PDA

Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Formatabhängigkeit der Schärfentiefe



Micha67
21.02.2005, 22:09
Liebe Leute,

aus aktuellem Anlass und zur Beschwichtigung heißgelaufener Diskussionen möchte ich nochmals versuchen, grundsätzlich etwas Licht in dieses verworrene Thema zu bringen.


Ist die Schärfentiefe Format-abhängig oder ist sie eine Eigenschaft des Objektivs?

Zu dieser Frage ist als allererstes und vielleicht bereits Wichtigstes zu sagen: ein Objektiv an sich hat prinzipiell überhaupt keine Schärfentiefe. Ein Objektiv fokussiert ein Bild auf exakt eine und nur eine Sensor- oder Filmebene. Jegliche Abweichung von der "wahren" Fokuslage bewirkt, daß die Lichtstrahlen entweder noch konvergieren (wahre Fokuslage hinter dem Sensor) oder bereits wieder divergieren (wahre Fokuslage vor dem Sensor). Die "Toleranz der Fokustiefe" ist daher prinzipiell ultimativ klein.

Eine Schärfentiefe entsteht im Zuge der Wahrnehmungsschärfe bzw. -toleranz unserer Sehphysiologie, also erst beim Betrachten des fertigen Bildes. Hierbei gilt als (relativ flexibles) Limit unserer Seh-Auflösung, daß wir ein Bild bei "normalen Betrachtungsabständen" immer dann als scharf empfinden, wenn die im Bild enthaltene Unschärfe zu Unschärfekreisen von max. 1/1500 der Bilddiagonalen geführt hat. Sofern das betrachtete Bild ohne Beschnitt von einem Sensor mit einer Diagonalen von x mm stammt, beträgt demnach die Zerstreuungskreis-Anforderung auf dem Sensor wiederum Sensordiagonale/1500. Da es nun mal verschiedene Sensorformate gibt, variiert die Toleranz gegenüber Fokus-Fehllagen demnach bereits völlig Objektiv-unabhängig direkt mit dem Sensorformat.

Da der Z-Kreis von Sensordiagonale/1500 Durchmesser mit kleineren Sensoren schrumpft, kommt es zu dem Effekt, daß bei gleichem Objektiv, gleicher Entfernung und gleicher Blende die Schärfentiefe bei kleineren Sensoren im Vergleich zum "Vollformat" sogar abnimmt. Das Ausmaß dieser Veränderung des Z-Kreises und damit auch der Schärfentiefe ist proportional zum Quotienten der Formatgrößen.

Hält man hingegen nicht die Brennweite konstant, sondern man wählt gleichen Bildwinkel, gleiche Entfernung und gleiche Blende, so ist die bei kleineren Sensoren zu wählende Brennweite in ihrem Effekt auf die Schärfentiefe dominant, denn die Schärfentiefe steigt im Quadrat mit sinkender Brennweite. Im Resultat aus veränderter Brennweite und kleinerem Z-Kreis ergibt sich immer noch eine Cropfaktor-abhängige Vergrößerung der Schärfentiefe, die zur Kompensation eine Veränderung des Blendenwertes um einen Betrag erfordert, die genau dem Verhältnis der Sensorformate zueinander entspricht.

Unter den letztgenannten Rahmenbedingungen (gleicher Bildwinkel, gleiche Entfernung und gleiche Blende) wird also eine Konstanthaltung der Schärfentiefe gegenüber KB-Vollformat nur dann erzielt werden können, wenn die Blende am Objektiv der kleinformatigeren Kamera genau um den Crop-Faktor weiter geöffnet wird. So ergeben z.B. f/3.2 bei 80mm Brennweite an Vollformat und f/2.0 bei 50mm an Crop 1,6 in Sachen Schärfentiefe Ergebnis-äquivalente Bilder.

Ich hoffe, daß ich mit diesen eigentlich altbekannten Ausführungen nicht all diejenigen, die dies ohnehin bereits wissen, zu sehr gelangweilt und verärgert haben mag und wünsche uns weiterhin ein friedliches und informatives Miteinander!

Peter ST.
21.02.2005, 22:15
danke micha67 !!

Jörg Grunwald
21.02.2005, 23:42
Danke Micha,


so gut erklärt, dass auch ich es verstanden habe.

