Notizen zur Fotografie ...

Megapixel - Megaschärfe?

Alle Berechnungen, sowohl zur Schärfentiefe, als auch zur Verwacklungsgrenze und zur Beugungsunschärfe sind in der hoch aufgelösten digitalen Welt mit etwas Vorsicht zu geniessen.
Diese Regeln und Überlegungen stammen aus der analogen Zeit der Fotografie, bei der es nicht den einfachen Klick in die 100% Ansicht gab.

Wenn man ein Bild betrachtet, versucht man, so nah wie möglich heranzugehen, um das Bild mit seinen Details zu sehen. Die Nahgrenze ist erreicht, wenn das Bild größer wird als der Bereich, den man auf einen Blick erkennen kann.

Ginge man noch näher heran, würde man zwar mehr Details erkennen können, aber man könnte das Bild nicht mehr als Ganzes überblicken. Sein Aufbau und der Zusammenhang zwischen den Bilddetails ginge dann verloren.

Deshalb lautet eine der Grundlagen der Formeln zu technischen Fragen wie Schärfentiefe und Bewegungsdarstellung: “Man betrachtet ein Bild am sinnvollsten aus einem Abstand, der in etwa seiner Diagonale entspricht.” Dies ist der Abstand, aus dem man das Bild noch überblicken kann und trotzdem möglichst nah am Bild ist. Bei kleinen Bildern ist man so näher dran, bei größeren Bildern entsprechend weiter weg. Immer kann das Bild gerade eben noch als Ganzes Überblicken und ist trotzdem möglichst nah am Bild.

Wenn man so immer in Relation zur Bildgröße den gleichen Betrachtungsabstand einhält, bleibt der relative Abstand zwischen zwei Punkten auf dem Bild auch bei unterschiedlich großer Wiedergabe des Bildes gleich.

Das menschliche Auge braucht einen gewissen relativen Mindestabstand zwischen zwei Bildpunkten, um sie überhaupt als individuelle Punkte zu sehen. Kleinere Abstände würden dazu führen, dass man zwar zwei individuelle Punkte im Bild hat, der Betrachter diese aber nur als einen Punkt erkennen kann. Eine so große Schärfe der Abbildung, wäre quasi “Perlen vor die Säue”, denn sie würde über die Fähigkeiten des menschlichen Auges hinausgehen.

Wenn man das ganze andersherum angeht, ist eine Unschärfe, deren Auswirkung unterhalb dieser Schwelle bleibt, nicht als Unschärfe erkennbar.


Wenn Abstand und Bildgröße im gleichen Verhältnis geändert werden, ist der relative Abstand zweier Punkte im Bild gleich.

Konsequenz und Toleranz
Mit diesen Überlegungen kann man festlegen, wie weit zwei Punkte bereits auf dem Negativ/Sensor getrennt voneinander liegen müssen, damit sie bei der späteren Betrachtung bei jeder Bildgröße (mit dem jeweils dazugehörigen Betrachtungsabstand) auch als einzelne Punkte erkannt werden könnten.
Punkte, die kleiner sind und enger beieinander liegen, kann man dagegen erst aus größerer Nähe als einzelne Punkte erkennen.
Solche Punkte wären also nach der oben angeführten Regel des "normalen" Betrachtungsabstandes für den Normalsichtigen nicht zu unterscheiden. Es wäre also nicht nötig, dass die Kamera bzw. das Objektv diese Punkte auf dem Negativ/Sensor auch noch als einzelne Punkte abbildet.
Es ergibt sich dadurch quasi eine tolerierbare Obergrenze für die Unschärfe. Solange diese unterhalb der Möglichkeiten des menschlichen Auges bleibt, ist sie zwar vorhanden, aber (zumindest für den durchschnittlichen Betrachter) nicht sichtbar.
Punkte, die eigentlich ausreichenden Abstand haben (um sie unterscheiden zu können), können durch zu geringe Schärfe größer werden (es enstehen sogenannte Zerstreuungskreise) , mehrere solcher Punkte können dann zu einem großen Punkt "verschmieren". Dadurch können sie trotz eigentlich ausreichenden Abstandes nicht mehr eindeutig als getrennte Punkte wahrgenommen werden (was nicht nur von der Kantenschärfe, sondern auch von anderen Faktoren abhängig ist). Wir haben dann eine sichtbare Unschärfe.
Sind die Punkte aber kleiner bzw. unterhalb dieses Abstandes, würde eine auftretende Unschärfe unsichtbar bleiben.

