Ausführungen zu den Kameras des Smartphone Samsung Galaxy S23 ultra

Das Smartphone besitzt insgesamt 5 Kameras, 4 auf der Rückseite, eine auf der Vorderseite, für Selfies. Auf die Kamera auf der Vorderseite gehe ich hier nicht weiter ein.

Jede Kamera ist eigenständig, das heißt hat eine Optik mit fester Brennweite und fester Blende und einen Sensor.
Eine Kamera wird hinreichend beschrieben durch Brennweite, Blende, Sensorgröße und Auflösung, heißt Anzahl der Pixel.
Erläuterungen nach der Tabelle.

 

 

Erläuterungen

Brennweite

Die Brennweiten der Kameras werden kleinbildäquivalent angegeben. Die tatsächlichen physikalisch gegebenen Brennweiten errechnen sich über den Cropfaktor. Der Cropfaktor errechnet sich über die Abmessungen/Kantenlängen der Sensoren, also bspw. lange Kantenlänge Kleinbild 36 mm durch lange Kantenlänge des eingesetzten Sensors.
Die tatsächliche Brennweite beträgt dann Brennweite kleinbildäquivalent durch Cropfaktor.
Bei der Hauptkamera ergibt sich für den Cropfaktor etwa 3.62, d. h. die tatsächliche Brennweite beträgt 23/3.62, also 6.35 mm. Für die anderen Kameras entsprechend.

Blende

Die Blende F beeinflußt die Öffnung des Objektives, durch die das Licht in die Kamera auf den Sensor kommt.
Der Durchmesser der Blendenöffnung ist f/F, also für die Hauptkamera z. B. 6,35/1,7= 3,7 mm
Für eine Vollformatkamera mit f=50mm und F=2 ergibt sich ein Durchmesser der Blendenöffnung von 25 mm.
Die Objektivöffnungen verhalten sich wie (25/3,7)^2=45.

Man sieht, wie lichtschwach so kleine Optiken sind, aber man sieht auch, was aus den kleinen Optiken durch Innovationen herauszuholen ist, es ist enorm und bis vor einigen Jahren schier undenkbar.

Sensorgröße

Die Sensorgröße wird zwar in Zoll angegeben, das ist aber etwas irreführend, hat einen geschichtlichen technischen Grund. Ein 1 Zoll Sensor hat z. B. eine Diagonale von etwa 16 mm, hat also nichts mit dem Maß 1 Zoll zu tun.
Deshalb werden hier zusätzlich die Abmessungen der Sensoren in mm angegeben. Die Angaben in mm sind etwa-Werte.

Auflösung

Die Auflösung ergibt sich durch die Anzahl der Pixel auf den Sensoren. Wenn man annimmt, daß die einzelnen Pixel Rechteckform haben, kann man die Größe eines Pixels abschätzen.
Bei der Hauptkamera ist die Größe eines Pixels weniger als 1 qmikrometer. Man bewegt sich hier im Grenzbereich. Die hohe Auflösung macht nur Sinn, wenn sehr gute Lichtverhältnisse herrschen.
Da diese Auflösung in der Regel nicht erforderlich ist, gibt es das sogenannte Pixelbinning.
Pixelbinning bedeutet, daß jeweils mehrere benachbarte Pixel des Sensors zusammengefaßt werden. Dadurch entstehen für die Bilder weniger, aber größere Pixel.
Das hat sowohl für die Bildqualität als auch für die Bildgrößen Auswirkungen, die Bildqualität wird besser und der Speicherbedarf wird kleiner.
Bei dem Pixelbinning werden jeweils zusammenhängende Pixel zusammengefaßt, also bspw. 2 mal 2, also 4 oder 3 mal 3, also 9, oder 4 mal 4, also 16.
Aus den 200 Megapixeln des Sensors der Hauptkamera werden dann 200/4, also 50 Megapixel, immer noch sehr hoch, oder 200/9, also etwa 22 Megapixel bzw. 200/16, etwa 12 Megapixel.
12 Megapixel sind an sich übliche und oft ausreichende Pixel. Deshalb haben die übrigen Kameras des Smartphones auch nur Auflösungen von 10 bis 12 Megapixel, es wird kein Pixelbinning angewendet.
Ob und welches Pixelbinning bei der Hauptkamera angewendet wird, entscheidet die Kamera. Es gibt aber eine Einstellung für die Anwendung der hohen Auflösung, diese Einstellung steht in der Kamera-App oben unter 12 Megapixel, man muß 12 Megapixel antippen und dann 200 Megapixel wählen. 200 Megapixel ist aber nur beim Format 4:3 möglich.

Noch zur Erläuterung der Auflösung.

Es gibt beim Fernsehen das SD-Format, da wird mit etwa 700 mal 500 Pixel gearbeitet, das ist eine sehr geringe Auflösung, trotzdem wird noch viel in diesem Format gesendet.
Das sogenannte HD-Format beim Fernsehen arbeitet mit einer Auflösung von 1320 mal 768 Pixel, also reichlich 1 Megapixel.
Das sogenannte full HD Format arbeitet mit 1920 mal 1080 Pixel, also reichlich 2 Megapixel.
Das sogenannte 4k-Format arbeitet mit etwa 4000 mal 2000 Pixel, also 8 Megapixel.
Man sieht, daß die Auflösungen der anderen Kameras mit 10 bzw. 12 Megapixel für viele Anwendungen ausreichend sind.
In der Foto-App kann man unter den Einstellungen /mehr/Details die Abmessungen lesen, bei meiner Kamera Oppo Reno 2 Z werden im 48 MP-Modus 8000 mal 6000 Pixel angegeben.
Bei der Kamera des Galaxy S23 ultra mit 200 Megapixel werden bei Bildern, die in diesem Modus aufgenommen worden sind, etwa 16000 mal 12000 Pixel angezeigt.
Das gilt allerdings nur für das Format 4/3.

Das Tele 2 arbeitet mit einem sogenannten Periskop. Die Technik wird bei U-Booten verwendet, siehe da.
Im Periskop wird der Strahlengang der Optik, der normalerweise in einer Richtung verläuft, gewissermaßen um die Ecke geführt. Dazu werden Spiegel oder Prismen, bei denen Totalreflexion angewendet wird, eingesetzt.
Auf Grund der flachen Bauweise der Smartphones ist das bei Tele ggfs. erforderlich, um die Optik insgesamt im Gerät unterzubringen.

Zu den bei Kameras verwendeten Begriffen Tele/Zoom ist folgendes zu bemerken:
Hier wird mit Tele nicht ab der Normalansicht, sondern ab Weitwinkel gearbeitet.
Bei Ferngläsern wird das anders gehandhabt, hier wird von der Normalansicht ausgegangen.
Die Brennweite kleinbildäquivalent fkb für die Normalansicht beträgt etwa 50 mm.
Das heißt, für die Tele1-Kamera mit fkb=70 mm wird eigentlich eine Vergrößerung von 3 fach vorgetäuscht, bezogen auf die Normalansicht beträgt die Vergrößerung nur 1.4 fach.
Entsprechend ist es bei der Tele2-Kamera mit fkb=230 mm, bezogen auf Weitwinkel fkb=23 mm ist die Vergößerung 10, bezogen auf die Normalansicht ist die Vergrößerung nur 4.6 fach.

Meine letzten Beiträge sind schon Jahre zurückliegend. Grund ist die rasante Entwicklung der Handykameras und gleichzeitig die Stagnation bei Kompaktkameras. Ich schätze ein, daß dieser Entwicklungsrückstand bei Kompaktkameras nicht mehr aufgeholt werden kann.