Wie funktioniert eine Kamera? Einfache Erklärung.
Wie funktioniert eine Kamera? Jeden Tag werden 1,8 Milliarden Fotos im Internet ausgetauscht, die das Leben innehalten und Momente in digitale Informationspixel verwandeln. Die Fotografie ist eigentlich ebenso eine Wissenschaft wie eine Kunst für sich. Doch eine grosse Mehrheit versteht nicht, was jedes Mal passiert, wenn der Auslöser gedrückt wird, oder die Kamera-App auf dem Smartphone geöffnet wird. Wie funktioniert also eine Kamera? Mit genau dieser Frage befasst sich dieser Artikel.
Inhaltsverzeichnis
Wie funktioniert Licht?
Um zu verstehen wie eine Kamera funktioniert, musst du zuerst kurz lernen, wie Licht funktioniert. Stelle dir vor, du stehst mitten in einem Raum ohne Fenster, Türen und Licht. Was siehst du? Nun, nichts, weil es kein Licht gibt. Nun stelle dir vor, du nimmst eine Taschenlampe heraus und schaltest sie ein. Das Licht der Taschenlampe bewegt sich in einer geraden Linie. Wenn dieser Lichtstrahl auf einen Gegenstand trifft, prallt das Licht von diesem Gegenstand ab und fällt in deine Augen, sodass du sehen kannst, was sich im Raum befindet.
Alles Licht verhält sich genau wie diese Taschenlampe – es bewegt sich in einer geraden Welle. Aber das Licht prallt auch an Objekten ab, was uns erlaubt, Objekte zu sehen und zu fotografieren. Wenn Licht an einem Objekt abprallt, bewegt es sich weiterhin in einer geraden Linie. Jedoch prallt es im gleichen Winkel ab, in dem es aufprallt.
Wie bildet man ein Bild ab?
Das bedeutet, dass die Lichtstrahlen im Wesentlichen überall in alle möglichen verschiedenen Richtungen gelenkt werden. Doch wie funktioniert eine Kamera? Die erste Kamera wurde Camera Obscura genannt. Sie war eigentlich keine Kamera, sondern im Wesentlichen ein Raum mit einem kleinen Loch an einer Seitenwand. Wenn ein Lichtstrahl durch das Loch hindurchgeht, wird alles reflektiert, was in der geraden Linien liegt. Damit wird also das Bild auf die gegenüberliegende Wand projiziert. Da es eine Reflektion ist, steht es jedoch auf dem Kopf.
Während solche „Geräte“ schon lange vor der eigentlichen Fotografie existierten, wurde die Fotografie erst geboren, als sich jemand entschied, lichtempfindliches Material auf der Rückseite des Raumes zu platzieren. Wenn Licht auf das Material traf, das im Laufe der Geschichte der Fotografie aus verschiedenen Dingen (von Glas bis Papier) bestand, reagierten die Chemikalien an der Rückwand mit dem Licht und ätzen ein Bild in die Oberfläche.
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Was macht das Objektiv?
Da diese erste Kamera nicht sehr viel Licht einfing, dauerte es tatsächlich acht Stunden, um ein einziges Foto zu machen. Eine sehr lange Belichtungszeit, welche wir heute für ganz andere Effekte nutzen würden. Das Bild war auch ziemlich unscharf. Wie sind wir heute in der Lage, scharfe Bilder in Millisekunden aufzunehmen? Mit einem Objektiv. Das Licht wird zwar von Gegenständen reflektiert, kann aber auch durch Gegenstände hindurchgehen. Wenn es durch einen Gegenstand hindurchgeht, kann es auf der Austrittsseite die Richtung ändern. Ein Kameraobjektiv nimmt alle Lichtstrahlen auf und lenkt sie mithilfe von Glas auf einen einzigen Punkt um, wodurch ein scharfes Bild entsteht. Folgend siehst du das erste (von 20) Bildern in der Fotografie.
Die Fokussierung
Wenn all diese Lichtstrahlen auf einem Digitalkamerasensor oder einem Stück Film wieder zusammenkommen, erzeugen sie ein scharfes Bild. Wenn sich das Licht nicht am richtigen Punkt trifft, sieht das Bild verschwommen oder unscharf aus. Das Fokussierungssystem eines Objektivs bewegt das Glasstück (die Linse) näher oder weiter vom Sensor oder Film weg. Dadurch kann der Fotograf das Objektiv so einstellen, dass das Motiv scharf ist.