Unsichtbare Unschärfe
Auf dieser Grundlage der "unsichtbaren Unschärfe" basieren verschiedene Überlegungen, so die zur Schärfentiefe, zur Verwacklungsgrenze und zur Beugungsproblematik. Die Grenzen der Schärfentiefe, die längste verwacklungsfreie Belichtungszeit und die kleinste beugungslose Blendenöffnung bestimmt man, in dem man berechnet, ab wann eine Unschärfe sichtbar ist. Dafür ist es egal, ob das Bild hinterher riesig wird oder nur klein wiedergegeben wird. Man kann dank Strahlensatz die auf dem Sensor / Film maximal erlaubte Unschärfe berechnen. (Daraus ergeben sich direkt Konsequenzen für unterschiedliche Film-/Sensorgrößen. Die für das gewünschte Bildformat nötige Vergrößerung ist bei einem "Crop-Sensor" größer als bei einem Vollformatsensor, deshalb sind die Anforderungen an die Schärfe bei einem kleineren Sensor größer, die tolerierbare Unschärfe - gemessen als Abstand auf dem Sensor - ist geringer.)
In jedem der drei Fälle geht es darum, dass die Unschärfe unterhalb der Wahrnehmungsschwelle bleibt. Solange dann das Verhältnis zwischen Bildgröße und Betrachtungsabstand gewahrt bleibt, ist diese Unschärfe auch bei größten Bildformaten nicht sichtbar.
In der Praxis treffen diese Überlegungen oft zu, weil Bilder häufig innerhalb dieser Grenzen betrachtet werden. Denn um ein Bild als Ganzes komplett zu erfassen, muss man als Betrachter einen von der Bildgröße abhängigen Mindestabstand einhalten. Wenn man diesen unterschreitet, kann man das Bild nicht mehr in einem Blick erfassen, man muss es dann mit den Augen abtasten.
Zu Zeiten der filmbasierten Fotografie kam eine weitere "natürliche" Grenze für die Wahrnehmung der Unschärfe hinzu. Der Film selber hatte durch das Korn (und andere Faktoren) eine Untergrenze für die Größe wahrnehmbarer Details. Das Korn verhinderte auch bei größerer Annäherung an das Bild, dass man die Unschärfe sehen konnte, eine Unschärfe, die im Nebel des Filmkorns verschwand, war auch nicht wahrnehmbar.
Die modernen Digitalkameras haben Auflösungsfähigkeiten, die zum Teil weit jenseits der Möglichkeiten des früher üblichen Kleinbildmaterials liegen. Heutzutage können die Fotoapparate oft nicht nur 6 Megapixel (das entspräche in etwa der Grenze des menschlichen Auges plus etwas "Fleisch") auflösen, sondern sie liefern zehn, zwölf oder gar 24 Megapixel und mehr. Und die sind zumindest bei Kameras mit größeren Sensoren und in niedrigen ISO-Stufen nahezu korn- bzw. rauschfrei. Sie können damit Details deutlich feiner Auflösen, als sie das menschliche Auge bei Beachtung der oben aufgeführten "Betrachtungsregel" unterscheiden kann und begrenzen so nicht die Wahrnehmbarkeit von Unschärfen.

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Vergrößert
Während es in der analogen Welt recht aufwendig war, ein Bild stark zu vergrößern, gibt es in der Digitalfotografie die Möglichkeit, das Foto quasi sofort und ohne Aufwand in 100% zu sehen. Dann entspricht ein Punkt im Bild (Pixel) einem Punkt des Wiedergabemediums (also zum Beispiel einem Punkt des Monitors).
Sollten Sie die Bilder auf dem Monitor stark vergrößert bis hin zu dieser 100%-Ansicht betrachten, werden Sie gerade bei Bildern, die mit hoch auflösenden Sensoren aufgezeichnte wurden, auch leichte Unschärfen erkennen können, die sonst unterhalb der Wahrnehmungsgrenze bleiben würden.
Anmerkung
Wenn Sie zum Beispiel vor einem 24" Monitor mit 1900 Pixel Breite sitzen und einen Bildausschnitt in 100% Ansicht betrachten, dann entspricht dass bei einem Foto aus einer Canon 7D einer Gesamtgröße des kompletten Bildes von über 140 cm Bildbreite.
Und von diesem Gesamtbild, dass dann über 150cm Bilddiagonale hat, müssten Sie eigentlich etwa 1,5m entfernt sein, um es in einem Blick erfassen zu können.
Tatsächlich sind Sie aber nur 60 oder 70 cm vom Monitor entfernt. Klar, dass man da mehr vermeintliche "Fehler" sieht.

