Brigitte und Thorsten H. strahlen. Vor wenigen Stunden sind die beiden Düsseldorfer zum erstenmal Großeltern geworden. Und jetzt hat Thomas H., ihr in den USA lebender Sohn, ein Foto ihres Enkelkindes geschickt – per E-Mail. Aufgenommen hat er es mit seiner neuen Digitalkamera, von der er das Bild auf seinen PC übertragen hat.
In den folgenden Monaten hält Thomas H. die wichtigsten Augenblicke im Leben des Babys fest: Er fotografiert es beim Baden, und er lichtet den ersten Zahn seines Sprößlings ab. Die schönsten Bilder stellt er ins World Wide Web. Seine Freunde und Verwandten, die über die ganze Welt verstreut sind, können sich das virtuelle Fotoalbum jederzeit anschauen.
Wer die entsprechenden Stichwörter in ein Internet-Suchprogramm eintippt, stößt auf unzählige private Bildersammlungen im Netz – viele davon mit Familienbildern. War Fotografie früher eine eigenständige Branche, wächst sie unter dem Schlagwort Multimedia mit der digitalen Welt des Computers zusammen – ein Trend, der sich im September auch auf der weltgrößten Fachmesse Photokina ’98 in Köln zeigen wird. Noch nie haben dort so viele Hersteller aus der Computerszene einen Stand gebucht wie in diesem Jahr. Sie zeigen Bildbearbeitungs-Software, elektronische Speichermedien, Scanner und Fotodrucker. Besonders Digitalkameras wollen sie den deutschen Freizeitfotografen schmackhaft machen.
Nach Schätzungen der Gesellschaft für Konsumforschung (GfK) konnten deutsche Händler 1997 gerade einmal 80000 Digitalkameras absetzen, während im gleichen Zeitraum 3,9 Millionen konventionelle Fotoapparate verkauft wurden. Neidisch schauen deutsche Produktmanager nach Fernost, wo sich 1997 rund eine Million Japaner mit der digitalen Technik eindeckten. Doch der Trend macht Hoffnung: “Die Zuwachsraten sind enorm”, sagt Marion Knoche von der GfK. Der Absatz digitaler Kameras hat sich hier im Vergleich zum Vorjahr mehr als verdoppelt. 1998 dürften die Verkaufszahlen erneut deutlich steigen, denn gleich mehrere Hersteller haben inzwischen Megapixelkameras für Preise um 1000 Mark im Programm.
Der Begriff “Megapixel” weist auf die Auflösung der lichtempfindlichen Halbleiterchips hin, die in Digitalkameras die Aufgaben des Films übernehmen. Je mehr Bildpunkte – Pixel – sie enthalten, desto mehr Details lassen sich auf den Fotos erkennen. Megapixel-Chips sind aus mindestens einer Million Pixel aufgebaut und gelten bislang als Spitzenklasse im digitalen Amateurbereich. “Man muß schon sehr genau hinschauen, um bei einem Abzug der Größe 10 mal 15 Zentimeter einen Unterschied zwischen einem digital und einem konventionell aufgenommenen Foto zu erkennen”, urteilt Ulrik Blasek, Abteilungsleiter Digitale Amateurfotografie bei Fujifilm in Düsseldorf. Erst mit zunehmender Vergrößerung zeigen digital abgelichtete Bilder Pixelrasterungen, wo Abzüge vom Negativ noch zufriedenstellende Ergebnisse liefern.
“Wir sehen digitale Kameras noch nicht als Konkurrenz zu normalen Fotoapparaten”, meint Blasek. Beide haben ihre Anwendungsgebiete, die sich kaum überlappen: Die althergebrachten Apparate sind nach wie vor attraktiver, wo es um Freizeitfotos geht, von denen anschließend hochwertige und trotzdem preisgünstige Abzüge gewünscht werden. Die digitale Technik ist im Vorteil, wenn die Aufnahmen schnell zur Verfügung stehen müssen und im Rechner weiterverarbeitet werden sollen.
