Unschärfe durch Beugung

Wenn die Lichtstrahlen beim Fotografieren vom Objekt durch die Optik auf den Chip gelangen, werden sie an der Kante der Blende beeinflußt.
Während der größte Teil der Lichtstrahlen abseits der Kanten geradlinig ohne Ablenkung auf den Chip gelangt und bei richtiger Fokussierung für das scharfe Bild sorgt, wird ein kleiner Teil des Lichtes an der Kante etwas abgelenkt. Dieser Teil des Lichtes, der für die Abbildung es Objektes auf dem Chip unerwünscht ist, sorgt für eine gewisse Unschärfe, genannt Beugungsunschärfe.


Da die Beugung an Kanten erfolgt, ist die Beugung um so stärker, je mehr Kante eine Fläche hat.
Bei der kreisförmigen Blende ist die Kante bezogen auf die Fläche dem Durchmesser der Blende umgekehrt proportional, d. h. je kleiner der Durchmesser der Blende desto größer die Beugung.

Und es gibt keine Abhängigkeit von der Brennweite.


Hier möchte ich ein Bild einfügen, daß keinen oder besser gesagt nur einen sehr geringen Bezug zum Thema hat, denn Beugung ist überall und immer.

Radebeuler Bismarckturm oberhalb der Lößnitz-Weinberge

Beugung des Lichtes ist ein seit vielen Jahren bekannter und in der Fachliteratur ausführlich beschriebener physikalischer Effekt.

Bei der Beugung an den fotografischen ringförmigen Blenden bilden sich unerwünschte Ringe um die Lichtstrahlen, so daß der Lichtstrahl trotz einwandfreier Fokussierung auf dem Chip nicht punktförmig abbildet. Diese störenden Ringe werden Beugungsscheiben genannt.

Es wird von Beugungsscheiben gesprochen in einer gewissen Analogie zu den durch unzureichende Fokussierung statt der Punkte entstehenden Zerstreuungskreise, obwohl Art und Entstehung der Beugungsscheiben und der Zerstreuungskreise völlig unterschiedlich sind.

In der Literatur wird folgende zugeschnittene Größengleichung als Näherung für die Berechnung des Durchmessers d der Beugungsscheiben angegeben:


d [ mikrometer ] = 1.35 * Bl     mit Bl für die Blende
………..gilt für sichtbares Licht mittlerer Wellenlänge


Für die Stärke des Einflusses der Beugungsscheiben auf die
Bildschärfe ist das Verhältnis der Größe der Beugungsscheiben zur Pixelgröße maßgebend. Je größer die Beugungsscheiben bezogen auf die Pixel sind, desto mehr Unschärfe entsteht durch Beugung.

Je größer die Pixel, desto geringer der Einfluß durch Beugung.

Bei der Beugung sind Kleinbildkameras gegenüber Kompaktkameras im Vorteil, weil die Pixel bei Kleinbildkameras größer sind.


Nun noch etwas zum quantitativen Einfluß der Beugung.

Für die Größe der Pixel wird der Begriff Pixelpitch pp verwendet, entspricht etwa der Größe der Pixel.

Zur Veranschaulichung wird wieder mit verschiedenen Kameras verglichen.

……………………..Kleinbildkamera      Sony RX100    Superzooomkamera
……………………..Nikon D750


Pixelpitch pp                       6 μm                               2.4μm                    1.4 μm

Durchmesser d der      29.7/2.7 μm          14.9/2.4 μm        8.6/10.8/4.4  μm
Beugungsscheibe
bei Blende                          22/2                                 11/1.8                      6.4/8/3.3

d / pp                                     4.9/0.45                        6.2/1                        6.1/7.7/3


Das Verhältnis Beugungsscheibendurchmesser zu Pixelpitch zeigt deutlich die Unterschiede auf, sagt aber noch nichts aus zu den tatsächlichen Werten hinsichtlich Unschärfe.

In der Literatur weichen die Angaben dazu untereinander stark ab, je nach dem wie die Schärfe/Unschärfe definiert wird.
Zur Beurteilung der Bildschärfe verwende ich wieder die oben angegebene Analogie zur Unschärfe durch Streuung, d. h. es wird angenommen, daß bei einem Verhältnis (vgl. auch meine Beiträge zu Schärfentiefe)


Chipabmessungen zu Beugungsscheibendurchmesser  ≥ 1500


ausreichend Bildschärfe herrscht.

Das ergibt für die Kameras

…………………….Kleinbildkamera       Sony RX100     Superzooomkamera
…………………….Nikon D750


Chipdiagonale D              43 mm                            15.9 mm               7.7 mm

Durchmesser d         29.7/2.7 in μm     14.9/2.4 in μm    8.6/10.8/4.4 in μm
der Beugungsscheibe
bei Blende                         22/2                                  11/1.8                      6.4/8/3.3

D / d                                  1448/15926               1067/6625          895/713/1750


Wenn man das Ergebnis D/d betrachtet, erkennt man, daß bei der Kleinbildkamera Beugung praktisch kein Problem darstellt, selbst wenn extrem abgeblendet wird.
Bei den Superzoomkameras dagegen fängt der störende Einfluß der Beugung schon fast bei Weitwinkel und Offenblende an.

