Forum Übersicht - Grundlagen » Auflösungsgrenze optischer Systeme durch Beugung

Thomas Maschke von photoscala hat unter dem Titel "Wie viele Megapixel verkraftet eine Kamera?" einen lesenswerten Artikel über die beugungsbedingten Auflösungsgrenzen optischer Systeme geschrieben:

http://www.photoscala.de/Artikel/Wie-viele...tet-eine-Kamera
http://www.photoscala.de/Artikel/Begrenzun...g-durch-Beugung

Viele Grüße,

Matthias

Da wird mal wieder bestätigt, was wir schon von 100 Jahren wussten:

Format ist nur durch eines zu ersetzen:
mehr Format.

Praktisch, dass in dem Artikel die Werte für die unterschiedlichen Formate und Blenden mal in einer Tabelle zusammengestellt wurden!

Interssant wäre ergänzend eine Betrachtung, wann sich ein Telekonverter noch lohnt / wann die zusätzlichen Details aufgrund des Brennweitengewinns durch die die Beugungsverluste aufgrund der kleineren Blende aufgezehrt werden. Praxisrelevanz hätte das z.B. an der A77, wenn man daran ein 70-400G mit Konvertern kombiniert und so schon bei Offenblende bei f8 (1,4er Konverter) bzw. f11 (2-fach Konverter) ankommt. Sollte man totzdem noch eine Blende abblenden (Optimum des Objektivs ohne Konverter), oder lässt man das besser sein? Meine Erfahrung mit Mondfotos zeigt, dass sich die Konverter lohnen, aber mit den Blendenwerten habe ich an der A77 mit den Konvertern noch nicht so viel experimentiert.


Neben den (bei den Kommentaren auf Photoscala) üblichen dummen Pöbeleien fand ich in den Kommentaren zu dem Artikel auch einen Link zu einem offenbar sehr interssanten Artikel von Zeiss (Schärfentiefe und Bokeh), der sich mit diversen blendenabhängigen Objektiveigenschaften befasst:

http://www.zeiss.de/C12567A8003B8B6F/Embed...35_Bokeh_de.pdf

ZITAt (Reisefoto @ 2012-05-22, 17:21) Praktisch, dass in dem Artikel die Werte für die unterschiedlichen Formate und Blenden mal in einer Tabelle zusammengestellt wurden![/quote]
ZITAt (photoscala)Blende1,422,845,681116Kompaktkamera 2/3" (ca. 7x9 mm)703517,58,84,42,21,10,5(Micro)FourThirds (ca. 13x17 mm)248124623115,5842APS-C (ca. 16x24 mm)430215108542713,56,73,4Kleinbild (24x36 mm)9684842421216030157,5Mittelformat digital (ca. 30x45 mm)151275637818994472412Mittelformat digital (ca. 40x54 mm)24201210605302152763819[/quote]

ZITATInterssant wäre ergänzend eine Betrachtung, wann sich ein Telekonverter noch lohnt / wann die zusätzlichen Details aufgrund des Brennweitengewinns durch die die Beugungsverluste aufgrund der kleineren Blende aufgezehrt werden.[/quote]
Das wäre in der Tat interessant!

ZITATeinen Link zu einem offenbar sehr interssanten Artikel von Zeiss (Schärfentiefe und Bokeh), der sich mit diversen blendenabhängigen Objektiveigenschaften befasst:

http://www.zeiss.de/C12567A8003B8B6F/Embed...35_Bokeh_de.pdf[/quote]
Siehe auch: http://www.mi-fo.de/forum/viewtopic.php?t=26509

Viele Grüße,

Matthias

Vielen Dank euch beiden - sowohl der Artikel bei Photoscala als auch der von Zeiss sind wirklich sehr gut.

So lohnt es sich auf jeden Fall für mich, dem Minolta-Forum treu zu bleiben.

Wirklich interessanter Artikel!

Könnte mir in diesem Zusammenhang denn jemand die Sinnhaftigkeit folgender Aussage erläutern:

Zitat aus Color-Foto zur Beurteilung eines Objektivs:

=> Die Auflösung ist bereis ab offener Blende ausgezeichnet, liefert mit der Kamera XY jedoch Werte deutlich über der Artefaktgrenze. <=

Was bedeutet in diesem Zusammenhang Artefaktgrenze?

Vielen Dank im voraus!