“In Deutschland geht bislang nur ein kleiner Teil der Digitalkameras an Hobbyfotografen”, sagt Wolfgang Göddertz, Produktmanager bei der Agfa Deutschland Vertriebsgesellschaft in Köln. “Die Mehrzahl der Käufer nutzt die Geräte beruflich.” Darunter sind Makler, die ihr Immobilienangebot ablichten sowie Gutachter und Versicherungen, die Schadensfälle fotografieren. Auch Industriebetriebe und Mediziner fotografieren digital. Drei Beispiele:
Die Esslinger Index-Werke bebildern mit Hilfe von Digitalkameras ihre technischen Dokumentationen und Handbücher. Lagen früher nur technische Zeichnungen an den Arbeitsplätzen aus, setzt der Maschinenbaubetrieb jetzt auch auf Fotos. “Mit Hilfe der Kameras lassen sich die Unterlagen schnell aktualisieren, wenn sich Produktionsabläufe ändern”, erläutert Reiner Winnerlein, der für die Arbeitsvorbereitung zuständig ist. Dafür reiche eine einfache Bildqualität aus. Der bayerische Autobauer BMW schickt die digitalen Bilder der Arbeitsabläufe über Telefonleitung sogar bis in sein südafrikanisches Werk. Auf diese Weise kann dort eine identische Fertigungslinie für den neuen 3er BMW aufgebaut werden. Die Berufsgenossenschaftliche Klinik Stadt Halle Bergmannstrost hat insgesamt 13 Digitalkameras gekauft. In jedem Operationssaal steht den Ärzten ein Gerät zur Verfügung, mit dem sich Fotos etwa für Lehrveranstaltungen oder Tagungen machen lassen.
“Um Digitalkameras auch für Privatkunden attraktiv zu machen, müssen einige Hindernisse aus dem Weg geräumt werden”, meint Agfa-Mann Göddertz. Der Kauf einer Kamera reicht nicht. Der Nutzer braucht auch einen Rechner und einen guten Fotodrucker. Wer damit aber seine digitalen Urlaubsfotos auf hochwertigem Spezialpapier ausdrukken will, muß mehr zahlen als für einen Abzug vom Negativ und bekommt zudem eine schlechtere Bildqualität. Die Kamerahersteller wollen deshalb schrittweise Dienste anbieten, wie sie bei der konventionellen Fotografie Standard sind. “In Zukunft werden Fotogeschäfte neben Filmpatronen auch die Wechselspeicherkarten aus Digitalkameras annehmen”, prophezeit Göddertz. Agfa hat dafür digitale Schnittstellen entwickelt, die an Minilabors angeschlossen werden können, wie sie heute in Express-Fotoshops stehen.
Nach den Vorstellungen von Fuji soll der Fotoladen der Zukunft ein digitales Dienstleistungszentrum sein, in dem die Bilddateien als Papierabzug in beliebigem Format, als Glückwunschkarte aber auch auf Tassen oder T-Shirts ausgedruckt werden können. Wer seine Fotos archivieren möchte, kann sich dort eine CD-ROM brennen lassen. Die ersten Geschäfte dieser Art hat Fuji in Japan eröffnet. In Deutschland müssen sich die Kunden noch mit virtuellen Servicecentern im Internet begnügen. Über die Webseiten von Fuji und Kodak kann man Bilddateien in die Labors der beiden Unternehmen schicken, die Papierabzüge kommen per Post ins Haus.
In den USA bietet Kodaks “PhotoNet online” die Möglichkeit, Online-Fotoalben im Web aufzubauen, die mit einem Passwort gegen unbefugte Zugriffe geschützt sind. Für eine monatliche Gebühr stellt das Unternehmen Speicherplatz auf seinem Rechner bereit. Von praktisch jedem Ort der Erde kann man darauf zugreifen und online Papierabzüge bestellen. Durch eine Kooperation mit 9000 Geschäften in den USA können auch Nutzer konventioneller Fototechnik ihre Bilder ins Web stellen: Die Filme werden automatisch digital eingescannt. Wer seine Papierabzüge und Negative abholt, bekommt als Zugabe ein Paß-wort für sein persönliches Fotoalbum im Internet. Einen Monat lang bleiben die Bilder kostenlos zugänglich. Wer diese Zeit verlängern will, muß zahlen.
Der Grundstein für das heutige Geschäft mit digitalen Bildern wurde vor fast 30 Jahren in den Forschungslabors des US-Telefongiganten AT&T gelegt. Die Bell Laboratories galten zu dieser Zeit als Mekka der Industrieforschung. Zwei ihrer Mitarbeiter – Willard Boyle und George Smith – hatten 1969 die Idee für ein neues Datenspeichermedium. Sie erfanden die CCD (Charged Coupled Devices), die dann allerdings wegen ihrer Eigenschaft, Licht in elektrische Signale umzuwandeln, nicht als Speicher, sondern als Fotosensor weiterentwickelt wurden. Heute finden sie sich in fast allen Digitalkameras (siehe Kasten links).
Die US-Firma Fairchild Electronics baute auf der Grundlage der Bell-Erfindung 1974 die ersten echten Vorläufer der heutigen Digitalkameras: CCD-Chips mit 10000 Pixeln. Im gleichen Jahr wurde einer dieser Sensoren in ein Teleskop eingesetzt und zur Aufnahme eines astronomischen Fotos genutzt.