Die Entfernung spielt auch eine Rolle, wie die Objektive heranzoomen können. Wenn sich das vordere Glasstück weiter vom Kamerasensor entfernt, kommen die Objekte näher. Die Brennweite ist das Mass für den Abstand zwischen dem Ort, an dem die Lichtstrahlen zuerst auf das Objektiv treffen und dem Ort, an dem sie den Kamerasensor erreichen. Bei einem Objektiv mit einer Brennweite von 300 mm ist der Abstand zwischen Linse und Sensor also 30cm. Ein 300-mm-Objektiv gilt als Teleobjektiv oder als ein Objektiv, das in der Lage ist, weit entfernte Objekte in die Nähe zu bringen.
Film und digitale Sensoren
Wie funktioniert eine Kamera mit einem Film?
Ein Objektiv sammelt und fokussiert das Licht. Aber wie kann man diese Information denn nun aufzeichnen? Historisch gesehen waren Fotografen auch eine Art Chemiker. Filme bestehen aus lichtempfindlichen Materialien, ähnlich wie früher die Rückwand im beschriebenen Raum. Wenn diese Materialien vom Licht aus dem Objektiv getroffen werden, erfassen sie die Form der Objekte und Details wie z.B. die Lichtmenge, die von ihnen ausgeht. In der Dunkelkammer legt man den belichteten Film erneut in eine Reihe von chemischen Bädern, um schliesslich das Bild zu erzeugen. Nun weisst du auch, warum diese Filme immer in dunklen Räumen entwickelt werden. Nach der Aufnahme darf kein Umgebungslicht mehr auf die empfindlichen Materialien treffen, da es sonst weiter mit den Chemikalien reagieren würde und das Bild damit unbrauchbar wird.
Wie funktioniert eine Kamera mit einem Sensor?
Wie funktioniert also eine digitale Kamera? Während die Objektive, Techniken und Begriffe dieselben sind, ähnelt der Sensor einer Digitalkamera mehr einem Solarpanel als einem Filmstreifen. Ein Sensor ist ein rechteckiger Computerchip. Die Fläche von jedem Sensor ist in Millionen von roten, grünen und blauen Pixeln (d.h. Megapixeln) unterteilt. Wenn Licht auf das Pixel trifft, wandelt der Sensor es in Energie um, und ein im Inneren der Kamera eingebauter Computer liest aus, wie viel Energie produziert auf jedem einzelnen Pixel „produziert“ wird. Die Energie wird dann widerum so als Farbe dargestellt, wie wir sie (im Optimalfall) auch natürlich wahrnemen.
Die Funktion der Pixel
Durch die Messung der Energie, die jedes Pixel hat, kann der Sensor bestimmen, welche Bereiche des Bildes hell und dunkel sind. Und da jedes Pixel einen Farbwert hat, kann der Computer der Kamera die Farben in der Szene abschätzen, indem er sich ansieht, was andere nahegelegene Pixel registriert haben. Durch Zusammenfügen der Informationen aller Pixel kann der Computer die Formen und Farben in der Szene annähern. Eine zentrale Funktion einer modernen Kamera.
Wenn jedes Pixel Lichtinformationen sammelt, dann können Kamerasensoren mit mehr Megapixeln mehr Details erfassen. Aus diesem Grund werben Hersteller oft für die Megapixel einer Kamera. Das stimmt zwar bis zu einem gewissen Grad, aber auch die Grösse des Sensors ist wichtig. Grössere Sensoren sammeln mehr Licht, wodurch sie bei schlechten Lichtverhältnissen besser funktionieren. Wenn man viele Megapixel in einen kleinen Sensor packt, verschlechtert sich die Bildqualität, weil die einzelnen Pixel zu klein sind. Grosse Digitalkameras haben grössere Sensoren als die besten Smartphone Kameras. Das ist auch der Grund dafür, dass es mit zunehmender Dunkelheit schwierig wird, mit dem Handy zu fotografieren.
Doch wie benutzt man jetzt eine Kamera?
Alle modernen Kameras verwenden ein Objektiv und einen Sensor (oder Film), um ein Bild aufzunehmen. Aber warum können dann zwei Personen dieselbe Szene fotografieren und am Ende zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen kommen? Eine Kamera ist ein bisschen mehr als ein Objektiv und ein Sensor. Die Einstellung dieser zusätzlichen Elemente verändert das Aussehen des endgültigen Bildes. Die Kameraeinstellungen machen also den Unterschied. Die wichtigsten Rollen spielen dabei die Blende, Belichtungszeit und ISO.
