Die Nokia PureView Technologie im Detail

Nokia hat mit PureView ein technisches Alleinstellungsmerkmal für seine Smartphones auf den Markt gebracht, welches es nun genauer zu betrachten gilt. Die Technik für das heute angekündigte Nokia Lumia 920 ist an sich nicht ganz neu. Erstmals hielt die Technik Einzug in dem „Nokia 808 PureView“, welches am 27. Februar 2012 veröffentlicht wurde.

Die Technik dahinter  … oder: was ist so besonders an PureView?

Nun stellt man sich als Fotolaie die Frage, was denn PureView so besonders macht bzw. wo der Unterschied zu normalen Handy- und Smartphonekameras liegt. Da wäre zum einen der mit bis zu 3552 x 2448 Pixel auflösende 8,7 Megapixel Sensor, wovon er aber nie komplett Gebrauch macht. Dieser ist nämlich sowohl für 4:3 sowie 16:9 Aufnahmen optimiert. Im 4:3-Format löst er mit 3264 x 2448 Pixel  auf, im 16:9-Format sind es 3552 x 1998 Pixel. Theoretisch sind also Aufnahmen von maximal 8 Megapixel bzw. 7,1 MP möglich. Für die schnelle Verarbeitung dieser Datenmengen steht eine Eigenentwicklung eines Grafikprozessors zur Verfügung. Man möchte schließlich nur ungern mehr Zeit mit dem Warten beim Verarbeiten und Speichern der Bilder verbringen als dem Fotografieren selbst.

Pixel Over-Sampling-Technologie

Primäres Ziel von Nokia ist es aber keinesfalls Bilder zu ermöglichen, die ganze Hauswände gestochen scharf abdecken können, sondern Bilder im Bereich von 3 bis 5 Megapixel qualitativ aufzuwerten. Und hier spielt die PureView Technologie ihre eigentliche Stärke aus. Die sogenannte Pixel Over-Sampling-Technologie von Nokia fasst mehrere Pixel zu einem zusammen, sodass in einem Pixel bis zu sieben Mal mehr Informationen als bei anderen Handykameras. Nokia umschreibt dies als „Kombination mehrerer Pixel in ein perfektes (Super-)Pixel“. Dies ermöglicht bis zu 3-fachem optischem Zoom in Bildern ohne Qualitätsverlust. Man behält nahezu alle Details bei und entfernt unerwünschtes Rauschen. Das kommt besonders in wenig beleuchteten und dunklen Szenen zum Tragen und verbessert die Bildqualität enorm. In gut beleuchteten Szenen gibt es so gut wie gar kein Rauschen mehr.

Beim Zoomen wird also die entsprechende Zone auf dem Sensor genutzt. Ohne Zoom wird der Sensor entsprechend dem gewählten Seitenverhältnis gewählt. Die Grenze beim Zoomen wird dann erreicht, wenn die Eingangsauflösung die Ausgangsauflösung erreicht hat. Die folgende Grafik zeigt das Zoomverhältnis für das „Nokia 808 Pure View“.

Schnellere Verschlusszeiten

Mit PureView erhält man die effektive Lichtstärke über den gesamten Zoombereich. Beim optischen Zoom kommt umso weniger Licht auf den Sensor je weiter man reinzoomt. Bei der maximalen Zoomstufe erreicht 5.4x mehr Licht den Pure-View-Sensor als eine weitgehend gleichwertige optische Zoom
Digitalkamera (f/5,6 gegenüber f/2.4 ). Im Klartext bedeutet dies, dass man in den Genuss von kürzeren Verschlusszeiten kommt. Dadurch wird ebenfalls Rauschen verhindert.

Als Beispiel:
Eine herkömmliche Digitalkamera mit ISO 100 verwendet eine Verschlusszeit von 1/30 Sekunde. PureView verwendet bei gleichen Lichtverhältnissen 1/180 Sekunden. Anders betrachten: eine digitale Kamera mit ISO 600 verwendet eine Belichtungszeit von 1/30. Mit PureView könnte die gleiche Belichtungszeit mit ISO 100 erreicht werden – dadurch erhält man eine deutliche Verringerung des Rauschens.

Verbesserte Bildstabilisierung

Einen großen Faktor bei der Verbesserung der Bildqualität nimmt zudem Nokias Optical Image Stabilisation (OIS) ein. Zwar gibt es bereits ein paar Smartphones mit Bildstabilisierungsalgorithmen am Markt, diese sind aber trotz stetiger Weiterentwicklung weit entfernt von den Möglichkeiten der effektiven OIS Systeme.  Während in Digitalkameras schon länger entsprechende OIS-Systeme integriert sind, findet man diese so gut wie gar nicht in Smartphones. Dies ist u.a. platzbedingt begründet.

Beim OIS wird Kamerabewegung mit Hilfe des Gyroskops festgestellt. Dies ist ein sehr sensibler und präziser Sensor zur Bestimmung der Richtung und des Winkels der Bewegung. In den meisten OIS-Systemen wird eine Linse entgegen der Bewegungsrichtung gelenkt, um die ungewollte Bewegung zu kompensieren. Nokia nutzt den Voteil der geringeren Masse der kleinen Komponenten im Smartphone. Statt eine einzelnen Linse zu bewegen, bewegt Nokias OIS alle optischen Teile in perfekter Synchronisation mit der (ungewollten) Kamerabewegung. Der Vorteil der sich daraus ergibt ist eine deutlich größere Menge an Bewegung, die kompensiert werden kann.

http://www.youtube.com/watch?v=6HSbhyaH0vw

Um die schnelle Reaktionszeit zu gewährleisten, nutzt Nokia ein geschlossenes Schleifensystem, in dem die Linsenposition in Echtzeit beobachtet wird. Selbst während der Bewegung zu der berechneten Stelle kann die weitere Berechnung auf Grundlage der aktuellen Position weitergeführt werden, egal wie zufällig die Kamerabewegung gerade ist. Dieser Überprüfungsprozess arbeitet mit einer bis zu 5x zu schnellen Frequenz wie typische OIS-Systeme. Dies ist ungefähr 300x so schnell wie die menschliche Reaktionszeit. Im folgenden Diagramm lässt sich sehr gut statistisch sehen, wie sich OIS auf die Bildschärfe auswirkt.

Zusammenfassung

Mit PureView hat Nokia die Messlatte für Handykameras sehr hoch gelegt. Frei nach dem Motto „Qualität vor Quantität“ wird die Technik auch professionelleren Ansprüchen gerecht. Aber besonders Schnappschüsse erleben durch das geringe Rauschen und der verbesserten Bildstabilisierung und ganz neue Qualitäten. Nun warten wir also gespannt auf die ersten ausführlichen Tests des Nokia Lumia 920 bei Release, um der Technik richtig auf den Zahn fühlen und sie im Alltag testen zu können. Das bisher gezeigte und gesehene stimmt zumindest zuversichtlich.

Quelle: Nokia Pure View Technology Whitepaper,  Nokia 808 Pure View Whitepaper,