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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Diffraktion und Sensorgröße



Pastrami
11.02.2005, 11:56
Kann mir jemand mit etwas theoretischem Verständnis erklären, ab welchen Blenden bei 1,3x und 1,6x Sensoren die Diffraktion beginnt, die Bildqualität zu beeinflussen?

Bin mathematisch nur mittelmäßig begabt und habe mich bislang wo möglich an die folgende Faustformel gehalten:

35mm/ FF: Nicht weiter abblenden als f/8
6x7cm: Nicht weiter abblenden als f/11
4x5inch: Nicht weiter abblenden als f/22

Wenn diese Faustformel richtig sein sollte, dann würde das doch bedeuten, daß etwa mit einer 20D kleinere Blenden als f/5,6 vermieden werden sollten. Oder?

Stecki72
11.02.2005, 12:11
Wenn diese Faustformel richtig sein sollte, dann würde das doch bedeuten, daß etwa mit einer 20D kleinere Blenden als f/5,6 vermieden werden sollten. Oder?

Hallo Pastrami,

ich habe mich damit noch nie intensiv befasst, weiß aber, das User HKO von Beugungsunschärfen erst ab Bl. 16 sprach (wenn ich es richtig in Erinnerung habe). Bei den anderen Formaten kenne ich mich bezüglich deiner Frage überhaupt nicht aus.

Sorry, wenn ich einige User vergesse, aber ich denke mal, das Micha67, HKO und Anders Uschold und viele andere mehr dir präzisere Antworten geben könnten.

Stecki72
11.02.2005, 12:23
Kann mir jemand mit etwas theoretischem Verständnis erklären, ab welchen Blenden bei 1,3x und 1,6x Sensoren die Diffraktion beginnt, die Bildqualität zu beeinflussen?[

Ach so, bezüglich der Sensorgrößen gibt es m.E. keine Änderung, bzw. Beeinflussung der Beugungsunschärfen. 1.3x und 1.6x Sensoren stellen doch nur etwas weniger Fläche zur Verfügung, als ein KB-Sensor mit 24x36.

Bei den kleineren Sensoren werden eben nicht alle Strahlen auf dem Sensor erfasst und schießen sozusagen ins Leere. Ein 1.3x Sensor ist nichts anderes, als ein 24x36mm Sensor, mit dem Unterschied, dass der 1.3x Sensor nur nicht die gesamte Fläche eines 24x36mm Sensors nutzen kann (man könnte auch einen KB-Sensor mit schwarzem Isolierband ringsum abkleben, um einen 1.6x Sensor zu simulieren.

Und wenn nun bei einem 24x36mm Sensor diese Unschärfe ab Bl. 16 einsetzt, so wird sie auch bei einem kleineren Sensor ab Bl. 16 störend wirken.

HKO
11.02.2005, 15:41
Schärfentiefe und Diffraktion hängen natürlich von der Sensorgröße ab - man braucht nur mal die einstellbaren Blenden an einer Consumer-Digi mit noch viel kleinerem Chip sich ansehen, die enden meist bei 7-8.
Die mathematisch-physikalische Theorie will ich mir schenken, sonst würde es lang. Praktisch führen bei 1,6x Blenden > 16 zu deutlicher Beeinträchtigung. Das macht aber nichts, da gleichzeitig die Schärfentiefe sich auch verändert, f=22 bei 1,6x bringt mehr Schärfentiefe als f=32 auf FF-Chip.
Allerdings relativiert sich das Ganze bei der Ausgabe als Print.

Stecki72
11.02.2005, 16:10
Schärfentiefe und Diffraktion hängen natürlich von der Sensorgröße ab - man braucht nur mal die einstellbaren Blenden an einer Consumer-Digi mit noch viel kleinerem Chip sich ansehen, die enden meist bei 7-8.
Die mathematisch-physikalische Theorie will ich mir schenken, sonst würde es lang. Praktisch führen bei 1,6x Blenden > 16 zu deutlicher Beeinträchtigung. Das macht aber nichts, da gleichzeitig die Schärfentiefe sich auch verändert, f=22 bei 1,6x bringt mehr Schärfentiefe als f=32 auf FF-Chip.
Allerdings relativiert sich das Ganze bei der Ausgabe als Print.

Hallo Horst,

ich stehe bestimmt etwas neben mir ;) , aber kannst du mir das bitte anschaulich erklären, warum ein kleinerer Sensor bereits bei geringerer Blende von 16 anfälliger für Beugungsunschärfen ist? Wenn ich einen KB-Sensor der 1Ds so manipuliere (z.B. abklebe), so dass er die selbe Größe wie ein Sensor einer 20D hat, sind doch m.E. exakt die gleichen Aufnahmebedingungen vorhanden.

