In diesem kleinen Beitrag möchte ich erklären was Bildrauschen überhaupt ist und wo es her kommt.

Was ist Bildrauschen?

Als Rauschen bezeichnet man das Grieseln, das auf Bildern sichtbar wird, wenn für die Aufnahme wenig Licht zur Verfügung steht – so sieht es zumindest für den Laien aus, der meistens mit Automatik fotografiert. Wer sich etwas mehr mit der Technik hinter der Fotografie beschäftigt hat weiß: Die Kamera erhöht in solchen Fällen die Sensorempfindlichkeit (ISO) um das Bild auch bei wenig Licht korrekt belichten zu können).

Rauschen als solches gibt es in allen Bereichen der Signalverarbeitung – also nicht nur bei Foto-Sensoren. Und Rauschen ist immer ein Problem, da das eigentlich gewünschte Signal gestört wird. Bei Fotos tritt Bildrauschen hauptsächlich in 2 unterschiedlichen Formen auf.

Formen des Bildrauschens:

Farbrauschen (Chrominanzrauschen): Hier treten die Störsignale als falschfarbige Pixel (meist Rot und Grün) auf. Diese Form von Rauschen ist sehr störend.
Helligkeitsrauschen (Luminanzrauschen): Hier sind die Störsignale als hellere Pixel sichtbar. Diese Form von Rauschen fällt nicht ganz so störend ins Auge und werden häufiger auch als Bildelement akzeptiert. De Facto ist es so, dass es auch im Zeitalter der analogen Fotografie derartige Bildstörungen bei höheren Lichtstärken auftrat. Das sogenannte Korn auf dem analogen Filmmaterial war auf den lichtempfinlicheren Filmen größer als auf den weniger lichtempfindlichen. Das äußerte sich dann durch ein grobkörnigeres Bild. Bei manchen modernen Digitalsensoren sieht das Luminanzrauschen aus wie analoges Korn und ist dadurch häufig gar nicht so störend.

Wie ensteht Bildrauschen?

Wie bereits festgestellt ist „Rauschen“ ein Störsignal – wo kommt es aber her? Der Bildsensor besteht aus Millionen nebeneinander angeordneter Mikrosensoren (diese werden allgemein als Pixel bezeichnet). Diese Pixel registrieren wenn ein Photon auf sie trifft. Je mehr Photonen eintreffen, desto stärker wird das Signal das das Pixel ausgibt. An diesen Pixeln steht eine Versorgungsspannung an – durch diese Versorgungsspannung regen sich die Pixel durch Induktion zu einem geringen Teil auch gegenseitig an. Der induktive Effekt hängt auch vom Abstand der Pixel zueinander ab – je näher die Pixel einander stehen, desto mehr induktive Störungen gibt es (klingt logisch, oder?).  Das ist solange kein Problem solange das eigentliche Nutzsignal sehr viel stärker ist als das Störsignal – in der Fotografie ist das der Fall, solange viel Licht vorhanden ist (Das Licht ist ja die Quelle unseres Nutzsignals). Geht die einfallende Lichtmenge zurück, kann man vielleicht noch die Blende öffnen um mehr von dem auf die Frontlinse des Objektivs treffendem Licht auch auf den Sensor zu bekommen – ist die Blende aber ganz offen, dann bleibt einem nur noch die Verlängerung der Belichtungszeit. Da das Störsignal über die Zeit konstant ist, nimmt der Anteil des Störsignals am Gesamtsignal über die Zeit linear zu. Verschlimmert wird die Situation noch dadurch, dass der Sensor im Betrieb warm wird und die Störsignale dadurch noch zusätzlich zunehmen.

Manchmal ist es nicht im Sinne des Bildes die Belichtungszeit weiter zu verlängern (Weil das Motiv sich bewegt oder man kein Stativ nutzen kann oder darf). Dann gibt es noch die großartige Möglichkeit die sogenannte Lichtempfindlichkeit zu erhöhen. Allerdings ist dieser Begriff im digitalen Zeitalter etwas irreführend – er stammt noch aus der Analog-Fotografie als man Filme mit unterschiedlicher Lichtempfindlichkeit genutzt hat. Damals waren die Chemikalien auf dem Film tatsächlich lichtempfindlicher.
Heute haben wir einen Sensor in der Kamera – aber immer denselben Sensor… Eine Erhöhung der „Lichtempfindlichkeit“ wird hier über eine Verstärkung des Sensorsignals bewerkstelligt. Dieses Sensorsignal setzt sich allerdings aus dem Nutz-Signal und dem Störsignal zusammen. Wird das Sensorsignal verstärkt, verstärkt sich somit auch das Störsignal. Deswegen nimmt das Rauschen bei Erhöhung der ISO-Zahl genauso zu wie bei Langzeitbelichtungen.

Fazit:

Hier also die 3 Primär-Faktoren die das Rauschen begünstigen:

  • Große Pixeldichte (viele Pixel auf kleinem Sensor)
  • Langzeitbelichtung
  • Hohe ISO-Zahlen (große Signalverstärkung)

Im Klartext heißt das: Will man wenig Bildrauschen, sollte man darauf achten dass die Kamera einen möglichst großen Sensor hat, oder bei kleinem Sensor nicht zu sehr mit MegaPixeln überladen ist.
Beim Fotografieren sollte man die ISO-Zahl immer im verträglichen Bereich halten (abhängig von der Sensorgröße)  – also im Umkehrschluss die Verschlusszeit nie weiter verkürzen als unbedingt notwendig.
Häufig sieht man Bilder die bei prallem Sonnenlicht, ISO800 und 1/8000 Sec Verschlusszeit gemacht wurden und vollkommen unnötiger Weise völlig verrauscht sind.