Es ist jetzt von der weiteren Verwendung der Bilder abhängig, ob diese Unschärfen tatsächlich stören oder nicht. Sind die Bilder für eine Verwendung als Ausbelichtung oder Ausdruck oder zur Wiedergabe auf dem HDTV oder per Beamer geplant,muss Sie diese Unschärfe nicht weiter stören, wenn Sie sich an die oben genannte Überlegung zum Betrachtungsabstand halten.

Je höher der Sensor auflöst, desto stärker werden Bilddetails in der 100% Ansicht vergrößert und desto stärker werden Unschärfen sichtbar.

Aufgrund der generell höheren Auflösung der heutigen Sensoren ist es aber möglich, die Bilder zum einen aus größerer Nähe zu betrachten ohne mit der Nase auf die Pixel gestoßen zu werden. Auch das Rauschen ist oft so gering, dass man wirklich viele Details erkennen könnte. (Es reicht dazu aber nicht eine höhere Auflösung des Sensors, auch die Qualität des Objektives muss mitspielen. Viele Zooms haben jenseits von 12MP schon Probleme.)
Falls Sie ein hochwertiges Objektiv einsetzen und eine Kamera mit geringem Rauschen und relativ hoher Pixelzahl nutzen, ist es zum anderen möglich, einen kleineren Ausschnitt aus einem Bild stark zu vergrößern.
In beiden Fällen, also sowohl bei starker Vergößerung am Monitor oder bei der Betrachtung eines Bildes aus großer Nähe als auch bei einer starken Ausschnittvergrößerung, die dann wieder aus den typischen Abständen betrachtet wird, passen aber die üblichen Berechnungen zur Schärfentiefe, Verwacklungsgrenze und Beugungsunschärfe nicht mehr. Diese gingen ja davon aus, dass das komplette aufgezeichnete Bild aus einem von der späteren Bildgröße abhängigen Mindestabstand betrachtet wird. Eine evtl. vorhandene Unschärfe wird also stärker sichtbar, das Maß der noch tolerierbaren (weil vom menschlichen Auge nicht wahrnehmbaren) Unschärfe wird kleiner.

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Anpassung
Hier müssten die üblichen "Regeln" angepasst werden. Eine leichte Verwacklung zum Beispiel, die früher unsichtbar blieb,kann bei stärkerer Vergrößerung oder bei Betrachtung aus kürzerem Abstand sichtbar werden. Die Kehrwertregel ist dann also mit Vorsicht anzuwenden und evtl. zu modifizieren, indem man die Belichtungszeiten zur Sicherheit halbiert oder viertelt. (Aus 1/250stel für 250mm kleinbildäquivalenter Brennweite wird dann 1/500stel oder gar 1/1000stel).
Diese Überlegungen führen nun viele Fotografen dazu, generell kürzere Belichtungszeiten gegen das Verwackeln oder weiter geschlossene Blenden gegen die durch eine starke Vergrößerung doch sichtbar werdende Unschärfe in Bezug auf die Schärfentiefe einzusetzen. Wie schon angeführt, erkauft man sich das aber mit Nachteilen.
So verliert man durch kürzere Belichtungszeiten die evtl. gewünschten Bewegungsunschärfen.
Und für die Anpassung der Schärfentiefe an eine stärkere Vergrößerung muss man dann die Blende um ein oder zwei Werte weiter schließen als die üblichen Rechner angeben, statt 5,6 also 8 oder gar 11 verwenden. Eine evtl. ebenfalsl für das Bild gewünschte Unschärfe des Hintergrundes verringert man aber durch dieses Abblenden. Und man handelt sich vielleicht sogar schon Probleme mit der Beugung ein. Und die wird darüber hinaus, das Problem verstärkend, durch eine stärkere Vergrößerung ebenfalls früher sichtbar. Und zwar schon bei gar nicht so starker Abblendung, wie man es bei normalenm Betrachtungsabstand erwarten würde. Im Prinzip öffnet sich hier ein Teufelskreis.
Wen man die Blende wegen hoher Anforderungen an die Schärfe innerhalb der Schärfentiefe zu weit schließt, kann es wie hier beim rechten Bild passieren, dass die erwünschte Unschärfe des Hintergrundes nicht ausreicht.

