Ein interessanter Artikel ist mir auf nikonrumors aufgefallen. Dual Gain (auch Dual Native ISO oder Dual Conversion Gain, DCG) ist eine Sensortechnologie, bei der der Bildsensor zwei unterschiedliche native ISO-Werte besitzt, zwischen denen elektronisch umgeschaltet wird.
Das Grundproblem
Jeder Bildsensor hat pro Pixel einen Verstärker, der die vom Photodiode gesammelte Ladung in eine Spannung umwandelt (Conversion Gain). Normalerweise gibt es dabei einen Zielkonflikt:
- Niedrige Verstärkung: großer Dynamikumfang (Full Well Capacity bleibt hoch), aber bei wenig Licht sinkt das Signal unter das Rauschniveau der Ausleseelektronik
- Hohe Verstärkung: besseres Signal-Rausch-Verhältnis bei wenig Licht, aber die Full Well Capacity wird effektiv reduziert → weniger Dynamikumfang
Die Dual-Gain-Lösung
Bei Dual-Gain-Sensoren gibt es pro Pixel zwei Signalpfade mit unterschiedlicher Kapazität am Ausleseknoten (meist über einen zuschaltbaren zusätzlichen Kondensator, “Dual Conversion Gain”):
- Low Gain Mode (niedriger nativer ISO, z. B. ISO 800): große Kapazität am Sense Node → hohe Full-Well-Kapazität → maximaler Dynamikumfang bei normalem/hellem Licht
- High Gain Mode (hoher nativer ISO, z. B. ISO 3200–5000): kleinere Kapazität, dadurch höhere Verstärkung des Signals relativ zum festen Ausleserauschen → deutlich besseres Rauschverhalten bei wenig Licht
Der Sensor (bzw. die Kamera-Firmware) schaltet ab einer bestimmten ISO-Schwelle automatisch vom Low- in den High-Gain-Pfad um. Genau an dieser Schwelle sieht man in Rauschmessungen (z. B. bei DXOMark oder Photons to Photos) einen sprunghaften Abfall des Rauschens – das “zweite native ISO”.
Praktische Relevanz
- Video-Kameras (z. B. Sony, Panasonic, viele Cine-Kameras) bewerben das oft explizit als “Dual Native ISO”, weil man dort in dunklen Szenen gezielt in den zweiten nativen ISO wechseln kann, ohne stark einzubüßen.
- Bei Fotosensoren (z. B. viele Sony-Exmor-Sensoren) läuft das meist unsichtbar im Hintergrund über die ISO-Einstellung.
- Zwischen den beiden nativen ISOs (z. B. zwischen 800 und 3200) wird oft digital interpoliert, weshalb ISOs in diesem Zwischenbereich manchmal ein etwas schlechteres Rauschverhalten zeigen als die beiden “Sweet Spots”.
Dual Gain bei Nikon-Kameras
Nikon-Kameras (Z9, Z8, Z6, Z7, Zf-Serie sowie schon einige DSLRs wie D850/D500/D5) nutzen alle Dual-Gain-ISO-Sensoren – nur an unterschiedlichen Schaltpunkten.
Konkrete Schaltpunkte:
- Z9/Z8: Der Sensor wechselt exakt bei ISO 500 in die höhere Verstärkungsstufe. Unterhalb davon (ISO 64–400) ist der Sensor auf maximalen Dynamikumfang optimiert, ab ISO 500 auf minimales Ausleserauschen.
- Z6-Serie: Der Umschaltpunkt liegt bei etwa ISO 800 – also höher als beim Z9.
- Allgemein bei Nikon Z-Serie kommen Schaltpunkte im Bereich ISO 640–800 vor, je nach Modell.
Der praktische Effekt (speziell Z9/Z8):
An diesem Schaltpunkt gibt es einen sprunghaften Abfall des Ausleserauschens, wodurch das Bild bei ISO 500 paradoxerweise “sauberer” wirkt und mehr Dynamikumfang bietet als bei ISO 400. Das führt zu einer ungewöhnlichen Empfehlung: Wenn wenig Licht vorhanden ist, lohnt es sich, direkt auf ISO 500 hochzuspringen statt bei ISO 320 oder 400 zu bleiben.
ISO-Invarianz in den beiden Bereichen:
Innerhalb jedes der beiden Gain-Bereiche verhält sich der Sensor nahezu ISO-invariant: Der Z9-Dual-Gain-Sensor ist von ISO 63 bis 400 nahezu perfekt ISO-invariant, und erneut von ISO 500 bis zum Maximum. Das heißt konkret: alles von ISO 64 bis 400 lässt sich fast identisch durch Aufhellen eines ISO-64-Bildes simulieren, und alles ab ISO 500 durch Aufhellen eines ISO-500-Bildes. Praktisch bedeutet das: Innerhalb eines Gain-Bereichs ist es fast egal, ob man in der Kamera oder erst in der Post hochzieht – aber der Sprung über die Schaltschwelle bringt einen echten Rauschvorteil.
Warum das für dich relevant sein könnte:
Bei Nachtaufnahmen bzw. Astro-Kontext (z. B. mit dem Z9) ist das durchaus praxisrelevant: Statt vorsichtig ISO 320/400 zu wählen, um “wenig Rauschen” zu haben, ist es bei wenig Licht oft besser, direkt auf ISO 500 (oder höher) zu gehen – man bekommt dort tatsächlich das bessere Rauschverhalten. Für Deep-Sky-Aufnahmen mit dedizierten Astrokameras (Sony-IMX-Sensoren) gilt das Prinzip analog, dort sind die Schaltpunkte aber meist niedriger (z. T. ISO 100/200 vs. 800+)
Der Sensor teilt sich links (teal) in die Low-Gain-Zone für hohen Dynamikumfang und rechts (amber) in die High-Gain-Zone für minimales Ausleserauschen – genau der Schaltmechanismus, den wir für den Z9 bei ISO 500 besprochen haben.