Meine praktische Erfahrung ist allerdings, daß der Einfluß der Beugung auf die wahrnehmbare Bildschärfe anders als der Einfluß der Streuung ist, was ja auch physikalisch bedingt ist. Der Einfluß erscheint geringer.


Bei der Streuung spielt eine Rolle, ob es sich um Unschärfe in der Tiefe oder allgemein handelt. Normalerweise wird es sich um Unschärfe in der Tiefe handeln, also zu wenig Schärfentiefe. Dagegen kann man von vorn herein etwas tun, in dem man mehr abblendet.

Bei der Beugungsunschärfe erscheint alles unscharf, also insbesondere auch in der Tiefe. Dagegen kann man auch etwas tun, in dem man weniger abblendet, wenn das möglich ist.


Aus diesen gegenläufigen Abhängigkeiten der Bildschärfe von der Blende leitet sich ab, daß es eine optimale Blende gibt, bei der sich Bildunschärfe durch Streuung und Bildunschärfe durch Beugung die Waage halten.


Diese Blende wird förderliche Blende genannt.


Da sowohl die Bildunschärfe durch Streuung als auch die Bildunschärfe durch Beugung Definitionssache sind, ist an sich auch die förderliche Blende Definitionssache.


Jetzt noch der Versuch, die Abhängigkeiten etwas bildlich darzustellen.

Dafür verwende ich normalerweise Ausdrucke eines Testbildes bspw. auf A4-Format, die ich im Garten mit entsprechendem Abstand fotografiere und auswerte.

Im Winter behelfe ich mir auch mit dem 4k-Monitor im Hobbyraum, unterliege dabei allerdings Einschränkungen bzgl. Abstand, d. h. Tele ist problematisch.

Testbild

…..
Ich danke Herrn Altmann, der mir die Verwendung seines Testbildes auf dieser Webseite gestattet.

Bei der Verwendung eines Monitors muß man beachten, daß die darzustellenden Details groß bezogen auf die Monitorauflösung sein sollten, damit es nicht zu Störungen durch die Pixel des Monitors kommt.

Außerdem sollte man bei Skalierungen darauf achten, daß mit 100% oder ganzzahligem Verhältnis dazu skaliert wird, also entweder 100%, 200% oder 50% usw., weil es sonst zu Fehlanzeigen kommen kann.

Die Beurteilung der Ergebnisse im Detail muß an Hand von Ausschnitten erfolgen, weil die Darstellung hier im Netz begrenzt ist.

Die hier aufgeführten Beispiele beziehen sich auf Aufnahmen eines A4-Ausdruckes des Testbildes.

Bei der Beurteilung der Ergebnisse ist zu berücksichtigen, daß Beugung und  Fokussierung überlagert Einfluß auf die Bildschärfe nehmen.


Die Auswertung erfolgt so, daß Bild- und Testbildgröße ins Verhältnis gesetzt werden. Außerdem wird ein Linienbereich im Testbild mit der Höhe des Testbildes ins Verhältnis gesetzt. Über die ermittelten Verhältnisse wird eine Liniendichte für das Linienbereich berechnet. Diese Werte werden jeweils dem Testbild und dem Ausschnitt mit dem Linienbereich zugeordnet.
Angezeigt werden Ausschnitte zum Testbild und zum genannten Linienbereich. Die Linienbereiche werden verglichen.
Die Angabe zu den Linienpaaren bezieht sich auf die Bildhöhe.


Es wurden so die drei Superzoomkameras beurteilt, und es sei noch einmal ausdrücklich betont, es geht hier nur um den Einfluß der Beugung.

Da die Superzoomkameras diesbezüglich etwa gleich sind, wird hier beispielhaft hauptsächlich das Ergebnis der Canon gezeigt.

“Versuchsstand”

……….

Canon SX700,     Blende 3.2, 1084 Lp
Canon SX700,    Blende 3.2, 1249 Lp
Canon SX700,         Blende 3.2, 1420 Lp

 

………………………..

Canon SX700,   Blende 3.2, 1084 Lp
Canon SX700,     Blende 3.2, 1249 Lp
Canon SX700,    Blende 3.2, 1420 Lp

…………………………………………..
Hier noch Ausschnitte der Panasonic TZ91 zum Vergleich, die Ergebnisse sind etwas anders, was ich in meinem Beitrag “womit nehme ich meine Bilder auf” schon beschrieben habe.

