Varför Kamerans Sensorstorlek Har Betydelse

Stora och otympliga spegelreflexkameror med fullformatssensorer och dussintals av megapixlar var förr i tiden synonymt med bildkvalité i världsklass. Så är inte längre fallet. Allt fler fotoentusiaster har börjat inse betydelsen av en digitalkameras bildsensor och dess stora inverkan på det slutgiltliga fotot.

Faktum är att kvaliteten och storleken på bildsensorn, i kombination med objektivet och bildprocessorn, har en avgörande roll när det kommer till bildkvalitét och därmed även det slutgiltliga resultatet. I den här artikeln kommer vi att dyka djupare ner i begreppet bildsensor och diskutera dess grunder och varför den har en fundamental roll i digital fotografering.

Vad är en digital bildsensor?

Varje digitalkamera, vare sig det är en gigantisk fullformatskamera eller en minimal mobilkamera, är utrustad med en digital bildsensor. Sensorn, som kan liknas vid ett litet luminanskänsligt chip, finns placerad i centrum av kameran, precis bakom linsen. Sensorn fungerar som en film och fångar upp den data som krävs för att skapa ett fotografi.

Genom att avlägsna objektivet på kameran så kan man se bildsensorn som ligger placerad i centrum av kameran.

 

Hur fungerar en digital bildsensor?

Mycket förenklat så kan vi säga att en digital bildsensor består utav tre lager. Sensorsubtratet, Bayerfiltret, och Mikrolinsen.

Sensorsubtratet

Basskiktet kallas sensorsubstrat och är oftast tillverkat utav silikon. Ytan på sensorsubstratet är inte helt platt, utan består utav miljontals av mikroskopiska fotokänsliga celler, som kan liknas vid ihåligheter. Varje enskild cell representerar en pixel i det slutliga fotografiet.

Så fort du trycker på avtryckaren och exponeringen påbörjas, så öppnas kamerans slutare och tillåter ljus att flöda in genom linssystemet. Ljuset träffar bildsensorn, där varje cell på sensorns yta absorberar en viss mängd ljusenergi i form av fotoner.

När ridåslutaren stängs och stryper ljusflödet så påbörjas en beräkning av antalet fotoner som absorberats av vardera cell. Kamerans bildprocessor omvandlar informationen om antalet fotoner och skapar det slutgiltiga fotografiet.

Antalet fotoner som samlats in av en cell är proportionellt mot ljusintensiteten. Ju fler fotoner som träffar en viss cell, desto ljusare kommer just denna berörda pixeln att bli. Med detta sagt, så är det korrekt att anta att celler som absorberar ljus från högdagrar kommer innehålla många fotoner, medan celler som snappar upp ljus från skuggor kommer innehålla färre fotoner. Om photositerna inte har absorberat några som helst fotoner så kommer pixeln att vara becksvart. Om cellen däremot har absorberat det maximala antalet av fotoner som den kan rymma så kommer pixeln att bli överexponerad.

Många fotoner = mycket ljus.

Viktigt att veta är att sensorn enbart kan mäta antalet fotoner (ljusintensiteten) den har absorberat. Sensorn kan emellertid inte avgöra färgtemperaturen på dessa fotoner. Med andra ord så kan sensorn på egen hand skapa enbart en monokrom bild.

Hur en pixel absorberar fotoner kan liknas med ett glas med vatten. Ponerar att pixeln är glaset och att ljusets fotoner som absorberas av pixeln är vattnet. När det kommer en droppe vatten i glaset så representerar detta den mörkast möjliga pixel som innehåller någon form av information. Ju mer vatten vi häller i glaset desto mer fyllt blir det vilket på en bild innebär att ju mer fotoner en pixel absorberar desto ljusare blir den. När glaset är fullt representerar det den ljusast möjliga pixel som går att få.

En närbild av en bildsensor på en kamera.

 

2) Bayerfiltret

Eftersom en sensor inte kan avgöra färgen på de fotoner den har absorberat så placerar man ett färgfilter, Bayerfiltert, framför varje pixel. Bayerfiltret verkar som en sköld med rollen att tillåta fotoner av en viss typ av färg strömma in i varje cell.

Filtret består av omväxlande rader av röda och gröna filter och blå och gröna filter. De röda filtret tillåter enbart röda fotoner att passera igenom och nå sensorns cell, precis som det gröna filtret enbart tillåter gröna fotoner att passera igenom, och den blå enbart tillåter blå fotoner att passera igenom. Sålunda kan blått ljus aldrig penetrera ett rött filter och vice versa.

Tack vare Bayer filtret så kan bildprocessorn både beräkna antalet fotoner som sensorn absorberat, men också hur många fotoner av varje färg. Om en pixel som är täckt av ett rött filter har registrerat 1000 fotoner så kan processorn dra slutsatsen att alla dessa 1000 fotoner är av färgen röd. På detta sätt beräknar processorn nivån av rött ljus, blått ljus och grönt ljus.

Kort sagt kan man säga att sensorn är ljuskänslig, medan Bayerfiltret är färgkänsligt.

 

3) Mikrolinsen

Det tredje skiktet av sensorn, mikrolinsen, sitter ovanpå Bayer filtret. Dess roll är att hjälpa sensorns celler att absorbera maximalt med fotoner. Mellan varje cell på en sensor finns ett mellanrum. Detta mellanrum är inte ljuskänsligt. Vad detta innebär är att allt ljus som träffar mellanrummet inte kommer kunna registreras utav sensorn, och därmed kommer detta ljus inte att användas vid exponeringen av fotografiet. Ljuset blir förlorad information. Syftet med mikrolinsen är att inte låta någon information gå förlorad, och den gör detta genom att leda ljuset som annars skulle träffat mellanrummen rätt in i en av censorns celler.