Das mit der Schärfentiefe kann ich ebenso wenig nachvollziehen (in diesem Beitrag hier nachzulesen (http://forum.dforum.de/showthread.php?t=444348&highlight=sch%E4rfentiefe)). Ist es vielleicht so, dass du voraussetzt, dass man bei gleicher Brennweite mit einer 20D einen größeren Aufnahmeabstand einnehmen muss, als mit einer 1Ds MKII, um den selben Bildwinkel zu erhalten?
Da stimme ich natürlich ohne Einschränkungen zu ;) (in diesem Beitrag - siehe bitte Link - hatte ich mit einem anderen User diese Problematik durch, bis wir feststellten, dass ich vom identischen, er aber von unterschiedlichen Aufnahmeabstand ausging, - das führte zu gar nichts, bis wir das dann per PN klären konnten)

JAKOB
11.02.2005, 16:26
Hallo Horst,

ich stehe bestimmt etwas neben mir ;) , aber kannst du mir das bitte anschaulich erklären, warum ein kleinerer Sensor bereits bei geringerer Blende von 16 anfälliger für Beugungsunschärfen ist? Wenn ich einen KB-Sensor der 1Ds so manipuliere (z.B. abklebe), so dass er die selbe Größe wie ein Sensor einer 20D hat, sind doch m.E. exakt die gleichen Aufnahmebedingungen vorhanden.

Das mit der Schärfentiefe kann ich ebenso wenig nachvollziehen (in diesem Beitrag hier nachzulesen (http://forum.dforum.de/showthread.php?t=444348&highlight=sch%E4rfentiefe)). Ist es vielleicht so, dass du voraussetzt, dass man bei gleicher Brennweite mit einer 20D einen größeren Aufnahmeabstand einnehmen muss, als mit einer 1Ds MKII, um den selben Bildwinkel zu erhalten?
Da stimme ich natürlich ohne Einschränkungen zu ;) (in diesem Beitrag - siehe bitte Link - hatte ich mit einem anderen User diese Problematik durch, bis wir feststellten, dass ich vom identischen, er aber von unterschiedlichen Aufnahmeabstand ausging, - das führte zu gar nichts, bis wir das dann per PN klären konnten)


da stimme ich dir absolut zu, die sensorgrösse hat damit nun wirklich nichts am hut. die effektive blendenöffnung (durchmesser) und der abstand der blendenlamellen zur chipfläche aber schon. ;)

Pastrami
11.02.2005, 16:34
Praktisch führen bei 1,6x Blenden > 16 zu deutlicher Beeinträchtigung.

f/16 scheint mir erheblich zu klein, auch wenn mein Talent nicht ausreicht um das rechnerisch belegen zu können.

Zum Vergleich ist es vielleicht interessant, daß für aktuelle Rodenstock Digitalobjektive die Arbeitsblende f/8 und f/11 für optimale Bildqualität empfohlen wird. Und da dreht es sich um Digitalrückteile mit etwas größerem Sensorformat...

siehe hier: http://www.linos.de/de/prod/apo-sironar-digital.html

Micha67
11.02.2005, 18:42
Kann mir jemand mit etwas theoretischem Verständnis erklären, ab welchen Blenden bei 1,3x und 1,6x Sensoren die Diffraktion beginnt, die Bildqualität zu beeinflussen?

Bin mathematisch nur mittelmäßig begabt und habe mich bislang wo möglich an die folgende Faustformel gehalten:

35mm/ FF: Nicht weiter abblenden als f/8
6x7cm: Nicht weiter abblenden als f/11
4x5inch: Nicht weiter abblenden als f/22

Wenn diese Faustformel richtig sein sollte, dann würde das doch bedeuten, daß etwa mit einer 20D kleinere Blenden als f/5,6 vermieden werden sollten. Oder?