Panasonic TZ91, Blende 3.3, 1124 Lp
Panasonic TZ91, Blende 3.3, 1308 Lp
Panasonic TZ91, Blende 3.3, 1478 Lp

 

……………………………………………………………………………………………………………

Panasonic TZ91, Blende 3.3, 1124 Lp
Panasonic TZ91, Blende 3.3, 1308 Lp
Panasonic TZ91, Blende 3.3, 1478 Lp

…………………………………..

Canon SX700,     Blende 6.3, 756 Lp
Canon SX700,     Blende 6.3, 920 Lp
Canon SX 700,    Blende 6.3, 1249 Lp

……………………………

Canon SX700,     Blende 6.3, 756 Lp
Canon SX700,     Blende 6.3, 920 Lp
Canon SX700,    Blende 6.3, 1249 Lp

…………………………….
Bei Blende 6.3, 1249 Lp ist nur noch grau zu erkennen, die Linien verschwimmen infolge der Beugung vollkommen.
Bei Blende 3.2, 1249 Lp sind noch deutliche Reste der Linien zu erkennen, selbst bei Blende 3.2, 1420 Lp sind noch Andeutungen der Linien zu erkennen.

Ich denke, daß damit der Einfluß der Beugung in Anhängigkeit von der Blende doch mit recht einfachen Mitteln veranschaulicht werden kann.


Um Unschärfe durch Beugung so gering wie möglich zu halten, sollte so wenig wie möglich abgeblendet werden.
Das gilt um so mehr, je kleiner der Chip der Kamera ist.


 

Schärfentiefe Ergänzung

In meinem Beitrag Schärfentiefe habe ich die Zusammenhänge aufgeschrieben und interpretiert, Bildvergleiche kamen etwas zu kurz, möchte ich hiermit ergänzen.

In den Bereichen, wo die Fernpunkte noch endlich sind, gibt es eine Abhängigkeit von der Kameraart, zu der ich so noch keinen Bericht gefunden habe. Da ich das aber für bemerkenswert halte, möchte ich dazu berichten.


Wenn man mit einer Kleinbildkamera mit gleicher Schärfentiefe aufnehmen möchte wie mit einer Kompaktkamera, muß man sehr stark abblenden, so daß der Vorteil der Lichtstärke der Optik der Kleinbildkamera gegenüber der Kompaktkamera verloren geht.


Dazu zwei Oberflächen des im Beitrag Schärfentiefe angeführten Programmes zur Berechnung der Schärfentiefe.

Beispiel für Schärfentiefe Kompaktkamera, Cropfaktor etwa 5.7
Beispiel für Schärfentiefe Kleinbildkamera, Cropfaktor 1

…………..
Damit man die beispielhaften Werte für die Nah- und Fernpunkte bzw. die Schärfentiefe der Kompaktkamera mit der Kleinbildkamera erreicht, muß man bei der Kleinbildkamera sehr stark abblenden. Hier im Beispiel

statt Blende 4 bei der Kompaktkamera

………..Blende 22 bei der Kleinbildkamera.

Wenn man die Öffnungsdurchmesser d = f / Bl vergleicht,

…………Kompaktkamera    d = 9 / 4 = 2.25 mm

…………Kleinbildkamera     d = 50 / 22  = 2.27 mm

die Blendenöffnung ist gleich, d. h. für diese Situationen kommt der Lichtstärkevorteil der Optik der Kleinbildkamera nicht zum Tragen.

Die eingangs formulierte Behauptung präzisiert:


Wenn man mit einer Kleinbildkamera in den Bereichen, wo die
Fernpunkte endlich sind, mit gleicher Schärfentiefe aufnehmen
möchte wie mit einer Kompaktkamera, muß man sehr stark
abblenden, so daß der Vorteil der Lichtstärke der
Kleinbildkamera gegenüber der Kompaktkamera verloren geht.


Dazu einige Beispiele, schräg liegenden Maßstab fotografiert:

Kleinbildkamera
Da ich selbst keine digitale Kleinbildkamera besitze, hat mir ein guter Bekannter ausgeholfen und hat mir mit einer Sony α 7III und Objektiv
Voigtländer 40/1.2 Beispielbilder aufgenommen.
Nur am Rande, es war gar nicht so einfach, Jemanden zu finden, der mir mit Vergleichsmaterial von einer Kleinbildkamera geholfen hat. Deshalb noch einmal der Dank nach München.

Sony Alpha 7 III und Voigtländer 40/1.2, Blende 1.2 Schärfentiefe berechnet 2.3 mm

……………………………………………….

Hier sieht man, wie stark bei diesem Objektiv und dieser Kamera bei Offenblende der Schärfentiefebereich eingeengt wird.

Für die weiteren Vergleiche wird oben das Bild mit der jeweiligen Kompaktkamera, bzgl. Brennweite angepaßt, und unten das Bild mit der Kleinbildkamera bzgl. Blende angepaßt, angeordnet.