En illustration av en av sensorns celler som är täckt av ett grönt färgfilter. Enbart gröna fotoner tillåts penetrera filtret och registreras utav sensorns cell.

Bildförhållande

När man talar om bildformatet på en sensor, talar man om förhållandet mellan sensorns bredd och dess höjd. Förhållandet mellan sensors sidor dikterar proportionerna hos bilden som produceras av kameran. En kvadrat har ett bildförhållande på 1:1 (samtliga sidor är lika långa), medans 35 mm film har ett bildförhållande på 3:2 (1,5 gånger bredare än den är hög). De flesta bildsensorer faller mellan dessa två bildformat.

För att mäta bildförhållandet på din kamera, dela det större antalet i bildupplösningen med det mindre antalet. Om bildens storlek är 800 x 533 innebär det att proportionerna 3:2.

Sensorjämförelse mellan Fullformat, APS-C och Micro 4/3 om samma motiv hade fotograferats med liknande objektiv.

Tre Populära SensorFormat

Digitala bildsensorer finns i en mängd olika storlekar och utförandet. Ser vi till konsumentmarknaden för spegelreflexkameror och spegellösa systemkameror är det dock primärt tre olika format som används. Den största är fullformatssensorn (36 x 24 mm), följt av den mindre APS-C-sensorn (vanligen 24 x 16 mm), och slutligen Micro 4/3 sensorn som är den minsta av de tre (17 x 13 mm). DSLRs är antingen utrustade med en fullformat- eller APS-C-sensor, medans en spegellös systemkamera numer kan vara utrustade med vilken som av dessa tre.
Mediumformat är ytterligare en sensorstorlek och är, trots namnet, betydligt större än samtliga av de tidigare nämnda formaten. Mediumformat förekommer främst i stora och dyra kameror som är anpassade för professionellt bruk. Storleken och priset på dessa kameror gör att de inte tillhör vanligheten bland reseentusiaster vilket innebär att vi inte kommer att dyka djupare ner i ämnet än att berätta att formatet exsisterar.

Fullformats sensorer används främst i kameror riktade mot professionella användare och finns ofta i de olika tillverkarnas flagskeppsmodeller. Den stora stora ytan som en fullformatssensor har gör det möjligt för sensorn att ta emot mycket ljus vilket resulterar i skarpare bilder med ett högre dynamiskt omfång. Fullformatssensorer finns både i spegelreflexkameror och i spegellösa systemkameror.

APS-C sensorer finns i båda varianterna av systemkameror och användes till en början primärt i företagens instegs och entusiast modeller. Nuförtiden finns det även kompaktkameror med denna sensorstorlek. En APS-C-sensor är en bra blandning mellan portabilitet, flexibilitet och bildkvalitet. Det kan vara värt att nämna att APS-C-sensorer inte är lika stora. Canons APS-C sensorer är aningen mindre (23x15mm) än de sensorer som finns i exempelvis Nikons och Sonys (24x16mm) kameror.
Sist och minst är Micro 4/3-sensorn. Dessa sensor finns enbart i spegellösa kameror och primärt i Panasonic och Olympus kameror. Det finns i skrivande stund inga spegelreflexkameror med denna typ av sensor. Med en ytarea av 220 mm ^, är den M4 / 3 sensor nästan fyra gånger mindre än den fulla-frame sensor, och ca 30% mindre än den APS-C-sensor.

Illustration av olika sensorstorlekar (skalenligt).

Sensorstorlekens Betydelse

Bildkvaliteten är inte beroende av vilken typ av kamera (t.ex. spegellös vs spegelreflex) du använder, utan snarare av kamerans sensorformat, bildprocessor och objektiv. Formatet och storleken på sensorn, och i viss utsträckning även sensorns upplösning, bestämmer den slutgiltliga fotokvalitén. Ytterligare en påverkan sensorn har är hur bra kameran presterar under dåliga ljusförhållanden.

Det är viktigt att förstå att storleken på en sensor inte är relevant för antalet megapixlar. En större sensor består av större celler, alltså en större sensor kommer att kunna samla in fler fotoner med mindre brus och större utbud av toner – vilket leder till en mer detaljerad, skarpare och klarare bild. Om du har två kameror med samma antal megapixlar, men med olika sensorstorlekar, kommer kameran med den större sensorn att producera ett bättre fotografi. På liknande vis kommer en kamera som är utrustad med en 10-megapixels fullformatssensor fortfarande vara fysiskt större än en 12-megapixels APS-C-sensor. Den större 10-megapixelssensorn kommer att producera bättre bilder än en mindre 12-megapixel sensor. Varför? Den större sensorn innehåller större celler, därmed kommer varje enskild cell att kunna absorbera fler fotoner, dvs mer rådata, än de mindre cellerna i den mindre sensorn.

För att sammanfatta ovanstående är det förståeligt att en större sensor kommer att kunna producera bättre bilder som har mer skärpedjup, finare bakgrundsoskärpa, mer dynamiskt omfång och mindre brus än en mindre sensor – den större sensorn har helt enkelt mer information att arbeta med.

 

---

 

Tycker du att den här artikeln var informativ? Du får mer än gärna dela artikeln på sociala medier och registrera dig på vårt nyhetsbrev för att få vår nästa artikel: “Din nästa resekamera – 5 viktiga funktioner”.