Hnn, da muß ich wohl etwas weiter ausholen:

Eine zunehmende Beugungs-bedingte Unschärfe wirkt sich, grob gesagt, in drei Schweregraden aus:
1. erste Beugungsverluste betreffen den Wiedergabekontrast in feinen Strukturen
2. Beugung beginnt so relevant zu werden, daß an dem jeweiligen Sensorformat erste Auflösungs-Einbußen geschehen
3. Beugung wird zum hauptsächlich limitierenden Faktor

zu Punkt 1:
Entgegengesetzt den Beugungsverlusten wird durch Abblenden des Objektivs dessen Abbildungsleistung zu einem gewissen Grad gesteigert. Wo ein Objektiv in seinem Optimum liegt, kann sehr unterschiedlich sein. Ein sehr gut justiertes 400/2.8 II L-USM kann beispielsweise bereits ab Offenblende optimal sein und verliert durch Beugung bereits ganz leicht ab Blende 5,6 (an KB). Ein mäßig gutes Consumer-Zoom kann hingegen durch Abblenden auf f/11 noch so stark gewinnen, daß die bereits einsetzende Beugungsunschärfe dennohc in den Hintergrund tritt. Man muß also für das Abbildungsoptimum immer, das Objektiv mit berücksichtigen.

zu Punkten 2 und 3:
Die Systemauflösung ergibt sich durch eine Überlagerung von Objektiv- und Kameraauflösung. Die Objektivauflösung eines "idealen Objektivs" ist immer noch durch die Beugung limitiert.

Das harte Beugungs-Limit der Auflösung eines "idealen Objektivs" liegt bei:
50 lp/mm bei f/32
70 lp/mm bei f/22
100 lp/mm bei f/16
140 lp/mm bei f/11
200 lp/mm bei f/8
280 lp/mm bei f/5.6
400 lp/mm bei f/4

Wie sehr diese Limitation mit dem Sensorformat und dessen Pixelabstand interferiert, kann man nun leicht ausrechnen:

Systemauflösung = 1 / ( 1/Objektivauflösung + 1/Sensorauflösung )

Bei f/11 wird z.B. ein Sensor mit einer Auflösung von 55 lp/mm durch die Beugung der Optik auf maximal 40 lp/mm "gestutzt". Dies ist ein Wert, der gerade mal erkennbar sein kann. Bei f/16 blieben in der Kombination aus Objektiv und Kamera noch 35 lp/mm übrig, bei f/22 wären es noch 30 lp/mm - und damit ein sehr gut erkennbarer Auflösungsverlust.

In der Praxis kann man sagen, daß bei KB-Vollformat f/16 noch sehr akzeptabel ist und bei Formatfaktor 1,6 mit nur sehr wenig Verlust bis auf f/11 abgeblendet werden kann. Die Faustformel-Werte, die Du angegeben hast, betreffen nicht die Baugungs-Limitation (Punkt 2 meiner anfänglichen Liste) sondern eher die Blende, bei der erste Beugungs-bedingte Leistungsminderungen im Kontrast feinster Strukturen auftreten (Punkt 1 meiner Liste).

Micha67
11.02.2005, 19:04
ich stehe bestimmt etwas neben mir ;) , aber kannst du mir das bitte anschaulich erklären, warum ein kleinerer Sensor bereits bei geringerer Blende von 16 anfälliger für Beugungsunschärfen ist? Wenn ich einen KB-Sensor der 1Ds so manipuliere (z.B. abklebe), so dass er die selbe Größe wie ein Sensor einer 20D hat, sind doch m.E. exakt die gleichen Aufnahmebedingungen vorhanden.

Die Beugung ist immer gleich groß, aber am kleineren Sensor mit seinen kleineren Pixelabständen ist die Toleranzgrenze dieser Unschärfe früher erreicht.

Die abgeklebte 1Ds würde zur Betrachtung des Bildes stärker nachvergrößert werden als die nicht abgeklebte 1Ds. Daher ist die Beugungsunschärfe an sich zwar bei verschiedenen Aufnahmeformaten konstant, aber die tolerierbare Beugungsunschärfe ist nicht unabhängig vom Aufnahmeformat, sondern sie sinkt mit kleiner werdenden Sensoren.



Das mit der Schärfentiefe kann ich ebenso wenig nachvollziehen (in diesem Beitrag hier nachzulesen (http://forum.dforum.de/showthread.php?t=444348&highlight=sch%E4rfentiefe)). Ist es vielleicht so, dass du voraussetzt, dass man bei gleicher Brennweite mit einer 20D einen größeren Aufnahmeabstand einnehmen muss, als mit einer 1Ds MKII, um den selben Bildwinkel zu erhalten?

Üblicherweise sollte man für solche Diskussionen von weitestgehender Ergebnisäquivalenz ausgehen, was bedeutet, daß Motiv- und Kamerastandort konstant bleiben. Um ein identisches Bildfeld zu erhalten, wird an die stärker croppende Kamera noch ein entsprechend kürzerbrennweitiges Objektiv geklemmt. Unter diesen Bedingungen sollte man dann die Crop-Abhängigkeit der Schärfentiefe betrachten.

Der Aufnahmeabstand verändert übrigens den Bildwinkel üblicherweise nicht.

