druck/Belichterpunkt im Halbton zu erzeugen.

7 [ SA (Scannauflösung) = DA (Druckauflösung) * S (Scalierungsfaktor) ] Scannauflösung bei Offsetdruck = Rasterdruck, d.h. Pixel als Bildpunkte setzen sich aus einzelnen Druckpunkten zusammen. Rasterweiten 1. Zeitungsdruck 40 Linien pro cm (101 lpi = 40x2,54 cm) 2. Akzidenzdruck 60er Rasterdruck ( nicht periodischer Druck) 3. Kunstdruck 70 80er Raster SA = Druckraster (DR) * Q(ualitätsfaktor) * S(calierungsfaktor) QF = 2 Contact Image Sensor (CIS) direkter Kontakt mit der Vorlage kein verkleinerndes Objektiv notwenig max ppi Scanner mit CIS sehr flach Preiswert Dynamikumfang + Maximaldichte eher gering kaum Schärfentiefe Stromsparende LEDs Flachbettscanner benötigt ein Objektiv (verkleinern) Brennweite darf nicht zu kurz sein, da sonst Vingetierungen + Verzeichnungen Spiegelsystem um Lichtweg zu falten Kontrast- und Auflöseverlust