Man erkauft sich also die höhere Qualität durch eine geringere Freiheit bei der Bildgestaltung und womöglich stärkere Einbussen der Bildqualität an anderer Stelle. Die möglichen Qualitätsanforderungen, die sich durch den Einsatz hochauflösender Sensoren ergeben haben nicht also nur eine Auswirkung auf das Portemonnaie, sondern auch auf das Aussehen der Bilder.
An dieser Stelle muss jeder versuchen, den für ihn selber sinnvollen Weg zwischen den Extremen zu finden.
Man muss sich die Frage stellen, ob man beim Betrachten wirklich so nah an die Bilder herangehen will und ob man wirklich einen Ausschnitt braucht. Oder ob man nicht nur Bildgestaltung auf dem Altar (später unsichtbarer) Schärfe opfert.

Glücklicherweise wird in der Praxis nichts so heiß gegessen, wie es gekocht wird. Viele Fotografen kontrollieren ihre Bilder zwar in der 100% -Ansicht, nutzen dann aber doch mehr oder weniger den ganzen ursprünglich aufgenommenen Ausschnitt und betrachten diesen meist aus einer "sinnvollen" Entfernung, aus der sie das ganze Bild auf einen Blick erfassen.
In diesen Fällen kann man die alten Regeln weiterhin anwenden, darf sich aber in der 100% Ansicht über eine (nur) dann sichtbare leichte Unschärfen nicht wundern.

Wenn Sie aber vorhaben, die vollen Megapixel Ihrer Kamera zu nutzen, sei es für Ausschnitte oder für Bildbetrachtung aus kürzester Distanz, sollten Sie die oben angeführten Überlegungen zur veränderten Anforderung an Schärfentiefe und Verwacklung (und Beugungsunschärfe) kennen und beachten.
Wenn Sie in dieses Thema tiefer einsteigen wollen, ist sicher auch die Website www.6mpixel.org für Sie interessant.
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Zu den anderen Notizen

Was die anderen dazu meinen:


Uwe:

Ich fand diesen Beitrag gut und sehr hilfreich, um die Hintegrunde zu verstehen. Danke

MfG

rieb-foto.de

( 08.09.12 12:55)


Det. Höller:

Ich sage nur Pixel Fluch, eine Hochauflösende Kamera verlangt halt gute Objektive und macht die Arbeit des Fotografen bestimmt nicht einfacher. Ich muss sagen das ich dem Tom nicht ganz folgen konnte, muss ich nochmals in Ruhe lesen. Aber der Tipp vom Peter Horn ist nicht schlecht. Das wird ausprobiert.

( 18.12.11 22:05)


Peter Horn:

Sehr gute Überlegungen und der theoretische Hintergrund ist gut erklärt. Um in der Praxis zu scharfen Aufnahmen zu kommen, gibt es eine einfache Methode: man macht grundsätzlich immer zwei oder drei Bilder direkt hintereinander ? das machte man schon zu Film-Zeiten, um auf Nummer sicher zu gehen. Im Digitalzeitalter kostet das nichts. Wenn man die Aufnahmen am Monitor vergrößert betrachtet, wird man feststellen, dass sie bei identischen Belichtungsdaten praktisch immer unterschiedlich scharf sind. Die weniger scharfen können gelöscht werden.

Eine interessante Beobachtung ist folgende: Wenn man mehrere Aufnahmen von einem statischen Motiv direkt hintereinander macht, ohne den Ausschnitt zu verändern, wird sich die Dateigröße geringfügig unterscheiden. Die schärfste Aufnahme ist immer die mit der größten Datei.

( 26.11.11 12:36)

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