Gruß
Jörg

Benutzer
22.02.2005, 00:01
klasse erklärt !

Philippe Ramsebner
22.02.2005, 01:56
Toll erklärt. ...und die Erde ist doch keine Scheibe

LGPR

M. Blum
22.02.2005, 09:02
Vielen Dank Micha. Haste ja mal wieder klasse erklärt. Ich hatte mich schon gewundert, dass du dich in den letzten Tagen nicht zu Wort gemeldet hast, nachdem soviel Blödsinn über dieses Thema geschrieben wurde. Und wie ich sehe, ist auf dich eben doch Verlass.

Gruß

T. Reimers
22.02.2005, 09:23
Ein spannendes Thema. Für mich übrigens der Grund, jetzt doch eine 1Ds zu kaufen (jaja, die "alte" - und gebraucht): Wenn man über 20 Jahre mit 24x36 fotografiert hat, und plötzlich schaut man nur noch in ein "Mittelfenster" eines 50ers oder 70ers, dann ist das schon sehr ungewohnt.
Ein 50er an KB ist eben ein 50er und wird niemals zu einem 80er - bei den Crop-Kameras handelt es sich ja nur um um eine Bildwinkelverkleinerung, keine tatsächliche Brennweitenverlängerung.

Hier noch ein guter Link dazu:

http://dfleming.ameranet.com/dof_dslr.html

mfg
Thomas Reimers

JAKOB
22.02.2005, 11:11
...Eine Schärfentiefe entsteht im Zuge der Wahrnehmungsschärfe bzw. -toleranz unserer Sehphysiologie, also erst beim Betrachten des fertigen Bildes. Hierbei gilt als (relativ flexibles) Limit unserer Seh-Auflösung, daß wir ein Bild bei "normalen Betrachtungsabständen" immer dann als scharf empfinden, wenn die im Bild enthaltene Unschärfe zu Unschärfekreisen von max. 1/1500 der Bilddiagonalen geführt hat. Sofern das betrachtete Bild ohne Beschnitt von einem Sensor mit einer Diagonalen von x mm stammt, beträgt demnach die Zerstreuungskreis-Anforderung auf dem Sensor wiederum Sensordiagonale/1500. Da es nun mal verschiedene Sensorformate gibt, variiert die Toleranz gegenüber Fokus-Fehllagen demnach bereits völlig Objektiv-unabhängig direkt mit dem Sensorformat...

hoi micha:)

das mit den 1/1500 habe ich so auch gelernt, aber erlaube mir folgende fragen bzw. anmerkungen.
der wert von 1/1500 bezieht sich ja auf die zum entsprechenden format gehörende "Normalbrennweite" und daher ergeben sich dann natürlich rechnerisch auch unterschiedliche werte für Z. wird hingegen die brennweite (in mm) konstant gehalten (idealerweise nur eine einzelne linse), so variiert der wert "1/1500" entsprechend dem aufnahmeformat.
oder bildlich: wenn ich die bildweite variiere (infolge brennweitenveränderung), so verändert sich auch Z, bleibt die bildweite gleich und ich verändere nur die aufnahmefläche, so verändert sich Z für einen bestimmten lichtstrahl nicht (oder ich hatte da einen ganz schlimmen fensterplatz an der uni :)
kannst du mir da weiterhelfen?

JAKOB
22.02.2005, 11:17
Ein spannendes Thema. Für mich übrigens der Grund, jetzt doch eine 1Ds zu kaufen (jaja, die "alte" - und gebraucht): Wenn man über 20 Jahre mit 24x36 fotografiert hat, und plötzlich schaut man nur noch in ein "Mittelfenster" eines 50ers oder 70ers, dann ist das schon sehr ungewohnt.
Ein 50er an KB ist eben ein 50er und wird niemals zu einem 80er - bei den Crop-Kameras handelt es sich ja nur um um eine Bildwinkelverkleinerung, keine tatsächliche Brennweitenverlängerung.

Hier noch ein guter Link dazu:

http://dfleming.ameranet.com/dof_dslr.html

mfg
Thomas Reimers

hallo thomas

die brennweitenangabe ist leider bei kb (und mittelformat) etwas unglücklich und wird wohl noch lange als verkaufsargument dienen, so im sinne mein 200 ist nun plötzlich ein 320er. besser wäre es ja, wenn objektive nach entsprechendem bildwinkel (bei entsprechender blende) zugeordnet würden, so wie im grossformat üblich.