Sony RX100, Brennweite äquivalent Kleinbild 40 mm, Blende 3.2

Sony RX100, Brennweite 14.6 mm, äquivalent Kleinbild 40 mm, Blende 3.2, Schärfentiefe berechnet 18.7 mm
Sony Alpha 7 iii, Objektiv Voigtländer 40/1.2, Blende 3.2, Schärfentiefe berechnet 6.2 mm

Es ist sehr deutlich zu erkennen, daß bei vergleichbaren Werten die Schärfentiefe bei der Kompaktkamera höher ist als bei der Kleinbildkamera.

Jetzt noch der Vergleich mit der Superzoomkamera Panasonic TZ91.

Panasonic TZ91, Brennweite 7.2 mm, äquivalent Kleinbild 40 mm, Blende 3.8, Schärfentiefe berechnet 45.4 mm
Sony Alpha 7 iii, Objektiv Voigtländer 40/1.2, Blende 4.0, Schärfentiefe berechnet 7.8 mm

Ich habe für die Beispiele die Schärfentiefe berechnet und in der Bildunterschrift eingefügt. Als Schärfedefinition wurde N = 3000 verwendet.

Ich denke, diese bildlichen Erläuterungen und die Tendenz der Berechnung belegen die eingangs gemachte Feststellung.


Wenn man mit einer Kleinbildkamera in den Bereichen, wo die
Fernpunkte endlich sind, mit gleicher Schärfentiefe aufnehmen
möchte wie mit einer Kompaktkamera, muß man sehr stark
abblenden, so daß der Vorteil der Lichtstärke der
Kleinbildkamera gegenüber der Kompaktkamera verloren geht.


Obwohl es mit Vergleichen immer so eine Sache ist, möchte ich trotzdem Kompaktkameras und Kleinbildkameras mit Modelleisenbahn und Eisenbahn vergleichen, was bei der Eisenbahn der Maßstabsfaktor für die Modelle ist bspw. 1 : 87, ist bei den Kameras der Cropfaktor bspw. 1 : 5.7, d. h. die Kompaktkamera ist gewissermaßen ein Modell der Kleinbildkamera.
Die Schärfentiefe ist im entsprechenden Geltungsbereich proportional dem Cropfaktor.

Um das Thema weiter abzurunden, möchte ich noch kurz auf die hyperfokale Entfernung eingehen. Die hyperfokale Entfernung dh beschreibt, bei welcher Entfernung der Fokussierung die Fernpunkte unendlich werden.
Da die hyperfokale Entfernung umgekehrt proportional dem Cropfaktor ist, ergibt sich bzgl. der beispielhaft aufgeführten Kameras folgendes Bild:

Panasonic TZ91, f = 7.2 mm, Blende 3.8 ⇒ dh = 5.3 m
Sony RX 100, f = 14.6 mm, Blende 3.2     ⇒ dh = 12.6 m
Sony α7III, f = 40 mm, Blende 1.2               ⇒ dh = 93 m

d.h. wenn ich mit der Sony α7III auf 93 m fokussiere, liegt die Schärfentiefe bei 46.5 m bis unendlich, wenn ich bei der Sony RX100 auf 12.6 m fokussiere, liegt die Schärfentiefe bei 6.3 m bis unendlich und wenn ich bei der Panasonic TZ91 auf 5.3 m fokussiere, liegt die Schärfentiefe von 2.65 m bis unendlich.

Um die beispielhaften Werte für die TZ91 zu erreichen, müßte ich bei
der Sony RX100 auf Blende 8 abblenden, bei der Sony α7III auf knapp Blende 22 und der Lichtstärkevorteil wäre verloren.

Hier noch diese Gegenüberstellung:

Panasonic TZ91, Brennweite 7.2 mm, äquivalent Kleinbild 40 mm, Blende 3.8, Schärfentiefe berechnet 45.4 mm
Sony RX100, Brennweite 14.6 mm, äquivalent Kleinbild 40 mm, Blende 8, Schärfentiefe berechnet 47.1 mm
Sony Alpha 7 iii, Objektiv Voigtländer 40/1.2, Blende 22, Schärfentiefe berechnet 43.3 mm

……….


Für den Anwender bedeutet das, wenn er viel im Nahbereich fotografieren möchte, sollte er sich überlegen, ob er mit Kompaktkameras aufnimmt, denn Kompaktkameras erleichtern in diesem Bereich das Fotografieren wesentlich.


 

Schärfentiefe

Obwohl das Thema schon vielfach behandelt worden ist, möchte ich doch auch etwas dazu beitragen.
Es gibt einerseits die rein technischen Berichte, andererseits aber auch Berichte, aus denen nicht so recht hervorgeht, daß es ohne technisches Wissen schwer ist, gezielt Einfluß auf die Schärfentiefe zu nehmen bzw. abzuschätzen, was möglich und was nicht möglich ist.

Mein Ziel ist es, bzgl. der Darstellung einen Mittelweg zu finden.

