„Dual Camera“ & Co.

Smartphone-Kameras im Technik-Vergleich

05.08.2017
Von Verena  Ottmann
„Dual Camera“, „Dual Pixel“, „Ultra Pixel“, „Dual Tone Flash“ sind die Schlagwörter, mit denen Hersteller die Kameras in ihren aktuellen Smartphone-Modellen anpreisen. Doch was steckt wirklich dahinter?

Das Kameramodul eines Smartphones ist eines der wenigen Ausstattungsmerkmale, mit denen Hersteller ihre Geräte noch von den Modellen der Konkurrenz absetzen können. Deshalb ist es nicht weiter verwunderlich, dass sie sich beim Bewerben ihrer Produkte nicht mit der bloßen Angabe von Megapixeln für die Auflösung zufriedengeben, sondern beispielsweise auch die Lichtstärke des Objektivs oder die Lichtempfindlichkeit des Sensors mit in den Vordergrund stellen.

Andere Features wie das optische Zoom, der Brennweitenbereich oder eine schnelle und besonders lang andauernde Serienbildreihe - also Funktionen, die bei "richtigen" Digitalkameras kaufentscheidend sind - treten bei Smartphone-Kameras gar nicht oder lediglich in abgespeckter Version auf und eignen sich damit nicht als Verkaufsargument.

Die Folge ist, dass die Hersteller ihre Mobilgeräte mit komplett neuen Kameratechnologien ausrüsten, die sich allesamt positiv auf die Bildqualität auswirken sollen. Die Rede ist dann von "Dual Pixel-Sensoren", "Dual Photo- Diode", "Dual Tone Flash" und "Hybrid-Autofokus" (hier taucht manchmal auch der Zusatz "prädiktiv" auf). Doch was steckt hinter diesen Begriffen, und handelt es sich dabei wirklich um valide Fototechnik oder doch nur um Marketing- Blabla? Wir haben uns die Top-Geräte der wichtigsten Smartphone-Hersteller bezüglich der neuesten Kameratechnik angesehen.

Samsung: Geteilte Pixel und Unschärfe-Effekt

Da bei Samsungs Dual-Pixel-Technologie jedes Pixel auch für den Autofokus zuständig ist, soll dieser schneller arbeiten und vor allem über den kompletten Bildbereich scharfstellen.
Da bei Samsungs Dual-Pixel-Technologie jedes Pixel auch für den Autofokus zuständig ist, soll dieser schneller arbeiten und vor allem über den kompletten Bildbereich scharfstellen.

Samsungs derzeitige Top-Geräte sind das Galaxy S7 beziehungsweise S7 Edge und das Galaxy S8 beziehungsweise S8 Plus. Das S7 (Edge) bewarb der Hersteller im letzten Jahr mit dem Schlagwort "12MP Dual-Pixel". Damit ist ein speziell aufgebauter Bildsensor gemeint, welcher jetzt auch im aktuellen Galaxy S8 (Plus) zum Einsatz kommt.

Praxis, Ratgeber und Tipps

Praxis, Ratgeber und Tipps

Samsung beschreibt auf seiner Webseite die Funktionsweise dieses Sensors: Ein Pixel setzt sich aus zwei Fotodioden zusammen, wobei jeweils eine Diode für die Fokussierung mittels Phasenerkennung zuständig ist - also ähnlich der Autofokus-Sensoren in Digitalkameras. Hintergrund: Bei der Phasenerkennung (auch Phasenvergleich genannt) erfassen besondere Autofokus-Sensoren das Motiv auf dem Bildsensor an zwei Punkten mit einer vergleichbaren Helligkeit. Wenn die Ergebnisse deckungsgleich sind, stimmt die Fokussierung, und der Autofokus (AF) gibt das Okay zum Auslösen. Für den Fall, dass die Ergebnisse nicht zusammenpassen, berechnet der Autofokus die Abweichung und setzt den Fokussierpunkt solange entsprechend um, bis alles stimmt. AF-Sensoren nehmen aber selbst keine Bildinfos auf. Im Vergleich zur alternativ verwendeten Kontrastmessung besteht der Vorteil des Phasenvergleichs- AF besonders in seiner hohen Geschwindigkeit. Der Nachteil: In der Regel sitzen die Autofokus-Sensoren für die Phasenerkennung vor allem im mittleren Bereich des Bildsensors. Das bedeutet, dass die Fokussierung auch nur dort funktioniert.

