Bildprozessor

Der Bildprozessor - auch als Bildverarbeitungs-Engine, Bildverarbeitungsprozessor oder Bildverarbeitungssystem bezeichnet - ist eine der wichtigsten Komponenten einer Digitalkamera. Neben dem Objektiv und dem Bildsensor spielt er eine wesentliche Rolle bei der Herstellung des digitalen Bildes. Seine Güte ist für die Qualität der Aufnahme mitentscheidend.

Die Fotodioden des Bildsensors erkennen lediglich Grauschattierungen. Zur Gewinnung von Farbinformationen werden die einzelnen Pixel mit Farbfiltern für Rot, Grün und Blau (RGB) versehen. Diese Filter sind zumeist nach der Bayer-Matrix angeordnet, d. h., neben je einem roten und einem blauen befinden sich zwei grüne Pixel. Da jede Fotodiode nur die Farbinformationen für genau ein Pixel aufzeichnet, wären ohne Bildprozessor neben jedem roten und blauen Bildpunkt zwei grüne zu sehen.

Der Bildprozessor ist eine Kombination aus Hardware (Prozessoren) und Software (Algorithmen). Er berechnet beispielsweise anhand der vom Bildsensor gelieferten Daten über die Chrominanz (Farbton und Farbsättigung) und Luminanz (Helligkeit) der individuellen Pixel die korrekten Farb- und Helligkeitswerte für jeden einzelnen Bildpunkt. Je besser die verwendeten Algorithmen, umso natürlicher die Farben und umso ausgewogener der Kontrast.

Dieser Prozess der Bilddatenverarbeitung ist äußerst komplex und beinhaltet viele verschiedene Abläufe. Sein Erfolg hängt wesentlich von der "Intelligenz" der verwendeten Algorithmen ab. Die wichtigsten Eigenschaften des Digitalbildes, auf die der Bildprozessor entscheidend Einfluss nimmt, sind:

Inhaltsverzeichnis

Farbdarstellung

Der Bildprozessor wertet die Farb- und Helligkeitswerte jedes einzelnen Pixels aus und vergleicht die Informationen mit denen der benachbarten Bildpunkte. Ein komplexer Algorithmus berechnet die korrekte Farbe und Helligkeit des jeweiligen Pixels. Gleichzeitig analysiert der Bildprozessor das gesamte Bild, um die korrekte Kontrastverteilung zu ermitteln. Durch die Anpassung des Gammawertes (Erhöhen oder Verringern des Kontrastumfangs der Mitteltöne des Bildes) werden feine Farbverläufe - etwa bei der menschlichen Haut oder dem Blau des Himmels - realistischer dargestellt.

Rauschunterdrückung

Als Rauschen werden Störungen bezeichnet, die bei allen elektronischen Schaltkreisen auftreten. Auf Digitalfotos zeigt sich Bildrauschen in Form von unregelmäßig auftretenden Bildpunkten, die in Farbe und/oder Helligkeit von der Umgebung abweichen. Verstärkt wird der Effekt durch höhere Umgebungstemperaturen, kürzere Belichtungszeiten oder höhere ISO-Einstellungen.

Bei hohen ISO-Werten (= hoher Empfindlichkeit des Sensors) wird das elektronische Signal im Bildsensor angehoben und somit gleichzeitig das Rauschen verstärkt, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis sinkt. Der Bildprozessor versucht, Bild- und Störsignale voneinander zu trennen und so das Rauschen zu unterdrücken. Dies ist insbesondere bei Bildbereichen mit feinen Detailstrukturen schwierig. Werden diese fälschlicherweise vom Bildprozessor als Rauschen betrachtet und behandelt, verlieren sie an Zeichnung.

Glatte und scharfe Kanten

Nachdem die Farb- und Helligkeitswerte für jedes Pixel interpoliert wurden, zeichnet der Bildprozessor die Aufnahme etwas weich, um eventuelle Farbabweichungen in einzelnen Pixeln auszugleichen. Um dennoch ein scharfes und detailreiches Bild zu erhalten, werden anschließend Kanten und Konturen nachgeschärft. Die Qualität des Ergebnisses hängt davon ab, wie gut der Bildprozessor Kanten erkennt und diese glatt und ohne Überschärfen reproduziert.

Geschwindigkeit

Besonders angesichts der stetig steigenden Megapixel-Zahl bei Digitalkameras ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Bildprozessors zunehmend wichtig. Um Wartezeiten im Arbeitsablauf möglichst auszuschließen, müssen sie also auch hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit ständig optimiert werden.

Die Bildprozessoren unterschiedlicher Hersteller tragen verschiedene Bezeichnungen:

Canon - DIGIC
Nikon - EXPEED
Olympus - TruePic
Panasonic - VENUS Engine

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