Zunächst die Zusammenhänge:

1. Bildschärfe bzw. Bildunschärfe

Bildschärfe ist Definitionssache. In meinem Beitrag Darstellung der Bilder bin ich auf Bildschärfe schon eingegangen. Auch hier im Kapitel Schärfentiefe spielt der Parameter N, Auflösung, eine wesentliche Rolle. Je größer N, desto höher die Definition zur Grenze der Schärfe. Hier noch einmal das Wesentliche.

Bisher war wohl ein Wert N=1500 üblich. Dieser Wert bezieht sich auf die Bilddiagonale einer Auflösung von etwa 1368 x 768 Pixel.

Es sieht so aus, und das wäre an sich auch folgerichtig, daß inzwischen höhere Ansprüche an Bildschärfe gestellt werden, sprich mit höheren Werten für N gerechnet wird. Ich hatte mich schon 2013 damit beschäftigt und Werte für N so um 3000 als eher für zeitgemäß gehalten.
Angaben zur Schärfentiefe in den Kameras bzw. auf den Objektiven nehmen offenbar wieder zu. Früher, bspw. in den 1960ern Jahren, waren solche Angaben üblich.

die mittlere Skala 22 bis 22 ist für die Anzeige der Schärfentiefe

…………..
Wenn ich aus ablesbaren Werten rückrechne, komme ich bei diesem Objektiv auf einen Wert von N etwa 1000.

2.Hyperfokale Entfernung

Bei der Berechnung der Schärfentiefe spielt die hyperfokale Entfernung eine entscheidende Rolle.

Hyperfokale Entfernung bedeutet, wenn man auf diese Entfernung fokussiert, herrscht Schärfe zwischen der halben hyperfokalen Entfernung und Unendlich, Schärfe gemäß Definition.


dh = f * f * N / (d * bl) oder mit Cropfaktor dh = fkb * fkb * N / (dkb * bl *cf)

mit

f, fkb         Brennweite bzw. Kleinbildbrennweite
N                Anzahl der auf der Diagonalen im Betrachtungsabstand
………………..der  Diagonalen unterscheidbaren Punkte
d,dkb        Diagonale des Chips bzw. des Kleinbildchips
B                 Blende
cf               Cropfaktor


3. Schärfentiefe

Mit der hyperfokalen Entfernung wird der Nahpunkt und der Fernpunkt berechnet, die Differenz zwischen Nah- und Fernpunkt entspricht der Schärfentiefe.


Nahpunkt                        dnah = g * (dh – f) / ((dh – f) + (g – f))
Fernpunkt                      dfern = g * (dh – f) / ((dh – f) – (g – f))
Schärfentiefe                      ts = dfern – dnah

mit

g               Gegenstandsweite
dh            hyperfokale Entfernung
f                Brennweite siehe oben


Da das alles recht unübersichtlich aussieht und ich 2013 beschloß, mich mit Visual Basic VBA zu beschäftigen, habe ich die Zusammenhänge in VBA programmiert und kann damit die Zusammenhänge in Excel übersichtlich und anschaulich darstellen.

Bevor ich auf Beispiele eingehen möchte, noch verbale Aussagen zu den o. g. Abhängigkeiten:


⇒ die Schärfentiefe ist umso geringer, je höher man
…..die Schärfe N definiert

⇒ die Schärfentiefe ist der Blende proportional, d. h. Blende 11
…..hohe Schärfentiefe, Blende 1.8 niedrige Schärfentiefe

⇒ die Schärfentiefe ist dem Cropfaktor proportional, d. h. hoher
…..Cropfaktor
sprich kleiner Chip, also Kompaktkamera hohe
…..Schärfentiefe und kleiner Cropfaktor sprich großer Chip, also
…..Kleinbildkamera geringe Schärfentiefe


Hier zunächst eine Oberfläche zur punktuellen Berechnung der Schärfentiefe, bitte erforderlichenfalls Ansicht vergrößern, Handhabung ist selbst erklärend.

Schärfentiefenberechnung

Falls jemand Interesse an dem Programm haben sollte, bitte melden, so oder so, ich schicke die Datei dann ggfs. zu, wobei aber klar sein muß, VBA muß in Excel integriert sein, sonst klappt das natürlich nicht.

Anschaulicher wird das Ganze, wenn man es grafisch darstellt.

Sony RX100, N=3285, Nah- und Fernpunkte, verschiedene Blenden, die senkrechten Linien habe ich ausgeblendet

…………
Man sieht deutlich, daß es im Nahbereich selbst bei der Sony mit ihrem 1 Zoll Chip schnell recht eng mit der Schärfentiefe wird. Deshalb hier noch einmal die Nah-und Fernpunkte für den Nahbereich

…………..
Im Nahbereich geht es mit der Schärfentiefe sehr eng zu. Der Übergang zwischen scharf und unscharf ist natürlich gleitend, aber es wird dann schon schwer, bestimmte Blumen z. B., durchgehend scharf aufzunehmen.

