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Werbung und Wirklichkeit: Phase One und die Trichromatic-Technologie

Trichromatic-Technologie? Wenn ein Hersteller in einer seit vielen Jahren gut beherrschten Technologie einen Durchbruch verkündet, sind Zweifel angebracht. Hat Phase One mit seinem neuen Mittelformat-Rückteil IQ3 100MP Trichromatic wirklich die Bayer-Filter neu erfunden?

Das IQ3 100MP Trichromatic wird sicherlich exzellente Bilder liefern, wie man sie von einem extrem hoch auflösenden Mittelformat-Rückteil erwartet. Aber der dänische Hersteller verspricht mehr: „Bei einer Auseinandersetzung mit den am Markt verfügbaren Digitalkameras und -systemen wird schnell deutlich, dass bei einem Großteil der Sensoren eine Verringerung der Bildqualität zugunsten anderer Features in Kauf genommen wird. In die Entwicklung des Trichromatic-Sensors ist unsere jahrzehntelange Erfahrung auf dem Feld der Bilderfassung und Kameratechnologie eingeflossen. Gemeinsam mit SONY haben wir einen speziell angepassten Sensor konzipiert, der in Sachen Farbtreue keine Kompromisse eingeht.“ Nun besitzt auch der neue Sensor eine Farbfiltermatrix im Bayer-Muster; die Filterfarben sind Rot, Grün und Blau, so wie man es von fast allen Kameras her kennt. Was daran ist neu? Die erste Illustration der Farbfiltercharakteristik, die Phase One publizierte, verwirrte eher:

Phase One und die Trichromatic-Technologie

Wenn die Durchlasskurven von Phase Ones neuem Sensor wirklich so aussähen, wie in der Abbildung rechts dargestellt, wäre die Farbwiedergabe sehr schlecht. Da sich die Durchlassbereiche der Filter nicht überlappen, könnte der Sensor nur drei Farbtöne erkennen: Rot, Grün und Blau. Violett, Gelb, Orange oder Cyan gäbe es nicht, und auch Varianten der Farbsättigung wären nicht darstellbar. Lediglich Farben, die bereits durch eine Mischung verschiedenfarbiger Pigmente gebildet sind, könnten differenzierter erkannt werden, aber die reinen Spektralfarben eines Regenbogens beispielsweise würden in drei hart abgegrenzte Streifen von Rot, Grün und Blau zerlegt. Die Durchlasskurven von RGB-Filtern, die feine Differenzierungen von Farbton und Sättigung erlauben, müssten eher so aussehen wie in der Illustration links angedeutet, denn erst die Überlappung der Kurven macht das möglich. So funktionieren sowohl die farbempfindlichen Sinneszellen in der Netzhaut unserer Augen (deren Kurven sich noch viel stärker überlappen) als auch die Emulsionsschichten eines Farbfilms – und natürlich Sensoren mit RGB-Filtern im Bayer-Muster.

Phase One und die Trichromatic-Technologie

Die Empfindlichkeitskurven der rot-, grün- und blauempfindlichen Pixel von Phase Ones neuem Sensor

Die Empfindlichkeitskurven der rot-, grün- und blauempfindlichen Pixel konventioneller Sensoren, wie Phase One sie sieht

Neue, präzisere Diagramme sollten dann erklären, was Phase One tatsächlich anders macht. Sie stellten zwar klar, dass sich auch beim Sensor des neuen IQ3-Rückteils die Durchlassbereiche der drei Farbfilter (oben) überlappen, so dass fast alle Wellenlängen von zwei oder gar drei für unterschiedliche Primärfarben empfindlichen Pixel registriert werden.