Bei Samsung sind die Autofokus-Dioden allerdings über den kompletten Bildsensor verteilt und sowohl für die Phasenerkennung als auch für die Bildaufzeichnung zuständig: Die linke und rechte Fotodiode (siehe Bild) werden dazu separat ausgelesen und die daraus resultierenden Parallaxenbilder werden zur Feststellung der Phasendifferenz genutzt. Eine zusätzliche Berechnung der Bilddaten ist Samsung zufolge dadurch nicht erforderlich.

Essens-Modus: Im Galaxy S8 sowie S8 Plus kommt neben dem Dual-Pixel-Sensor auch der neue "Essens-Modus" zum Einsatz. Der sorgt dafür, dass der Bereich um das Motiv unscharf abgebildet wird, sodass dieses besonders zur Geltung kommt. Samsung simuliert hier also eine offene Blende, geht dabei allerdings noch einen Schritt weiter.

Denn während eine weit geöffnete Blende beispielsweise in der Porträtfotografie lediglich den Hintergrund unscharf macht, während der Vordergrund mit dem Gesicht scharf ist, reicht beim "Essens-Modus" die Unschärfe fast rund um das Motiv. Das bedeutet, dass Sie ein Objekt entsprechend positionieren müssen, um nicht aus Versehen in den Unschärfebereich zu kommen. Zudem ist mit einer Blende von f1,7, wie sie das Galaxy S6 (Edge) und das Galaxy S7 (Plus) bieten, eine zusätzliche Unschärfefunktion eigentlich überflüssig.

Fazit: Mit dem Dual-Pixel-Sensor bringt Samsung eine echte Verbesserung hinsichtlich der Autofokus-Geschwindigkeit und der Bildschärfe. Bei dem Essens-Modus handelt es sich jedoch in erster Linie um eine Spielerei, die die Smartphones gar nicht nötig hätten.

Sony: Dreifach-Sensor mit aufgestecktem Speicher

Smartphone-Kameras im Technik-Vergleich_8Die Kamera im Sony Xperia XZ Premium basiert auf einem Sensor mit aufgesetzten Speicherbausteinen. Dadurch soll die Bildberechnung viel schneller gehen, da die Verarbeitungswege kürzer sind.
Smartphone-Kameras im Technik-Vergleich_8Die Kamera im Sony Xperia XZ Premium basiert auf einem Sensor mit aufgesetzten Speicherbausteinen. Dadurch soll die Bildberechnung viel schneller gehen, da die Verarbeitungswege kürzer sind.

Sony setzt bei seinem High-End-Modell Xperia XZ Premium auf Technologien, die der Hersteller bereits in seinen Digitalkameras der Alphaund Cybershot-Reihen benutzt hat und noch verwendet. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Bildsensor: Dieser ist in der "stacked" genannten Bauweise gefertigt, er hat also den Speicherbaustein direkt auf dem Sensor sitzen, wodurch sich aufgrund der kürzeren Verarbeitungswege die Bildinfos bis zu fünfmal schneller auslesen lassen.

Hinzu kommt, dass Sony - ähnlich wie Samsung beim Galaxy S8 (Plus) - beim XZ Premium im Vergleich zum Xperia XZ die Pixel größer gemacht hat, sodass sich die lichtempfindliche Fläche des Sensors vergrößert. Die Sensormaße sind hingegen gleich geblieben, dafür sinkt die Auflösung von 23 auf 19 Megapixel.

Der verbaute Sensor ist - wie sämtliche Exmor- R-Sensoren aus dem Hause Sony - ein BSISensor (backside illuminated, rückseitig beleuchtet). Er wurde quasi verkehrt herum in das Smartphone eingebaut, sodass sich Leiterbahnen und Schaltungen auf der Rückseite des Chips befinden und die lichtempfindliche Fläche des Sensors nicht beeinträchtigen.

