Es geht um die CCD-Chips in den Smartphones (Stand 2016)
Rückblick : Blicken wir zurück auf die allerersten Röhren-Kameras fürs Fernsehen in 1938 bis 1953 und dann auf die ersten Farbfernsehkameras in den USA um 1958.
Neben dem Gewicht von bis zu 150 Kilo staunen wir auch über die Größe der Kamera-Gehäuse. Dazwischen liegen viele Jahrzehnte und es sind erstaunliche Größenvergleiche möglich.
Eines ist deutlich zu sehen, die Entwicklung der Technik hatte Riesenschritte gemacht. Die erste brauchbare Aufnahmeröhre war das 3" Orthicon der RCA von Vladimir Zworkin, das auch hier bei uns bei der FESE in Darmstadt (in Lizenz) hergestellt wurde. Später kam das 4 1/2" Superorthicon dazu, war aber für Farbe doch nicht tauglich.
Philips entwickelte ab etwa 1958 die erheblich kleineren Plumbicon Aufnahme-Röhren, mit denen man dann auch Farbfernsehen "machen" konnte.
In den Laboratorien in den USA wurde aber bereits ab 1970 an etwas ganz Neuem geforscht, dem echten Halbleiter Aufnahme-Chip. Auch das passierte wiederum in den Bell-Labs (von RCA finanzierte Labors in Princeton), die zu der Zeit in jeglicher Hinsicht weltweit führend waren.
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Die ersten Chips fürs Fernsehen ...
- Der 1. CCD-Chip ! von RCA - Ein ganz seltenes historisches Stück aus dem Fundus von Professor Dr. Hausdörfer
- Ein 6 MP Exemplar der Sony F330
Diese ersten Halbleiter-Chips für eine NTSC Fernsehkamera, an andere Ideen dachte man anfänglich noch gar nicht (die elektronischen Bildspeicher waren in der Entwicklung), hatten eine bescheidene "Qualität" bezüglich der Auflösung der Bildinformation.
Die Pixel-Anzahl wurde an der Farbfernseh-Norm in USA angekoppelt. NTSC hatte damals nominelle 525 Zeilen, die aber noch lange nicht bis zum heimischen Fernseher übertragen wurden. Die Fachleute spezifizierten (neben den Zeilen) die "Anzahl der Linien", die man auf dem Fernsehbildschirm "unterscheiden" konnte.
Daß bei den Amerikanern die beiden Begriffe "Zeilen" und "Linien" mit "lines" beschrieben/bezeíchnet wurden, führte sehr oft zu Mißverständnissen.
Bei den neuen Halbleiter-Chips war das jetzt kritisch. Das von der Optik eingefangene Bild mußte wirklich auf der realen Chip-Fläche in echte einzelne "zählbare" Pixel aufgelöst werden. Und anfänglich wollte man am Ausgang der Kamera genau die normgerechten "lines" haben (in Studio-Qualität), die auch gesendet wurden und die man auf dem Fernseher nachzählen konnte (können sollte).
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Am Anfang gab es auch noch keine "Schummelei"
Man konnte in der Studio-Fernseh-Kamera die Pixel weder hochrechnen noch runter rechnen, das kam erst viel später. Auf jeden Fall brauchte man 3 Farbinformationen nahezu gleichzeitig, also am besten 3 unterschiedliche Chips an einem Strahlenteiler-Spiegelsystem oder an einem Strahlenteiler-Prisma. Nach wie vor bildeten die Aufnahme Chips die Anzahl der Bildzeilen der jeweiligen NTSC oder PAL Fernsehnorm ab.
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Dann kam SONY mit der MAVICA und 640x480 Pixel
Diese Pixel Konzeption (640 x 480) des Aufnahme-Chips orientierte sich an den inzwischen gebräuchlichen VGA Farb- Bildschirmen der allermeisten Heim-Computer. Und die Mavica hatte nur einen Chip für alle Farben. Das waren dann nicht mehr nur 270.000 Pixel wie anfänglich fürs (US-) Fernsehen, es waren 307.200 Pixel.
SONY hatte damit einen neuen RUN ausgelöst, die bislang unbekannte Pixel-Manie. Die MAVICA wurde ein Welterfolg und alle Wettbewerber und vor allem die alten eingeführten Kamerahersteller eiferten hinterher, natürlich auch die Halbleiter-Entwickler.
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Zwei Wettläufe fast zur gleichen Zeit
Beim Fernsehen konzentrierten sich die Chip-Entwickler auf das europäische PAL Format und dort waren laut CCIR-Norm netto 604 x 576 nutzbare Bildpunkte gefordert. Das machte dann eine Gesamtanzahl von 347.904 Bildpunkten - nicht gerechnet sind weitere Elemente für Meßzwecke.