 


Fehlende Beschriftungen


Leider hat Phase One auf eine Beschriftung der Achsen verzichtet, weshalb nicht recht deutlich wird, dass das letzte Viertel der beiden Diagramme schon außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt und stattdessen den Bereich des nahen Infrarot zeigt. Wären die Sensorpixel tatsächlich so empfindlich für Infrarot, wie es das Diagramm für den herkömmlichen Sensor suggeriert, würde der infrarote Anteil des Lichts die Farben dramatisch verfälschen. Einen Eindruck davon vermittelte einst die Leica M8, deren Sensor eine relativ hohe IR-Empfindlichkeit hatte. Aber selbst diese Kamera reagierte auf Infrarot nicht annähernd so empfindlich, wie es das Diagramm zeigt. Über der Schicht der RGB-Filter liegt ja noch ein UV/IR-Sperrfilter, der fast nur sichtbares Licht durchlässt.


Die (falschen) Versprechen im Detail


Die Effektivität solcher Filter ist unterschiedlich; Canon ist dafür bekannt, mit der Kombination eines Absorptions- mit einem Interferenzfilter sehr streng zu filtern, während bei Sensoren anderer Hersteller noch ein kleiner Teil des nahen Infrarot hindurch dringt. Eine IR-Kontamination ist aber heutzutage bei keinem Hersteller noch ein ernsthaftes Thema. Die effektiven Empfindlichkeitskurven der rot-, grün- und blauempfindlichen Pixel werden durch drei Faktoren bestimmt: die Empfindlichkeitscharakteristik des Chips selbst, der nicht alle Wellenlängen in gleichem Maße absorbiert, die Durchlasskurven der RGB-Filter und die Durchlasskurve des UV/IR-Sperrfilters. Berücksichtigt man alle drei Faktoren, so verschwindet der wild ondulierte Verlauf im nahen Infrarot, wie ihn Phase One bisherigen Sensoren unterstellt.

Auch am linken Rand ist ein Unterschied zu sehen: Bei herkömmlichen Sensoren haben die Rotfilter ganz links, also im Bereich des Violett, ein Nebenmaximum, das den von Phase One verwendeten Rotfiltern fehlen soll. Die Violettempfindlichkeit der Rotfilter ist allerdings kein Fehler, sondern hat ihren Sinn. Im RGB-Farbmodell ist Violett eine Mischung aus Rot und Blau. In der Realität ist die Wellenlänge violetten Lichts aber so weit von Rot entfernt, wie das innerhalb des sichtbaren Spektrums nur möglich ist; Violett wird allenfalls noch von blauempfindlichen Pixeln registriert, aber überhaupt nicht von rotempfindlichen Pixeln – wenn diese tatsächlich nur für Rot empfindlich sind. Ein Sensor wäre damit violettblind; er könnte Violett nicht von einem dunklen Blau unterscheiden.

Eben deshalb sorgt man dafür, dass die Rotfilter auch Violett durchlassen, denn erst damit lassen sich Blau und Violett unterscheiden. Bei Phase Ones Sensor gestaltet sich das bedeutend schwieriger. Man kann lediglich noch die Tatsache ausnutzen, dass sich die Durchlassbereiche der Blau- und Grünfilter teilweise überlappen. Reines Blau wird daher als Mischung von Blau und etwas Grün registriert, Violett aber als reines (wenn auch dunkles) Blau. Wenn man nun die Farben in diesem Bereich im Farbkreis verschiebt, so dass Blaugrün zu Blau und Blau zu Violett wird, kann auch ein solcher Sensor Blau und Violett unterscheiden – aber mit höherem Aufwand und vermutlich schlechterer Qualität hinsichtlich Farbdifferenzierung und Rauschen.

Phase One behauptet übrigens, durch die geringe UV-Empfindlichkeit seiner Filter auch Purple Fringing zu vermeiden, das angeblich auf UV-Licht zurückginge. Diese These wurde schon vor vielen Jahren erstmals formuliert, aber wenn es so wäre, müssten UV/IR-Sperrfilter vor dem Objektiv vor solchen Farbsäumen schützen, und das ließ sich in der Praxis nie erhärten.