Pastrami
11.02.2005, 21:33
Micha67,

vielen Dank für die erstklassige Erläuterung!

Bleibt nur eine Frage: Wie ermittle ich die Sensorauflösung in Lp/mm? Wenn ich richtig rechne, löst die 1DSII 19.228 und die 20D 24.253 Pixel/mm2 auf. Kann man dies in Linienpaare umrechnen?

Micha67
12.02.2005, 09:03
Micha67,

vielen Dank für die erstklassige Erläuterung!

Bleibt nur eine Frage: Wie ermittle ich die Sensorauflösung in Lp/mm? Wenn ich richtig rechne, löst die 1DSII 19.228 und die 20D 24.253 Pixel/mm2 auf. Kann man dies in Linienpaare umrechnen?

theoretisch maximale Sensorauflösung = Zahl horizontaler Bildpixel / Sensorbreite / 2

typische reale Sensorauflösung = Zahl horizontaler Bildpixel / Sensorbreite / 2 / 1,25

Die theoretisch maximale Sensorauflösung ist die Auflösung eines monochromen Sensors ohne Antialiasing-Filter.

Die typische reale Sensorauflösung liegt wegen RGB-Maske und Bayer-Demosaic sowie einem Antialiasing bei etwas geringeren Werten. Der Faktor von 1,25 ist ein Wert, der nur bei sehr dünem Antialiasing-Filter erreicht wird (z.B. 1D). Für eine 20D oder eine 1Ds-II sollte man einen etwas höheren "Verlustfaktor" von ca. 1,35 veranschlagen. Genaueres hierzu findest Du bei Suche im Archiv nach Horsts (HKO) Beiträgen mit dem Stichwort "Wirkungsgrad".

JAKOB
12.02.2005, 09:44
Die Beugung ist immer gleich groß, aber am kleineren Sensor mit seinen kleineren Pixelabständen ist die Toleranzgrenze dieser Unschärfe früher erreicht.

Die abgeklebte 1Ds würde zur Betrachtung des Bildes stärker nachvergrößert werden als die nicht abgeklebte 1Ds.


das ist dann aber nicht wirklich fair beim vergleich....das wäre ja wie wenn ich umgekehrt meine sinar 18x24 negative ganz stark vergrössere und die von kb nur wenig, da werden die sinarobtiken ganz schrecklich aussehen! ich denke wir sollten das ganze doch immer auch bei demselben vergrösserungsfaktor betrachten, oder? :confused:




Der Aufnahmeabstand verändert übrigens den Bildwinkel üblicherweise nicht.

wieso "üblicherweise"? wann würde es denn? :confused:

JAKOB
12.02.2005, 09:48
theoretisch maximale Sensorauflösung = Zahl horizontaler Bildpixel / Sensorbreite / 2

typische reale Sensorauflösung = Zahl horizontaler Bildpixel / Sensorbreite / 2 / 1,25

Die theoretisch maximale Sensorauflösung ist die Auflösung eines monochromen Sensors ohne Antialiasing-Filter.

Die typische reale Sensorauflösung liegt wegen RGB-Maske und Bayer-Demosaic sowie einem Antialiasing bei etwas geringeren Werten. Der Faktor von 1,25 ist ein Wert, der nur bei sehr dünem Antialiasing-Filter erreicht wird (z.B. 1D). Für eine 20D oder eine 1Ds-II sollte man einen etwas höheren "Verlustfaktor" von ca. 1,35 veranschlagen.

ich schätze mal, dass deine aussage bezüglich des unterschiedes 1d zur restlichen canon palette vom sensoraufbau ccd <-> cmos (verstärkerschaltung) herrührt? demgegenüber sollte foveon nahezu bei 1 sein.

JAKOB
12.02.2005, 09:53
H
Wie sehr diese Limitation mit dem Sensorformat und dessen Pixelabstand interferiert, kann man nun leicht ausrechnen:

Systemauflösung = 1 / ( 1/Objektivauflösung + 1/Sensorauflösung )


vorsicht, sensorformat ist aber nicht gleich sensorauflösung! es könnte ansonsten etwas verwirrung entstehen ;)

denn wie gross der sensor (oder das blatt papier oder was auch immer sich in der bildebene als schirm befindet) ist in dieser berechnung unwichtig :D

aber damit will ich nicht kritik üben......just m2c

Micha67
12.02.2005, 15:21
das ist dann aber nicht wirklich fair beim vergleich....das wäre ja wie wenn ich umgekehrt meine sinar 18x24 negative ganz stark vergrössere und die von kb nur wenig, da werden die sinarobtiken ganz schrecklich aussehen! ich denke wir sollten das ganze doch immer auch bei demselben vergrösserungsfaktor betrachten, oder? :confused:

