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Der rätselhafte Nikon-Sensor

Der gestapelte Sensor der Nikon Z9 erregte zunächst Aufsehen, weil er so schnell auslesbar ist, dass Nikon auf einen Schlitzverschluss verzichten konnte, aber das ist bloß der technische Fortschritt. Rätselhaft ist etwas anderes: Warum hat er so viel mehr Pixel als eigentlich nötig?

Vergleicht man die Datenblätter der Nikon Z9 und Z7 II, scheinen die Eckdaten ihrer Sensoren identisch zu sein: Beide messen 35,9 mm × 23,9 mm, haben 45,7 Millionen effektive Pixel und erzeugen Bilder mit 8256 × 5504 Pixeln. Der Aufbau ihrer Sensoren ist zwar ansonsten völlig unterschiedlich, denn der Bildwandler der Z7 II besteht aus einem Chip, der der Z9 dagegen aus zwei verbundenen Silizium-Schichten, von denen die untere für die Digitalisierung und Zwischenspeicherung der Bilddaten zuständig ist – aber darum soll es hier nicht gehen.

Der rätselhafte Nikon-Sensor
Der Sensor der Nikon Z9 (Bild: Nikon)

Der Sensor der Z7 II hat insgesamt 46,89 Millionen Pixel, etwas mehr als die 45,7 Millionen effektiven Pixel, die tatsächlich in die Berechnung der Bilddaten eingehen, und das liegt im üblichen Rahmen. Ein paar Sensorpixel jenseits des Bildrands werden stets als Referenzpixel genutzt. Bei der Z9 hat der Sensor aber laut Datenblatt 52,37 Millionen Pixel, also fast sechs Megapixel mehr als nötig – früher hätte das allein schon für eine Kamera gereicht. Welchen Zweck könnten so viele anscheinend überschüssige Pixel haben?

Wir kennen solche Diskrepanzen der Gesamtpixelzahl und der effektiven Pixelzahl von den sogenannten Überformatsensoren, wie sie beispielsweise Panasonic oft verwendet hat: Man verbaut einen Sensor, der größer als das native Bildformat der Kamera ist, um bei verschiedenen Seitenverhältnissen den Bildkreis des Objektivs maximal ausnutzen zu können. Normalerweise ist es ja so: Wenn der Sensor ein Seitenverhältnis von 3:2 hat, muss man für 16:9 oben und unten Pixel abschneiden; für 4:3 und 1:1 werden links und rechts Pixel abgeschnitten. Die resultierenden Bilder haben nicht nur eine geringere Auflösung als solche im Seitenverhältnis 3:2, sie nutzen auch den Bildkreis nicht mehr optimal aus und der (diagonale) Bildwinkel schrumpft. Legt man den Sensor nun größer als für ein 3:2-Bild nötig aus, kann man für 16:9 zwar weniger Pixel in der Höhe, dafür aber mehr Pixel in der Breite nutzen. Die Pixelzahl sinkt nur wenig und der Bildwinkel bleibt gleich. Bei 4:3 (weniger Pixel in der Breite, dafür mehr in der Höhe) gewinnt man sogar an Auflösung. Nur für 1:1 sind auch die Überformatsensoren nicht mehr groß genug, aber man erhält immer noch ein besseres Ergebnis als mit einem Sensor in Nenngröße.

Ein Überformatsensor wäre eine Erklärung, nur trifft sie hier nicht zu: Die Z9 erzeugt andere Seitenverhältnisse als 3:2 allein durch Beschnitt des 3:2-Bildes, greift also auch dazu nicht auf die zusätzlichen Sensorpixel zurück.

Der rätselhafte Nikon-Sensor
Die Sensoren der Nikon Z9 (links) und Z7 II (rechts) im Größenvergleich. (Produktfotos: Nikon)

Vergleicht man hochaufgelöste Produktfotos der Z9 und Z7 II, in denen sie von vorne ohne Objektiv zu sehen sind, legt sie übereinander und bringt die Bajonette (die ja identische Maße haben) zur Deckung, dann sind auch die lichtempfindlichen Flächen ihrer Sensoren gleich groß; insgesamt scheint das Sensormodul der Z9 aber größer zu sein. Zusätzliche Pixel am Bildrand erhielten also kein Licht.

Eine Möglichkeit gäbe es noch: Vielleicht sind die Sensorpixel der Z9 ja kleiner als die der Z7 II. Dann könnten alle 52,37 Millionen Pixel auf 35,9 mm × 23,9 mm passen. Bloß würde die Z9 dann mit 8256 × 5504 Pixeln nur ein Bild von 33,4 mm × 22,2 mm erfassen, wäre also keine echte Vollformatkamera mehr, sondern hätte einen Verlängerungsfaktor von 1,07 – ein 50-mm-Objektiv hätte einen Bildwinkel entsprechend 54 mm. Das wäre dann doch schwer vorstellbar.

Oder ist es völlig anders? Vielleicht liegen die knapp sechs Millionen „überschüssigen“ Pixel ja gar nicht jenseits des Bildrands, sondern irgendwo anders – im Bildfeld? Vielleicht spielen sie irgendeine Rolle für den Autofokus? Aber das ist eine eher unwahrscheinliche Spekulation – der Sensor der Z9 bleibt vorerst rätselhaft.

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Michael J. Hußmann

Michael J. Hußmann gilt als führender Experte für die Technik von Kameras und Objektiven im deutschsprachigen Raum. Er hat Informatik und Linguistik studiert und für einige Jahre als Wissenschaftler im Bereich der Künstlichen Intelligenz gearbeitet.

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Kommentar

  1. Das ist alles Spekulation:
    vielleicht werden die zusätzlichen Pixel am Bildrand für eine bessere Bildstabilisierung genutzt. Sony macht das z. B. bei der A7SIII und A7IV, hat aber keine Pixelreserven am Bildrand und daraus resultiert bei Nutzung ein (geringer) Cropfaktor.
    Zusätzlich/alternativ könnten die Pixel am Rand für Eliminierung des Fokus-breating genutzt werden, auch hier wieder Beispiel/Vorreiter Sony (A7IV) wo bei Nutzung (wieder) ein (geringer) Cropfaktor resultiert.
    Nutzung von Bildpixeln ausschließlich für AF klingt erstmal qualitativ minderwertig, da die fehlenden Pixel für das Bild interpoliert werden müssten. Andereseits wird das bei diesen großen Auflösungen kaum auffallen.
    Vorteil könnte sein, dass die AF-Pixel größter wie z. B. zwischen den Bildpixeln positionierte AF-Pixel wären und das diese AF-Pixel mit einer getrennten Architektur unabhängig von den Bildpixeln (schneller) als diese ausgelesen werden könnten.

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