Fujifilm X-Trans Sensor – Scharfe Bilder ohne Moiré

Fuji hat die X-Pro1 vorgestellt.Eine spiegellose Digitalkamera im Retro-Look mit wechselbaren Objektiven und optisch-/elektronischem Hybrid-Sucher. Also so etwas wie eine X100 mit Bajonett. 16 Megapixel, 3″ Display, ISO bis 25.600. So weit, so gut, so wenig Neues. Aber es gibt Neues…

Neuer Sensor

Ein digitaler Bildsensor ist eigentlich Farbenblind, er sieht nur Hell und Dunkel, weiß also, wie viele Photonen auf einen bestimmten Bereich gefallen sind. Das Ergebnis ist ein sehr scharfes Graustufenbild. Um Farbe ins Bild zu bringen, gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten:

• Über jeden Bildpunkt des Sensors einen Farbfilter legen. Dabei auf den Bildpunkten abwechselnd Farbfilter für Rot, Grün und Blau verteilen. Beim Auslesen der Helligkeitswerte ist dann bekannt, für welchen Farbkanal der jeweilige Wert steht. Verteilt man diese Farbfilter nun so, dass man pro Bildpunkt jeweils benachbarte Pixel mit heranziehen kann, um für jeden Bildpunkt alle 3 Farbwerte zu erhalten, so erhält man ein farbiges Pixel.
  Der Vorteil ist, dass das Licht jeden Pixel mit voller Kraft trifft. Der Nachteil ist, dass die Farbwerte für jeden Pixel interpoliert werden. Die Farbauflösung liegt also deutlich unter der tatsächlichen Sensorauflösung.
• Mehrere Sensoren in Schichten untereinander anordnen, so wie es der analoge Film auch macht. Hier hilft die Physik. Die einzelnen Wellenlängen des Lichtes haben die Eigenschaft, unterschiedlich tief in Materialien eindringen zu können. Zuerst trifft das Licht dabei auf die obersten Sensoren, die als Blau interpretiert werden. Darunter liegt eine weitere Schicht für die grünen Werte und schließlich die unterste Schicht für die roten Werte. Diese Sensoren bezeichnet man auch als Foveon-Sensoren.
  Der Vorteil ist, dass die Farbauflösung genauso hoch ist wie die Sensorauflösung in der Fläche. Der Nachteil ist, dass so ein Sensor im Prinzip 3x so viele Pixel benötigt (in Schichten untereinander) und das macht ihn aufwendiger zu produzieren und teurer.

Fuji hat sich bei X-Pro1 für die erste Variante entschieden, hat diese aber etwas abgewandelt.

Normalerweise verwenden die Sensoren eine bestimmte Farbfilter-Anordnung, die auch als Bayer-Array bekannt ist. Diese Anordnung ist sehr regelmäßig aufgebaut und dadurch sehr schnell und einfach auszulesen und zu verarbeiten.

Man muss sich vorstellen, dass immer ein 2×2 Pixel großer Block genommen wird um je ein rotes, blaues und zwei grüne Farbwerte zu erhalten. Diese Vier Pixel ergeben zusammen ein Farb-Pixel. Dann geht man genau einen Pixel weiter und nimmt wieder einen 2×2 Block. Erneut bekommt man je ein blaues und ein rotes sowie zwei grüne Pixel und so weiter. Der Haken ist die regelmäßige Anordnung des sehr kleinen Arrays. Ein Block ist 2×2 Pixel groß, danach wiederholt sich exakt derselbe Block in der Horizontalen und in der Vertikalen. Diese Regelmäßigkeit begünstigt die Bildung von sogenannten Moiré Mustern. Um diese ungewollten Muster zu vermeiden, hat man vor den Sensor einen Low-Pass- / Antialiasing-Filter gepackt. Einfach gesagt macht dieser Filter das Bild etwas unschärfer bevor es auf den Sensor trifft.

Fuji hat sich nun eine andere Verteilung der Farbfilter ausgedacht um die Verteilung etwas zufälliger wirken zu lassen. Sie schreiben, dass sie sich dabei vom analogen Film inspiriert haben lassen. Wie auch immer, wirklich zufällig kann es nicht sein, weil beim Auslesen der Werte ja bekannt sein muss, welcher Farbwert sich hinter welchem Pixel verbirgt. Aber schaut Euch mal die neue Anordnung rechts im Bald an. Es sind vier 3×3 Blöcke die jeweils ein grünes X zeigen. Die blauen und roten Filter sind dann jeweils um 90° versetzt angeordnet. Das führt dazu, dass sich das gesamte Array erst alle 6×6 Pixel wiederholt. Man kann weiterhin kleine 2×2 Blöcke auslesen um jeweils einen roten und einen blauen sowie zwei grüne Farbwerte zu erhalten, das Muster variiert aber bei jedem Pixel den man weiter geht. Laut Fuji soll dies genügen, um die Moiré-Bildung zu vermeiden.

Fazit

Das positive Ergebnis ist, dass bei der Fuji X-Pro1 dadurch auf den Antialiasing-Filter verzichtet werden konnte, was wiederum besonders scharfe und Detailreiche Fotos verspricht. Der Nachteil ist, dass man dieses Array nicht mehr so einfach auslesen kann wie das Bayer-Array und daher einen schnelleren Prozessor benötigt. Wie gut sich das neue Farb-Array schlägt und wie sparsam der neue Prozessor arbeitet, das wird sich zeigen, wenn die X-Pro1 erst einmal in freier Wildbahn anzutreffen ist. Beispiel-Fotos gibt es derzeit bei Fujifilm direkt, wobei ich für eine Beurteilung lieber auf Fotos warte, die von unabhängigen Fotografen erstellt wurden.

Links

Video vom Fuji-Stand der CES. Es wird das Menü und die Bedienung der X-Pro1 gezeigt
Video – Fuji Guys stellen die X-Pro1 vor