Die Bilder, die wir ganz zum Schluß betrachtend in der Hand halten, sollten gleich groß sein. Ein 36cm breites Bild muß bei einer 1Ds als Aufnahmemedium 10-fach und bei einer 20D als Aufnahmemedium 16-fach nachvergrößert werden. Eine konstant große Diffraktion wird also bei der 20D stärker nachvergrößert und damit stärker erkennbar als bei einer 1Ds. Ähnliches gilt bei der Schärfentiefe, sodaß der zulässige Z-Kreis bei der 20D um Faktor 1,6 kleiner ist als bei der 1Ds. Als Resultat entsteht bei gleichem Objektiv und gleicher Blende die Schärfentiefe mit der 20D sogal kleiner sein, als mit der 1Ds und die Schärfentiefe-Markierungen auf den Objektiven stimmen nicht mehr (da sie für z=0,025 oder z=0,03mm gerechnet sind).

Anders sieht dies für "Ergebnis-äquivalente" Bilder aus:
Da man für Ergebnis-äquivalente Bilder mit gleichem Bildwinkel eine kürzere Brennweite einsetzen muß, wird die im Quadrat mit der Brennweitenänderung skalierende Vergößerung der Schärfentiefe überwiegen.




wieso "üblicherweise"? wann würde es denn? :confused:

Im Nah- und Makrobereich, da sich dort entweder bei stärkerer Auszugsverlängerung die wirksame Brennweite verlängert, bzw. bei innenfokussierten Objektiven oder bei (super)Zoomobjektiven sogar auch die reale Brennweite deutlich ändern kann.

Micha67
12.02.2005, 15:28
ich schätze mal, dass deine aussage bezüglich des unterschiedes 1d zur restlichen canon palette vom sensoraufbau ccd <-> cmos (verstärkerschaltung) herrührt? demgegenüber sollte foveon nahezu bei 1 sein.

Nein, es hat bei Canon weniger mit den Sensorkonzepten (CCD versus CMOS) zu tun, sondern mit der von Canon gewählten Dimensionierung des Antialiasing-Filters. Vermutlich wollte man von den ohnehin nicht allzuvielen 4 MP der 1D nicht noch zusätzliche Verluste durch ein stärkeres Antialiasing-Filter hinnehmen und hat ihr deswegen ein für den Pixelabstand sehr dünnes Filter beschert. Die 1D quittiert dies mit sehr hoher Grundschärfe - und einer nicht komplett unterdrückten Neigung zu Farbmoirée.

Ob der Foveon-Sensor tatsächlich den Auflösungs-Wirkungsgrad eines monochromen Sensors erzielt, weiß ich nicht mit Exaktheit, es scheint aber durchaus möglich. In diesem Fall muß man allerdings auch von dessen realer Zahl von 3,3 MP unterschiedlich lokalisierter Photosites ausgehen, sodaß sich der 1,25- bis 1,35-fache Auflösungszugewinn gegenüber den Bayer-Sensoren gerade wieder auf eine Vergleichbarkeit mit 5-6 MP in Bayer-Anordnung relativiert.

Micha67
12.02.2005, 15:55
vorsicht, sensorformat ist aber nicht gleich sensorauflösung! es könnte ansonsten etwas verwirrung entstehen ;)

... ich schrub daher ja auch "Sensorformat und dessen Pixelabstand".


denn wie gross der sensor (oder das blatt papier oder was auch immer sich in der bildebene als schirm befindet) ist in dieser berechnung unwichtig :D


Vergiß bitte nicht den unterschiedlich großen tolerierbaren Z-Kreis der verschiedenen Formate. Er gilt nicht nur in der Schärfentiefen-Definition, sondern ebenso bei der Bewertung der tolerierbaren Beugungs-bedingten Auflösungsminderung.

JAKOB
12.02.2005, 18:38
... ich schrub daher ja auch "Sensorformat und dessen Pixelabstand".



Vergiß bitte nicht den unterschiedlich großen tolerierbaren Z-Kreis der verschiedenen Formate. Er gilt nicht nur in der Schärfentiefen-Definition, sondern ebenso bei der Bewertung der tolerierbaren Beugungs-bedingten Auflösungsminderung.


uf, da bin ich doch schon sehr beruhigt, dass mein physikalisches verständnis noch einigermassen stimmt.....wie immer waren deine ausführungen äusserst hilfreich und schlicht perfekt :D