Dreifach-Sensor-Technologie: Zusammen mit dem gestapelten Bildsensor gehören ein Laser-Autofokus-Sensor sowie ein RGBC-Infrarot-Sensor zur sogenannten "Dreifach-Sensor- Technologie". Der Laser-Autofokus-Sensor misst die Zeit zwischen dem Senden des Lasers und dem Erkennen der Reflektion, um die Entfernung zum Motiv festzustellen und scharfzustellen. Er funktioniert also ähnlich dem AF-Hilfslicht bei Digitalkameras und arbeitet sehr schnell. Nachteil eines Laser-AF: Seine Reichweite ist zumeist begrenzt, wodurch bei weiter entfernten Motiven dann doch wieder eine Kontrast- oder Phasenvergleichsmessung zum Einsatz kommen muss.

Der RGBC-Infrarot-Sensor misst Angaben von Sony zufolge "die sichtbaren Farben und Infrarot-Informationen zur Anpassung des Weißabgleichs und fängt naturgetreue, lebendige Farben ein." Das bedeutet, dass der Weißabgleich des Smartphones nicht nur die Wellenlängen des Umgebungslichts ausgleicht, sondern auch das für menschliche Augen unsichtbare Infrarot-Spektrum. Hierdurch lassen sich Farben besonders realistisch und gerade weiße Flächen ohne Farbstich darstellen.

Fazit: BSI-Bildsensoren sind bei Digitalkameras mittlerweile gang und gäbe, und Sony verbaut auch die Stacked-Versionen in den eigenen Geräten. Darüber hinaus hat zumindest die BSI-Bauweise auch in die Mobilgeräte anderer Hersteller Einzug gefunden. Der Laser-AF mag schneller sein, als der Kontrast- und Phasenvergleichs-AF. Er eignet sich allerdings nur auf kurze Distanz.

HTC: Besonders große Fotodioden auf dem Bildsensor

Das französische Testlabor DxO Labs hat der Kamera des HTC U11 mit Version 3 des Ultra-Pixel-Sensors einen hervorragenden Messwert von 90 bescheinigt. Damit steht es derzeit auf Platz 1, gefolgt vom Google Pixel.
Das französische Testlabor DxO Labs hat der Kamera des HTC U11 mit Version 3 des Ultra-Pixel-Sensors einen hervorragenden Messwert von 90 bescheinigt. Damit steht es derzeit auf Platz 1, gefolgt vom Google Pixel.

HTC führte im Jahr 2013 mit dem HTC One (M7) erstmals den Begriff "UltraPixel" ein und legte mit dieser neuartigen Sensorbauweise den Grundstein für ähnliche Technologien seitens der Konkurrenz. Denn als "UltraPixel" bezeichnete der Hersteller damals einen BSI-Bildsensor mit lediglich 4,3 Megapixeln Auflösung, jedoch besonders großen Fotodioden (2 ?m). Das Objektiv hatte eine Lichtstärke von f2,0.

Drei Jahre später erschien das HTC U Ultra mit der nächsten Generation des Ultra-Pixel-Sensors auf dem Markt. Er hatte wieder eine höhere Auflösung von 12 Megapixeln, allerdings "nur noch" 1,55 ?m große Fotodioden. Im Vergleich zu den bei der Konkurrenz zum Einsatz kommenden Dioden mit etwa 1,1 bis 1,2 ?m war dies aber immer noch sehr groß. Die Lichtstärke des Objektivs lag beim U Ultra bei f1,8.

Ultra Pixel 3: Aktuell hat HTC das U11 als Top-Modell im Sortiment, dazugehörig den Ultra- Pixel-Sensor in Version 3. Hier liegt die Auflösung bei 12,2 Megapixeln und die Größe der Fotodioden bei 1,4 ?m. Das Objektiv hat die Lichtstärke f1,7. Neu ist hier auch das Autofokus-Verfahren, das über einen Phasenvergleich arbeitet. Hierbei teilt sich jedes Pixel in zwei Fotodioden auf, die beide - ähnlich dem Samsung-Verfahren - für den Phasenvergleich und die Aufnahme der Bildinfos zuständig sind.

Fazit: Große Fotodioden fangen mehr Licht ein als kleine. Insofern hat HTC mit seinem Ultra- Pixel-Sensor eine Revolution gestartet. Allerdings ist der Hersteller zwischenzeitlich zurückgerudert: Aus 2 ?m wurden 1,4 ?m und aus 4,3 Megapixeln nun 12,2 Megapixel. Immerhin bleibt das Objektiv des HTC U11 mit f1,7 fast konkurrenzlos lichtstark. Der Dual-Pixel-Sensor zeigt auch bei HTC seine Vorteile.