JAKOB
22.02.2005, 11:37
hoi micha:)

das mit den 1/1500 habe ich so auch gelernt, aber erlaube mir folgende fragen bzw. anmerkungen.
der wert von 1/1500 bezieht sich ja auf die zum entsprechenden format gehörende "Normalbrennweite" und daher ergeben sich dann natürlich rechnerisch auch unterschiedliche werte für Z. wird hingegen die brennweite (in mm) konstant gehalten (idealerweise nur eine einzelne linse), so variiert der wert "1/1500" entsprechend dem aufnahmeformat.
oder bildlich: wenn ich die bildweite variiere (infolge brennweitenveränderung), so verändert sich auch Z, bleibt die bildweite gleich und ich verändere nur die aufnahmefläche, so verändert sich Z für einen bestimmten lichtstrahl nicht (oder ich hatte da einen ganz schlimmen fensterplatz an der uni :)
kannst du mir da weiterhelfen?

hier noch die grafik zu meinen gedanken :)

Micha67
22.02.2005, 18:30
hoi micha:)

das mit den 1/1500 habe ich so auch gelernt, aber erlaube mir folgende fragen bzw. anmerkungen.
der wert von 1/1500 bezieht sich ja auf die zum entsprechenden format gehörende "Normalbrennweite" und daher ergeben sich dann natürlich rechnerisch auch unterschiedliche werte für Z. wird hingegen die brennweite (in mm) konstant gehalten (idealerweise nur eine einzelne linse), so variiert der wert "1/1500" entsprechend dem aufnahmeformat.
oder bildlich: wenn ich die bildweite variiere (infolge brennweitenveränderung), so verändert sich auch Z, bleibt die bildweite gleich und ich verändere nur die aufnahmefläche, so verändert sich Z für einen bestimmten lichtstrahl nicht (oder ich hatte da einen ganz schlimmen fensterplatz an der uni :)
kannst du mir da weiterhelfen?

Der Wert für den Z-Kreisdurchmesser bezieht sich keinesfalls nur auf die zu dem entsprechenden Format gehörende "Normalbrennweite". Der Z-Kreis ist 1/1500-stel des Sensorformates, egal welche Brennweite davor hängt. Der Grund hierfür ist doch sehr einfach: von verschiedensten Sensorformaten ausbelichtete Bilder sollen doch bei der Bildbetrachtung alle den selben Schwellenwert für Schärfe und Unschärfe haben (eben 1/1500 der Diagonalen des ausbelichteten Bildes). Da das fertige Bild mehr oder weniger direkt durch lineare Vergrößerung der auf unterschiedlich großen Sensoren aufgezeichneten Bilder entstand, darf man die "akzeptable Unschärfe" des fertigen Bildes eben auch umgekehrt linear auf die Größe des Sensors "zurückschrumpfen" und landet dann eben beim 1/1500stel des Sensorformates, rechnet diesen Wert aus und nennt ihn Z-Kreis.

Das Nette an den Sensor-abhängig unterschiedlich großen Z-Kreisen ist, daß hierüber neben der Schärfentiefe auch sehr einfach weitere Dinge abgeschätzt werden können, wie z.B. die Vergrößerungsreserven des Chips oder die Format-abhängige Beeinträchtigung der Bildauflösung durch die Blenden-abhängige Beugungsunschärfe.

JAKOB
22.02.2005, 18:42
Der Wert für den Z-Kreisdurchmesser bezieht sich keinesfalls nur auf die zu dem entsprechenden Format gehörende "Normalbrennweite". Der Z-Kreis ist 1/1500-stel des Sensorformates, egal welche Brennweite davor hängt. Der Grund hierfür ist doch sehr einfach: von verschiedensten Sensorformaten ausbelichtete Bilder sollen doch bei der Bildbetrachtung alle den selben Schwellenwert für Schärfe und Unschärfe haben (eben 1/1500 der Diagonalen des ausbelichteten Bildes). Da das fertige Bild mehr oder weniger direkt durch lineare Vergrößerung der auf unterschiedlich großen Sensoren aufgezeichneten Bilder entstand, darf man die "akzeptable Unschärfe" des fertigen Bildes eben auch umgekehrt linear auf die Größe des Sensors "zurückschrumpfen" und landet dann eben beim 1/1500stel des Sensorformates, rechnet diesen Wert aus und nennt ihn Z-Kreis.