Blüte Edeldistel, Kamera Olympus SH2

…………
Mit der Olympus gelingt das recht gut, und da es eine Nahaufnahme ist, gelingt auch das Freistellen durch Unschärfe recht gut, wobei ich sagen muß, ohne mein Zutun, denn bei der Olympus SH2 gibt es keine einstellbare Blende.

Hier jetzt noch ein Vergleich zwischen Superzoomkamera und Kleinbildkamera, Cropfaktor etwa 5.7 bis 5.8 bzw. 1.

………….

…………
Es ist deutlich zu sehen, welche Unterschiede hinsichtlich Schärfentiefe zwischen Kompaktkameras, insbesondere den hier auf dieser Webseite angeführten Superzoomkameras, und Kleinbildkameras bestehen, besonders im Nahbereich.

Wer also gern mit Bokeh arbeitet, für den sind Kompaktkameras wesentlich weniger geeignet als Kleinbildkameras.

Wer dagegen möglichst viel Schärfentiefe in seinen Fotos haben möchte, der hat mit den Kompaktkameras wesentliche Vorteile gegenüber den Kleinbildkameras, besonders im Nahbereich, aber nicht nur, denn auch bei Tele kommen die Unterschiede in den entsprechenden Entfernungsbereichen sehr deutlich zum Vorschein.

Womit ich meine Fotos aufnehme

Ich habe auf meiner Seite Fotografie schon etwas vorgegriffen bzgl. der Kameras, die ich verwende, es sind Kompaktkameras.

Die Superzoomkameras

Canon SX700
Olympus SH2 
PanasonicTZ91

sind in ihrer Konzeption ähnlich, optisch werden Superzoomobjektive verwendet, technisch werden 1/1/(2/3)-Zoll-Chips verwendet.
Der Blendenbereich beträgt etwa 3 bei Weitwinkel bis reichlich 6 bei Tele.
Die Brennweite bei Weitwinkel beträgt etwa 4.5 mm, bei Tele 108 bis 135 mm.
Die Abmessungen der Chips sind 6,16 mm x  4,62 mm, d. h. der Cropfaktor beträgt etwa 5.8.

Die Sony RX100 verwendet optisch ein Zoomobjektiv, technisch einen
1 Zoll-Chip. Der Blendenbereich reicht von 1.8 bei Weitwinkel bis 4.9 bei Tele.
Die Brennweite bei Weitwinkel beträgt 10.4 mm, bei Tele 37.1 mm.
Die Abmessungen des Chips sind 13.2 mm x 8.8 mm, d. h. der Cropfaktor beträgt etwa 2.7.

Was man mit derartigen Kameras erreichen kann, aber auch wo die Grenzen sind, möchte ich im Folgenden versuchen zu umreisen.
Als Kleinbildkamera verwende ich zum Vergleichen ein Objektiv Brennweite 25 mm, Blende 2.


Entscheidend ist, daß jedes Pixel ausreichend Licht erhält, da spielt die Größe des Pixels keine wesentliche Rolle.
Ausreichend Licht pro Pixel kann zu guten Bildern führen, gleich ob bei Kompaktkameras oder Keinbildkameras.


Ausreichend Licht hängt von der Belichtungszeit, der Blende und der ISO-Empfindlichkeit ab.
Während Belichtungszeit und Blende für jede Kamera gleiche Bedeutung hat, kommen in der ISO-Empfindlichkeit die Unterschiede zum Ausdruck.
Größere Pixelabmessungen bedeuten tendenzmäßig, daß ausreichend rauscharme Bilder auch bei höheren ISO-Empfindlichkeiten möglich sind.
Leider geben die Kamerahersteller für ihre Kameras nur an, welche ISO-Empfindlichkeiten einstellbar sind, nicht aber bis zu welchen Werten ausreichend gute Bilder gemacht werden können.


Bis zu welcher ISO-Empfindlichkeit eine Kamera noch ausreichend rauscharme Bilder aufnehmen kann, sollte man deshalb für jede Kamera selbst ausprobieren, denn dabei spielen die Ansprüche, die man stellt, auch eine Rolle.
Sehr hilfreich dafür sind Meßergebnisse, die digitalkamera.de zur Verfügung stellt.


Um eine Vorstellung zu haben,  wieviel Licht die Kameras verhältnismäßig abbekommen, im Folgenden eine Abschätzung.
Dabei wird angenommen,  daß die Empfindlichkeit pro Flächeneinheit unabhängig von der Chipgröße gleich ist.