Bei den digitalen Kameras landete man recht schnell bei 2 Megapixel. Und von nun an ging es nur noch aufwärts. Die ersten 6 Megapixel Kameras kamen raus und lieferten erstaunliche Bildqualitäten.
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Die Chips in den DSRL Kameras wurden größer
Und die Qualität wurde immer besser. Nach den 12 Megapixeln kamen die 16 Megapixel und die 24 Megapixel. Die Preise für solche professionellen Kameras schlugen nach oben aus und wir staunten.
So langsam kamen aber dennoch Zweifel auf, ob die von den Herstellern und auch den Händlern propagierten Anzahlen der Megapixel ein echtes Quallitätskriterium seien. Einigermaßen neutrale Vergleiche hatten gezeigt, mit der Steigerung der Anzahl der Pixel traten ganz andere Probleme auf wie Rauschen und die Dateigröße und noch mehr.
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Jetzt wurde Prozessorpower und Software integriert
Die digitalen Kameras hatten ja bereits alle einen (mindestens einen) Prozessor, um die ganze eingebaute Hardware-Technik von der Belichtung, der Blende weiter über den Autofocus bis zum Super-Zomm zu steuern.
Die ersten Hersteller fanden heraus, das Spiegel-Reflex-System braucht man eigentlich nicht mehr, es geht auch ohne diese Mechanik. Die Technik erlaubt die Kontruktion einer vollelektronischen digitalen Kamera sogar für Filmaufnahmen.
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Mit der ständig weiter zunehmenden Mineaturisierung kamen die Smartphone Entwickler zum Zug ....
Ohne die Spiegelreflex-Technik kann man in ein normales Smartphone solch einen kleinen Aufnahme-Chip integrieren, dazu den Prozessor, den RAM-Speicher und den Micro-SD-Speicherchip habe man ja sowieso.
Und jetzt ging es richtig los. Die ersten Smartphones hatten auf einmal ein 3fach Zoom vor dem 2 Meapixel Chip.
Hier im Bild ist das geöffnete Alcatel Pixi4 Smartphone mit 15cm IPS-Touchscreen.
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Dieses Modell - eines von Tausenden aus 2016 - .....
war nach einem Fall aus 1 Höhe "hinüber". Schade, doch es hatte damals in 2016 ganz erstaunliche 99.- Euro gekostet, nur !!! 99.- Euro gekostet. Damals war die auf der Rückseite integrierte Digitalkamera (können Sie sie erkennen) mit 8 Megapixel beschrieben, die Frontkamera ganz oben über dem Dislay (für Eigenfotos und Video-Konferenzen) hatte NUR 5 Megapixel. Der Prozessor hatte bereits 4 Kerne und 1 GB RAM waren auch schon dabei.
Hier ein Vergleich der 8 MP Kamera einem 1 Cent Stück
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Das ist der 8 MP Chip mit dem 3-fach Zoom. In dem folgenden Bild ist die vorne ausgebaute 5 MP Kamera neben die 8 MP Kamera zu sehen. Dieser Chip ist noch flacher und hat kein Zoom Objektiv.
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Im Juni 2022 sind das jetzt fast 6 Jahre her ......
...... und die ersten 48 MP Chips sind schon da. Ob diese im Prospekt genanten 48 Megapixel wirklich physikalisch auf dem Chip drauf sind, können wir schon gar nicht mehr nachprüfen.
Die Entwickler arbeiten nämlich mit allen Tricks, um uns für dumm zu verkaufen. So braucht man für ein sauberes Farbbild 3 unterschiedliche Sensorelemente (Pixel) und schwups sind es (48 Mega durch 3) dann nur noch 16 Megapixel echte physikalische Auflösung.
Inzwischen kann aber ein - im Smartphone sowieso vorhandener - 8-Kern- Prozessor ganz schön zaubern und die Pixelanzahl auf 24 Megapixel hoch interpolieren. Im Prospekt wird sogleich von einer 24 Megapixel Auflösung getönt.
Einiges stimmt aber noch nicht, denn die Smartphones sollen ja auch kleine Videosequenzen aufnehmen können. Dazu muß der Chip viel schneller sein als für ein einzelnes Foto.
Auch da wird ganz schön getrickst. Denn im Videomode ist von den 16 oder 24 Megapixeln auf einmal gar keine Rede mehr. Da wird dann von irgendeiner der vielen HD Varianten getönt. Genauere Specs werden gepflegt weggelassen. Die soll man sich selbst heraussuchen.
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Hier nochmal der Vergleich der beiden Chips aus 2016:
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