Der Unterschied der Kurven am rechten Rand ist also irrelevant, weil ihn der UV/IR-Sperrfilter eliminiert, während der Unterschied am linken Rand vielmehr für den konventionellen Sensor spricht. Damit bliebe der Bereich dazwischen als Spielraum für Verbesserungen. Hier mag es einen Vorteil für Phase One geben, aber sicher ist das keineswegs – viele Durchlasskurven bekannter Sensoren sehen in diesem Bereich nicht viel anders aus als die von Phase One.


Fazit


Michael J. Hußmann

Wer auf einen anderen Hersteller setzt, sei es im Mittelformat oder mit einem System mit kleinerer Bildgröße, muss also nicht damit rechnen, von Phase One und der Trichromatic-Technologie qualitativ abgehängt zu werden. Phase One hat nicht das Rad und auch nicht die RGB-Filter im Bayer-Muster neu erfunden.

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  1. sunrisemoon

    Eine typische Aussendung einer Marketingabteilung, die nicht mal verstehen muss, welches Produkt angepriesen werden soll. Selbst für Laien sollten solche Diagramme eine Skalierung und Maßangaben besitzen, ansonsten bleiben sie Gekritzel auf Kindergartenniveau.
    Solche Ankündigungen machen nicht mal neugierig, die ausgelieferten Modelle werden zeigen, was diese Rückteile tatsächlich leisten, doch solche Ankündigungen lassen nichts Gutes erwarten.
    Marketing eben, so echt wie Koboldgold.

  2. StefanKomarek

    Na, die Werbung hat geklappt. Der Name – Phase One – wurde richtig geschrieben.
    Diese drei Worte haben mich stutzig gmeacht: „gemeinsam mit Sony“. Da war doch was? Richtig, Sony hat doch gerade erst letzte Woche weitere Informationen über die kommende Mittelformatsensor-Generation bekanntgegeben, kuckst du hier: https://www.sony-semicon.co.jp/products_en/IS/sensor2/application/index.html?pr
    Der Clue lautet „Back Illuminated“. Das gibt es von Sony seit 2011, anfangs nur für Smartphones, inzwischen auch für Kleinbild – und ab 2018 auch fürs Mittelformat.
    Sony beliefert auch Hasselblad und Fuji (GFX). Die werden dann wohl auch in den Genuss der neuen Sensoren kommen.

  3. anthra

    In M. Hußmanns Artikel gehen einige Sachen durcheinander. Er schreibt
    „Wären die Sensorpixel tatsächlich so empfindlich für Infrarot, wie es das Diagramm für den herkömmlichen Sensor suggeriert, würde der infrarote Anteil des Lichts die Farben dramatisch verfälschen.“

    Die Sensorpixel _sind_ so empfindlich, wie es das Diagramm suggeriert. Im Infrarotbereich machen alle drei Bayerfilter Rot, Grün und Blau wieder auf und lassen das Licht durch. Das Diagramm von Phase One ist korrekt.

    Natürlich haben heutige Kameras keine durch Infrarot verfälschte Farben. Das liegt aber nicht am Bayer-Filter, sondern am vor dem Sensor befestigten Infrarot- und UV-Sperrfilter. Dieser Sperrfilter ist aber nicht Teil des Bayer-Sensors (nur nebenbei, Sigmas Foveons haben auch einen), und über diesen hat Phase One nicht gesprochen.

    Natürlich ist einiges von dem, was Phase One schreibt, Marketinggeschwätz. Aber wenn man das widerlegen will, darf man nicht selbst bei den Grundlagen ins Schwimmen geraten.

    Also legen wir uns zurück und warten in Ruhe ab, was Phase One tatsächlich liefern wird.

    Eine Revolution erwarte ich aber auch nicht. Schließlich sind die Farben meiner Kamera nicht so schlecht, dass da etwas revolutioniert werden müsste.

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