Die Bildkomposition
Eine Möglichkeit, wie Bilder einzigartig werden, ist die Komposition. Dabei geht es nicht mehr um die Frage „Wie funktioniert eine Kamera“, sondern vielmehr darum, wie du deine eigene Note in ein Bild einbringen kannst. Das Objektiv einer Kamera ist nicht in der Lage, alles zu sehen. Bildkomposition ist einfach ein Begriff der beschreibt, welche Elemente einer Szene ein Fotograf einfügt und was er auslässt. Die Anpassung der Komposition ist oft so einfach wie das Bewegen in einer Szene – man kann sich sowohl vorwärts oder rückwärts als auch seitlich oder sogar kniend oder auf einem Stuhl stehend bewegen. Kleine Änderungen in der Kameraposition können einen grossen Einfluss auf das Foto haben. Doch nicht nur Kamera-Perspektiven, sondern auch beispielsweise gezielt eingebaut Elemente wie ein Baumstrunk im Vordergrund können einen Unterschied machen.
Objektive können auch dazu beitragen, die Komposition eines Fotos zu verändern. Bei Zoomobjektiven wird das Glas so zusammengesetzt, dass der Benutzer einstellen kann, wie nah oder weit entfernt der Gegenstand erscheint. Bei einer Kompaktkamera wird der Zoom oft mit einem kleinen Kippschalter oben an der Kamera durchgeführt, während DSLR- und spiegellose Objektive eine Drehkontrolle um das Objektiv herum haben. Der Zoom ist ein hervorragendes Werkzeug zum Ausschneiden von störenden Objekten.
Die Belichtung
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Fotografie ist die Belichtung, d.h. wie hell oder dunkel das Bild ist. Diese hängt von einer Reihe verschiedener Faktoren ab, die zusammengenommen bestimmen, wie viel Licht aufgezeichnet wird. Wie funktioniert die Belichtung einer Kamera?
Digitalkameras verfügen über ein eingebautes Messgerät, das die Lichtmenge in einer Szene misst. Im Automatikbetrieb wählt der Computer der Kamera die richtige Belichtung. Der Automatik-Modus ist zwar nicht perfekt und erlaubt es dir nicht, das endgültige Aussehen des Fotos anzupassen, aber du kannst (meistens) ein richtig belichtetes Bild aufnehmen, indem du den „Auto“-Modus im Kameramenü, oder bei fortgeschritteneren Kameras, eine Moduswählscheibe oben an der Kamera wählst.
Die Belichtungskorrektur
Fotografie Anfänger können die Belichtung immer noch einstellen, ohne die manuellen Modi durch Belichtungskompensation zu erlernen. Diese Funktion hellt das Bild einfach auf und verdunkelt es. Bei fortgeschrittenen Kameras wird die Belichtungskorrektur oft durch Drücken der Taste mit einem + und – Zeichen darauf und Drehen des Einstellrades in der Nähe des rechten Daumens eingestellt. Diese Funktion ist jedoch nicht nur bei fortgeschrittenen Kameras verfügbar – auf einem iPhone kannst du auf den Bildschirm tippen, dann das angezeigte Sonnensymbol berühren und deinen Finger nach oben und unten ziehen.
Das Auslösen und die Wiedergabe
Jetzt haben wir schon fast alle Antworten auf die Frage, wie eine Kamera funktioniert. Bleibt noch das Auslösen des Fotos. Wenn du den Auslöser ganz drückst, wird ein Foto aufgenommen. Wenn du ihn aber nur halb drückst, wird die Aufnahme scharf gestellt. So kannst du die Aufnahme schaff stellen, wenn du durch den Sucher schaust. Anschliessend kannst du das Foto aufnehmen.
Bei Verwendung einer Digitalkamera erscheint das soeben aufgenommene Foto auf dem LCD-Bildschirm. Falls es nicht automatisch erscheint, kannst du die Wiedergabe-Taste drücken. Dank dieser digitalen Technologie kannst du deine Bilder ansehen und neu aufnehmen, wenn dir die Komposition nicht gefällt oder du die Belichtungskorrektur anpassen musst.
Zusammenfassung
Die Technik erlaubt es zwar, mit einem Knopfdruck zu fotografieren, aber das war nicht immer so. Kameras sammeln und zeichnen das Licht mit Hilfe einer ziemlich einfachen Wissenschaft und fortschrittlicher Technologie auf. Eine Zeitmaschine mag erstrebenswerte Science-Fiction sein, aber die Kamera kann Erinnerungen für immer einfrieren.
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