Wieviel Licht aL bekommt ein Pixel ab:

aL ∼ (Brennweite / Blende)²  / Anzahl der Pixel

für die Superzooms bei Weitwinkel (4.5/3)²/16 MP ∼ 0.14
für die Sony bei Weitwinkel            (10.4/1.8)²/20 MP ∼ 1.67
zum Vergleich für die KBkamera        (25/2)²/24 MP ∼ 6.5

Man kann sehen,

—–die Kleinbildkamera ist 6.5/0.14 =  46 mal lichtstärker
—–als die Superzoomkameras

—–die Sony ist 12 mal lichtstärker als die Superzoomkameras

—–die Kleinbildkamera ist 4 mal lichtstärker als die Sony

Was ausreichend Licht für die Pixel bedeutet,  hängt vom technisch/technologischen Stand unter Berücksichtigung der Bezahlbarkeit im Hinblick auf Serienproduktion ab.

Die technisch/technologische Entwicklung ist weit fortgeschritten, aber wahrscheinlich auch noch nicht abgeschlossen.

Es gibt Unterschiede zwischen den Superzoomkameras, auf die ich nicht im Einzelnen eingehen möchte. Nur so viel, wenn man die Grenzen für ausreichend Licht, sprich ISO-Empfindlichkeit, ermittelt hat oder kennt, sollte man diese Grenze nicht überschreiten. Das ist für die Superzoomkameras auf Grund ihrer Lichtschwäche besonders wichtig. Bei der Canon und bei der Panasonic kann man die Begrenzung wählen und fest einstellen. Ich fotografiere deshalb bei diesen Kameras in der Regel mit ISO-Automatik, begrenzt durch diesen ermittelten Wert.

Hier Aufnahmen mit der Olympus

Olympus SH2, ISO 125
Olympus SH2 ISO 3200

Bei der Olympus  gibt es diese Möglichkeit der ISO-Begrenzung nicht. Deshalb sollte man bei dieser Kamera besonders darauf achten, mit niedrigen ISO-Werten zu fotografieren. Wie die Bilder zeigen, ist die Aufnahme bei ISO 125 in Ordnung, bei ISO 3200 unbrauchbar, obwohl man sogar 6400 wählen kann.

Hier Beispielbilder von der Canon:

Canon SX700, ISO 100
Canon SX700, ISO 1600

Bei der Canon kann man mit höheren ISO-Werten arbeiten, wenn man allerdings genau hinschaut, ist zu bemerken, daß bei ISO 1600 das geringe Rauschen mit Schärfeverlust erkauft wird.

Bei der Sony liege ich mit ISO 800 auf der sicheren Seite,  man kann deutlich höhere ISO-Werte nutzen, sollte aber das Rauschen im Auge behalten.

Gläserne Manufaktur VW in Dresden, Sony RX100, schwierige Gegenlichtbedingung

Besuch der Gläsernen Manufaktur in Dresden ist sehr zu empfehlen.

Mit der Panasonic habe ich noch keine vergleichbaren Tests machen können, der Oleander war dann schon zu sehr verblüht. Deshalb ein Schnappschuß von einem Spaziergang, sehen, fragen, fotografieren.

Panasonic TZ91, ISO 400

……………………………………
Man kann bei der Panasonic TZ91 mit höheren ISO-Werten arbeiten, dazu habe ich aber kein Beispielbild zur Hand. Es ist zu beachten, daß die TZ91 im jpg-Format recht stark schärft, deshalb muß man bei der Beurteilung aufpassen, ist es nun Schärfe oder Rauschen.

Da die Kompaktkameras in der Regel bei Offenblende betrieben werden, die Olympus SH2 besitzt gleich keine einstellbare Blende, kann mehr Licht nicht durch mehr aufblenden, sondern nur noch durch längere Belichtungszeiten erreicht werden. Man muß, wenn man den Einsatz der Kompaktkameras bei weniger Licht betreiben will, eher zum Stativ greifen, und da geht aber für mich dann der Vorteil der Kompaktkameras verloren.


Mit allen genannten Kompaktkameras können gute Bilder gemacht werden, wenn man den Einfluß der ISO-Empfindlichkeit konsequent berücksichtigt und die Grenzen einhält.


Dkamera.de bietet für viele Kameras Beispielbilder an, auch zu sehr ähnlichen Motiven und Bedingungen, so daß man sich zu den vorangehenden Aussagen selbst ein Bild machen kann. Eigentlich wollte ich dazu Beispiele anführen, aber der Betreiber von dkamera.de hat momentan Probleme mit der Aktualisierung seiner Webseite und konnte deshalb meiner Bitte um Freigabe bisher nicht nachkommen.

Makrofähigkeit, insbesondere Telemakrofähigkeit der Kameras

Für die Makrofähigkeit gilt der Abbildungsmaßstab abm.

abm = Bildabmessung / Gegenstandsabmessung

Je größer dieser Wert ist, desto besser ist die Makrofähigkeit einer Kamera.
In der Literatur wird davon gesprochen, daß eine Kamera makrofähig ist, wenn der Wert größer als 1/4 ist.