Für die neuen Chips interessierte sich das Militär genauso wie die NASA. Heute findet sich die Technik in Aufklärungssatelliten und -flugzeugen. Die Bilder vom Hubble-Teleskop oder von der letztjährigen Mars-Mission der NASA wurden mit der CCD-Technik aufgenommen. Dagegen hatten frühere Sonden, etwa die Voyager-Modelle, die Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun erkundeten, sogenannte Vidikons an Bord – große und schwere Vakuumröhren. Erst in den letzten Jahren wurden CCD-Fotoapparate auch für Normalverbraucher erschwinglich. Aber noch immer kostet eine Digitalkamera mit Megapixelauflösung meist über 1000 Mark – erheblich mehr als eine herkömmliche Kamera mit vergleichbarer Ausstattung. Wolfgang Göddertz von Agfa prophezeit jedoch schon für die nächsten Monate deutlich niedrigere Kamerapreise: “Ein wichtiger Meilenstein auf diesem Weg wird die Photokina im September sein.”
Die Preise könnten weiter unter Druck geraten, wenn sich eine zweite Art von Sensoren durchsetzt. In jüngster Zeit nutzen einige Hersteller die billigeren CMOS-Chips (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Wie CCD besitzen sie eine dünne Schicht aus Siliziumoxid, die auf einem Siliziumwafer aufgebracht ist.
Die beiden Technologien unterscheiden sich in einigen wichtigen Details: CCD können nur in extra für diesen Zweck konzipierten Produktionsanlagen gefertigt werden, während CMOS die am weitesten verbreitete Methode in der Chipfertigung ist. 90 Prozent aller heutigen Halbleiterchips stammen aus CMOS-Fabriken. Das macht es möglich, Kamerasensoren praktisch nebenbei in bereits genutzten Fertigungsanlagen herzustellen. Große Chiphersteller können damit fast mühelos in die Fotobranche einsteigen.
Branchenriese Intel hat diesen Schritt im letzten Jahr getan und bietet jetzt einen Kernbausatz für Digitalkameras an, der einen CMOS-Sensor sowie die Bildverarbeitungs-Elektronik und -Software enthält. Die Käufer dieses Systems müssen dann noch für die restlichen Bestandteile der Kamera – vor allem Optik und Gehäuse – sorgen. Die Firma Polaroid hat neben anderen Unternehmen bereits ein Abkommen mit Intel geschlossen und will noch in diesem Jahr eine eigene CMOS-Digitalkamera fertigen.
CMOS-Sensoren können neben den lichtempfindlichen Einheiten auch die Elektronik zur Verarbeitung der Bildinformation aufnehmen, die bei CCD auf externe Chips ausgelagert werden muß. Dadurch lassen sich kleinere, leichtere und billigere Kameras herstellen, die außerdem noch weniger Strom verbrauchen als ihre CCD-Konkurrenten. In punkto Bildqualität schlagen die CCD-Kameras ihre Herausforderer allerdings noch um Längen. CMOS-Sensoren versagen bei schlechten Lichtverhältnissen. Außerdem haben sie mit einem relativ starken Signalrauschen zu kämpfen, das die elektronische Bildinformation verwischt. “CMOS steht erst am Anfang der Entwicklung, während CCD fast am Ende sind”, ist Bob Caspe, Chef des amerikanischen CMOS-Kameraproduzenten Sound Vision, überzeugt.
Eine der innovativsten Anwendungen von CMOS-Sensoren stammt von Imagek, einer Abteilung der kalifornischen High-Tech-Firma Irvine Sensors Corporation. Ihr “EFS-1 Electronic Film System” ermöglicht digitales Fotografieren mit herkömmlichen Kleinbildkameras. Dazu entwickelte Imagek einen Einsatz, der die Form einer Filmpatrone hat und einfach an deren Stelle in den Fotoapparat eingelegt wird. Das elektronische Fotosystem enthält einen CMOS-Sensor mit Megapixelauflösung und kann bis zu 30 Bilder speichern. Weil die kleine Patrone keinen Platz für ein Wechselspeichermedium bietet, müssen die Bilder per Kabel auf den heimischen Rechner übertragen werden.
Imagek plant die Markteinführung Ende des Jahres und peilt einen Preis unter 1000 Dollar an. “Wir wollen besonders Fotografen ansprechen, die hochwertige Spiegelreflexkameras nutzen und auch digital nicht auf Wechselobjektive, ihr Zubehör und die zahlreichen Einstelloptionen verzichten möchten”, sagt Bruce Totty, der stellvertretende Marketingchef von Imagek. Ähnliche Eigenschaften bieten bislang nur digitale Profikameras, die allerdings nicht unter 50000 Mark zu haben sind. Die billigeren Geräte für Normalverbraucher haben dagegen meist den Standard einer konventionellen vollautomatisierten Kleinbild-Sucherkamera, die dem Fotografen kaum manuelle Veränderungen der Belichtung ermöglicht.
