„Der ISO-Wert und die Bildqualität:
Mythen, Fakten und die technische Realität”
„Der ISO-Wert und die Bildqualität:
Mythen, Fakten und die technische Realität”
„Der ISO-Wert und die Bildqualität:
Mythen, Fakten und die technische Realität”
In der modernen Fotografie hält sich hartnäckig ein Überbleibsel aus der analogen Ära, das sogenannte Belichtungsdreieck aus Blende, Belichtungszeit und ASA beziehungsweise ISO. Während die Masse der Hobbyfotografen den ISO-Wert bis heute wie einen magischen Helligkeitsregler behandelt nach dem Motto, je dunkler es wird, desto höher drehe ich ihn, um Licht einzufangen, greift diese Sichtweise an der physikalischen Realität vorbei.
Wer Fotografie als handwerkliche Disziplin begreift, muss den ISO-Wert von seinem Konsum-Dogma befreien und als das betrachten, was er technisch ist, nämlich ein künstlicher elektronischer Signalverstärker. Das Erbe des analogen Films und die digitale Photonik unterscheiden sich grundlegend. Historisch gab der ASA- oder ISO-Wert an, wie stark lichtempfindliche Chemikalien auf einem analogen Film chemisch auf Licht reagierten, wobei ein hochempfindlicher Film größere Silberhalogenidkristalle besaß, die schneller reagierten, aber auch zu einem körnigen Bild führten. Auf einem digitalen Sensor läuft dieser Prozess völlig anders ab, denn ein Sensor erzeugt durch eintreffende Photonen exakt gleich viele Elektronen, völlig unabhängig davon, ob die Kamera auf ISO 100 oder ISO 6400 eingestellt ist. Der ISO-Wert erzeugt kein zusätzliches Licht und ändert nichts an der tatsächlichen Lichtempfindlichkeit der Sensorfläche, sondern er greift erst im Nachgang ein. Um die digitale Signalverarbeitung präzise zu verstehen, muss zunächst mit einer im Massenmarkt alltäglichen Begriffsverwirrung aufgeräumt werden, nämlich der Unterscheidung zwischen Sensel und Pixel.
Das Sensel als Sensor Element ist das tatsächliche, physische lichtempfindliche Bauteil auf dem Silizium-Sensor, das als hardwarebasierte Zelle mit fester physischer Größe Photonen einfängt, in Elektronen umwandelt, diese sammelt und am Ende einen analogen Spannungswert liefert. Das Pixel as Picture Element ist hingegen das fertige, digitale Rechenergebnis, das entsteht, weil ein klassischer Bayer-Sensor pro Sensel nur einen einzigen Farbkanal für Rot, Grün oder Blau aufzeichnet und das vollwertige Bild erst durch mathematische Prozesse wie das Demosaicing beziehungsweise die Interpolation benachbarter Farbwerte sowie die kamerainterne Software gebildet wird. Hersteller werben im Marketing gerne mit Millionen von Pixeln, meinen technisch aber die physischen Senseln, während handwerklich mit RAW-Daten arbeitende Fotografen die Signale der einzelnen Senseln manipulieren, bevor sie im Entwicklungsprozess zu Pixeln auf dem Monitor verrechnet werden.
Der ISO-Wert fungiert in der Kamera als künstlicher elektronischer Signalverstärker, der als analoges Gain die elektrische Spannung des schwachen Signals aus den Senseln erhöht, bevor es an den Analog-Digital-Wandler übergeben wird. Als physischer Preis führt jede Erhöhung der elektrischen Spannung unweigerlich zu einer Verstärkung des thermischen Grundrauschens und anderer elektronischer Störfaktoren des Systems, während das Dilemma der Signal-Rausch-Verhältnisse darin besteht, dass durch das künstlich aufgeblasene Signal die Nutzinformationsdichte in den dunklen Tonwerten absinkt. Moderne Sensoren arbeiten längst nicht mehr alle nach demselben Schema, weshalb Single-Gain- und Dual-Gain-Technologien unterschiedliche Ergebnisse liefern. Bei Single-Gain-Sensoren skaliert jede Erhöhung des ISO-Wertes das Rauschen linear mit dem Signal, wodurch unüberlegt hochgeschraubte ISO-Werte unwiederbringlich Dynamikumfang in den Lichtern opfern, während Dual-Gain- beziehungsweise ISO-invariante Sensoren über umschaltbare Verstärkungskreise wie einen zweiten hardwareseitigen Gain-Step ab ISO 400 oder 800 verfügen. Hier zeigt sich die ISO-Invarianz, wonach es in bestimmten Bereichen physikalisch unerheblich ist, ob das Signal in der Kamera verstärkt oder im RAW-Entwickler nachträglich angehoben wird, da das Grundrauschen des Sensors dominiert.
Die elektronische Verstärkung kann nicht isoliert betrachtet werden, da sie untrennbar mit der Geometrie des Sensors und dem Pixelpitch als dem physischen Abstand der Sensel zueinander verknüpft ist. Bei der physischen Pixeldichte führt das Aufpressen von Millionen von Senseln auf eine kleine Sensorfläche zu einem schrumpfenden Abstand zwischen den einzelnen Bauteilen, wodurch kleinere Senseln physisch weniger Photonen einfangen, sodass das Ausgangssignal von vornherein schwächer ist und stärker per Gain hochgezogen werden muss. Moderat aufgelöste Kleinbildsensoren, wie sie in der Nikon Z6 verbaut sind, bieten durch ihren größeren Pixelpitch mehr Raum für die einzelnen Lichtsammler und liefern ein deutlich gutmütigeres Verhältnis zu Störsignalen als hochgezüchtete, hochauflösende Sensoren, wobei als unüberwindbare physikalische Grenze gilt, dass kein Sensor völlig störungsfrei ist, da quantenmechanische Gesetze und das Schrotrauschen jeder Signalverarbeitung feste Grenzen setzen.
Der ISO-Wert ist kein magischer Helligkeitsregler und kein Werkzeug zur Lichtanpassung, sondern ein technischer Eingriff in die Signalintegrität. Wer die handwerkliche Fotografie ernst nimmt, nutzt ihn nicht als gedankenlosen Automatismus, sondern versteht das Zusammenspiel aus Sensel-Architektur, Pixelpitch und elektronischer Verstärkung, um die Integrität der Rohdaten zu wahren. Ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis in den Mitteltönen bestimmt maßgeblich, ob die Bilddaten physikalisch intakt bleiben oder durch elektronische Störfaktoren kollabieren. Genau an diesem Punkt schließt sich der Kreis zur forensischen Bildvalidierung im Rahmen der Hauer-Adams-Skala (HAS). Eine präzise Kontrolle der Tonwerte und des Signal-Rausch-Verhaltens in den kritischen Zonen stellt sicher, dass die Authentizität und die feinen Abstufungen der ursprünglichen Bildinformation rein physikalisch erhalten bleiben, ohne dass unkontrollierte Artefakte die Qualität der Aufnahme kompromittieren und mindern. (Jürgen Hauer JH)
Hauer Adams Skala


























































