Das Nette an den Sensor-abhängig unterschiedlich großen Z-Kreisen ist, daß hierüber neben der Schärfentiefe auch sehr einfach weitere Dinge abgeschätzt werden können, wie z.B. die Vergrößerungsreserven des Chips oder die Format-abhängige Beeinträchtigung der Bildauflösung durch die Blenden-abhängige Beugungsunschärfe.


micha, ich bin ja der exakt der selben ansicht wie du. mein einwand bezieht sich ja auf die prozedur des vergrösserns. denn optisch bzw. physikalisch hat der sensor bzw. seine grösse ja keinen einfluss auf die schärfentiefe :).
aber du hast das alles so schön erklärt, erlaube mir die frage ob du irgendwie in der ausbildung tätig bist?
:)

Micha67
22.02.2005, 19:20
micha, ich bin ja der exakt der selben ansicht wie du. mein einwand bezieht sich ja auf die prozedur des vergrösserns. denn optisch bzw. physikalisch hat der sensor bzw. seine grösse ja keinen einfluss auf die schärfentiefe :).


Naja, da der Schärfentiefe-definierende Z-Kreis-Durchmesser fest mit dem Sensorformat verknüpft ist, weiß ich ehrlich gesagt nicht, wie man behaupten kann, die Sensorgröße habe keinen Einfluß auf die Schärfentiefe. Ich fürchte, Du hängst immer noch der Idee nach, irgendeine Brennweite würde bei irgendeiner Blende unabhängig vom Sensorformat eine klar bestimmbare Schärfentiefe aufweisen. Freilich wird der Öffnungswinkel des Strahlenbüschels bei kleinerer Blende immer enger, sodaß die Konvergenz bzw. Divergenz der fehlfokussierten Bildanteile und mit ihr auch die Unschärfe der fehlfokussierten Bildanteile in der Sensorebene geringer ausfällt. Auch wahr ist, daß der optische Strahlengang per se völlig unabhängig vom Sensorformat ist. Nur: ab wann dürfen wir behaupten "jetzt ist es scharf!"? Dieses Entscheidungskriterium wird nun mal durch den Z-Kreis gegeben und wird damit Format-abhängig.



aber du hast das alles so schön erklärt, erlaube mir die frage ob du irgendwie in der ausbildung tätig bist?
:)


Treffer, allerdings halten sich die Semesterwochenstunden zum Glück noch in bewältigbaren Grenzen.

JAKOB
23.02.2005, 01:15
ich denke wir belassen es mal so, wir reden ein wenig aneinander vorbei und das ist schriftlich wie hier im forum nicht zu lösen. sollten wir uns einmal bei einem usertreffen sehen, so können wir uns ja gegenseitig austauschen :)


btw. Z ist über den vergrösserungsmasstab mit der sensorgrösse verknüpft.

Micha67
23.02.2005, 09:04
btw. Z ist über den vergrösserungsmasstab mit der sensorgrösse verknüpft.

Welchen Vergrösserungsmassstab meinst Du? Den optischen Vergrößerungsmaßstab zwischen Motiv und dessen Projektion auf dem Sensor oder den Vergrößerungsmaßstab zwischen Sensor und ausbelichtetem Bild? Der erste Vergrößerungsmaßstab geht sehr direkte in die Schärfentiefenberechnung ein und der zweite ebenfalls, nämlich über die Z-Kreis-Definition:
kleinerer Sensor = stärkere Nachvergrößerung eventueller Unschärfen; ergo darf die Unschärfe auf dem Sensor weniger groß sein und der Z-Kreisdurchmesser muß entsprechend kleiner definiert werden.

Vielleicht solltest Du mal einfach hier hinschreiben, wie Du den tolerierbaren Z-Kreis-Durchmesser berechnest. Dann muss sich alles aufklären. Aus dem bislang Gesagten verstehe ich eher, daß da noch