Das gilt für alle Brennweiten, also auch für Tele. Trotzdem ist es angebracht, von Telemakrofähigkeit zu sprechen, weil kleine Gegenstände aus etwas größerer Entfernung aufzunehmen, ein wesentlicher Gebrauchswert einer Kamera ist.

Olympus SH2, ISO 125, Brennweite Kleinbildäquivalent 440 mm

Diese Gebrauchseigenschaft, kleine Gegenstände aus möglichst großen Abständen groß abzubilden, war für mich seinerzeit das wesentliche Argument, die Olympus SH2 zu kaufen. Nicht nur wenn man beim Spaziergang in Vorgärten schöne Blumen sieht und nicht genügend nah heran gehen kann oder das Bücken etwas schwer fällt, sondern auch, wenn es sich um kleine Fluchttiere handelt.

Deshalb habe ich mich damit etwas näher beschäftigt.

Unter Verwendung der Definitionsgleichung für den Abbildungsmaßstab und der Linsengleichung kann man ableiten:

G = B * (g-f) / f     für g >> f

G ≈ B * g / f         mit

G       Gegenstandsabmessung, also bspw. Breite des Gegenstandes,
.         die man  sieht
B       Bildabmessung, also die Chipbreite
f         die Brennweite
g        die Gegenstandsweite, hier der geringste Abstand der Kamera,
.          bei dem noch fokussiert werden kann

Zunächst verbale Interpretation:

die Gegenstandsabmessung, die man sieht, ist proportional der
Chipgröße, d. h. je kleiner der Chip ist, desto kleiner können
Gegenstände groß abgebildet werden.

Die Abhängigkeit von der Gegenstandsweite ist logisch, je weiter man vom Objekt weg ist, desto kleiner wird abgebildet und je näher man ans Objekt gehen kann, desto größer wird abgebildet.

die Gegenstandsabmessung, die man sieht, ist umgekehrt proportional
der Brennweite.

für die Gegenstandsweite ist die Brennweite eine absolute Grenze,
die mit Abstand nicht erreichbar ist.

Ich habe zu der Telemakrofähigkeit viele Tests durchgeführt.
Es gibt deutliche Unterschiede zwischen den Kameras hinsichtlich Telemakrofähigkeit.

Canon SX700, optische Brennweite 135 mm, minimaler Abstand, bis zu dem noch fokussiert werden kann 1.4 m, mögliche Bildbreite etwa 94 mm
Panasonic TZ91, optische Brennweite 129 mm, minimaler Abstand, bis zu dem noch fokussiert werden kann 2.0 m, mögliche Bildbreite etwa 100 mm
Olympus SH2, optische Brennweite 108 mm, minimaler Abstand, bis zu dem noch fokussiert werden kann 0.4 m, mögliche Bildbreite etwa 33 mm

Die Unterschiede zwischen der Canon und der Panasonic sind wohl nur so zu erklären, daß die Angabe bzgl. minimal möglichem Abstand von Panasonic großzügig gesehen wird, von Canon eher eng.
Aber, und darauf kommt es mir hier in diesem Beitrag besonders an, die Olympus ist bzgl. Telemakrofähigkeit mit Abstand die Beste.
Bei der Canon und bei der Panasonic versucht man mit zusätzlichen digitalen Zoomvarianten den Unterschied zu verringern, letztlich ersetzt digitaler Zoom aber optischen Zoom nicht.

Ich habe auch einmal einen Vergleich zwischen der Olympus SH2 und einer Nikon D5600 mit Zoomobjektiv Nikkor f/B 18/3.5 bis 105/5.6 durchgeführt, allerdings unter sehr bescheidenen Bedingungen in einem Fotomarkt, in dem mir verschiedene Aufnahmen freundlicherweise gestattet wurden.

Obwohl für das Nikkorobjektiv bei Tele als Mindestabstand 450 mm genannt werden, also etwa wie für die Olympus, ist der Abbildungsmaßstab etwa 3 mal kleiner, d. h. ein bestimmtes Objekt wird 3 mal kleiner abgebildet.
Die Größenunterschiede zwischen den Kameras sind beträchtlich, und die Nikon D5600 ist noch nicht einmal eine Kleinbildkamera.

Nikon D5600, volles Zoom, Minimalabstand 0.45 m
Olympus SH2, volles Zoom, Minimalabstand 0.4 m

Man sieht, daß die Kompaktkamera fast 3 mal so groß abbildet wie die Mittelformatkamera. Die Abschätzungen erheben keinen Anspruch auf Exaktheit, bestätigen aber die Abhängigkeiten in der Tendenz.


Die Superzoomkameras ermöglichen auch eine gute Betätigung im Makrobereich mit verhältnismäßig einfachen Mitteln.
Die Superzoomkameras haben mit ihren kleinen Chips deutliche Vorteile gegenüber Mittelformatkameras und erst recht gegenüber Kleinbildkameras.
Für den Nahbereich ist die Olympus besonders geeignet.