Völlig mühelos lassen sich mit diesen Kameras immerhin Panoramabilder schießen, für die Fotografen früher eine spezielle Ausrüstung brauchten. So gab es für Rundumfotos extra für diesen Zweck hergestellte Kameras, die auf einem Stativ steckten und motorgetrieben gleichmäßig um 360 Grad rotierten.
Die Aufnahme von digitalen Panoramen ist viel unkomplizierter. Inzwischen bieten mehrere Firmen – zum Beispiel die kalifornischen Softwareschmieden Videobrush und LivePicture – Programme an, die digitale Bilder im Rechner selbständig zusammenpuzzeln. Beim Fotografieren muß man nur noch darauf achten, daß sich die Einzelaufnahmen etwas überlappen. Die Nahtstellen findet die Software dann automatisch. Auch Fotografen mit traditionellen Kameras können von dem Verfahren profitieren – wenn sie ihre Abzüge durch Einscannen in digitale Daten umwandeln.
Mitten im Geschehen steht der Betrachter der Bilder, wenn er eine interaktive Viewing-Software verwendet: Der Bildschirm zeigt dann nur den Ausschnitt des Panoramas, der dem menschlichen Gesichtsfeld entspricht. Mit Maus und Tastatur kann man sich in das Foto hineinzoomen, seinen Blick nach oben und nach unten lenken oder sich um die eigene Achse drehen. In den USA setzten bereits vereinzelt Makler solche Panorama-Aufnahmen ein, um potentiellen Kunden Häuser und Appartements im Internet vorzustellen.
Frischgebackene Väter wie Thomas H. könnten dort nach einem neuen Appartement für die vergrößerte Familie suchen.
So funktionieren lichtempfindliche Sensoren
Charged Coupled Devices (ladungsgekoppelte Einrichtungen) dienen in den meisten Digitalkameras als lichtempfindliche Sensoren. Sie bestehen überwiegend aus Silizium: Das Substrat, also die Grundplatte eines CCD-Chips (Bild oben), ist aus reinem Siliziumkristall aufgebaut. Darüber liegt eine dünne Siliziumdioxid-Schicht (SiO2).
Über winzige Metallkontakte wird an verschiedenen, systematisch angeordneten Stellen des CCD eine Spannung angelegt. Dadurch entstehen in einzelnen Regionen Potentialtöpfe – Speicherbehälter für Elektronen. Jeder dieser Töpfe repräsentiert einen Bildpunkt – ein sogenanntes Pixel – und ist mit einem hauchdünnen roten, grünen oder blauen Filter überzogen, um Farbbilder aufzunehmen.
Sobald Licht auf den Chip fällt, werden Elektronen freigesetzt, die sich in den Töpfen sammeln. Die Anzahl der Elektronen, die in der Belichtungszeit eingefangen wird, dient dabei als Maß für die Lichtmenge und wird später als elektrische Ladung gemessen. Hochwertige CCD-Sensoren bestehen aus über einer Million Pixeln, die zum Beispiel in 960 Zeilen und 1280 Spalten angeordnet sind.
Die Chips sind so aufgebaut, daß die Ladungsinformation nicht direkt aus jedem Pixel abgerufen werden kann. Deshalb wird nach jedem Schnappschuß ein umständlich anmutendes Verfahren gestartet: Die Ausleseeinheit liegt an der ersten Pixelreihe an. Sie ruft die gespeicherte Ladung aus den Bildpunkten dieser Zeile ab und gibt sie zur Verarbeitung an die Elektronik weiter. Daraufhin wird die Ladung der ersten Reihe gelöscht. Die Ladung in den anderen Pixeln rückt daraufhin jeweils eine Zeile weiter. Die Ladungen jeder Reihe sind auf diese Weise mit denjenigen der darunterliegenden Reihe gekoppelt – daher der Name Charged Coupled Device.
Der Auslese- und Verschiebevorgang wiederholt sich so lange, bis die gesamte Information gelöscht ist. Erst danach ist die Kamera wieder aufnahmebereit.
Infos im Internet
Arbeitskreis Digitale Fotografie http://www.adf.de/
Digitalfotografie-Kurs mit Links http://www.shortcourses.com/contents.htm
Kodak Photonet http://kodak.photonet.com/cgi-pv/ok.pl?0/account_home.html
Frank Fleschner