Gruß
Herbert

Wenn du hier ein Stück runterscrollst, findest du zB das:

ZITATWie ist die Artefaktgrenze?
In Ihren Objektivtests habe ich gelesen, dass bei einigen Objektiven die Auflösung "deutlich über der Artefaktgrenze" liege. Was bedeutet das? Jörg Bodanowitz, per Email
Anders Uschold antwortete
Die Artefaktgrenze kennzeichnet die Obergrenze der berechneten Auflösung, ab der der Anteil von künstlichen Bildinformationen zu hoch wird und die Wiedergabe von feinen Details im Bild verfälscht wird.
In der analogen Fotografie ist die Auflösung vergleichsweise einfach definiert. Je mehr Linienpaare pro Millimeter ein Objektiv auflösen kann, desto leistungsfähiger ist es. Dies ist möglich, weil die theoretische Grenze der Auflösung - das Filmkorn - fast immer deutlich kleiner ist als die vom Objektiv aufgelösten Strukturen. Und das Filmkorn befindet sich nicht in einem Raster, sondern ist zufällig in der Filmschicht verteilt. In der digitalen Fotografie wird die praktische Grenze nun durch die Größe der Pixel bestimmt und befindet sich bei entsprechend leistungsfähigen Objektiven im Bereich dessen optischer Auflösung. Zusätzlich sind die Elemente eines Sensors in einer Matrix angeordnet. Anders als beim Film werden damit die feinen aufgelösten Bildinformationen des vom Objektiv gelieferten Bildes auf die einzelnen Sensorzellen "umsortiert", einzelne Strukturen werden zerstückelt und auf mehrere Zellen aufgeteilt, was zu Verfälschungen in diesen feinen Details führt. Bei diesem Sortiervorgang kann man zwei Wege gehen: Manche Kamerahersteller zeichnen das vom Objektiv gelieferte Bild mit dem Low-Pass-Filter weich, damit keine störenden Verfälschungen auftreten. Allerdings wirkt das Bild unschärfer und kann in Auflösungstests schlechter abschneiden. Deshalb verwenden andere Hersteller nur sehr schwache Low-Pass-Filter, die Umsortierung geht an oder über die Grenzen des Sensors hinaus. Dabei steigt die Auflösung, feine Details werden aber durch Artefakte verfälscht. Bei verschiedenen Pixelzahlen der Sensoren haben wir deshalb Grenzen ermittelt, die eine gute Auflösung ermöglichen und oberhalb derer die Auflösung zu hoch ist und die Detailqualität leidet. In der digitalen Fotografie kann die Auflösung eines Objektivs tatsächlich zu hoch sein![/quote]

Kurz darüber steht übrigens der Hinweis, dass es sinnvoller sein kann, ein Graufilter einzuschwenken, statt die Blende zu weit zu schließen. Ich frage mich, warum das nicht deutlich mehr verbreitet ist, vor allem bei Kompaktkameras, die ja wegen kleiner Sensoren und meist sehr lichtschwacher Optiken von Verlusten durch Beugung extrem betroffen sind.

Vielen Dank für den Hinweis.

Ich hatte den Artikel beim Durchsuchen des IN zu diesem Thema auch schon entdeckt. So ganz schlau daraus geworden bin ich aber nicht.

Ich folgere daraus, dass Objektivauflösung und Artefektgrenze des digitalen Systems aufeinander abgestimmt sein sollten.

Jetzt unterstelle ich einmal, dass z.B. bei der Nikon D800 (36,3 Megapixel) und der Nikon D4 (16,2 Megapixel) die Artefaktgrenzen der digitalen Systeme sehr unterschiedlich sind.

Kann das Sinn machen, an beiden Gehäusen dieselben Objektive zu verwenden?

Oder bräuchte die D800 wegen der hohen Pixelzahl eigentlich eine eigene Objektivgeneration?

Gruß
Herbert

Hi,

kriegt das einer auf die Reihe, die Tabelle bzw. die Wertepärchen "Blende/max. auflösbare Megapixel"
in der Tabelle dem Sensorformat entsprechend so gegeneinander zu verschieben,
dass man in der Spalte untereinander die Werte stehen hat bei gleichem Motivausschnitt und gleicher Schärfentiefe?

Ist das zu verstehen? Ich formulier noch mal anders.

Ich würde gerne vergleichen wie sich das verhält,
wenn man bei gleichem Abstand zum Objekt, mit der dazu passenden Brennweite um den gleichen Ausschnitt formatfüllend abzubilden,
die gleiche Tiefenschärfe erreichen will.
Je nach Sensorgröße muss man ja dann eine andere Blende wählen und damit könnte sich der Auflösunsvorteil wieder erledigen...
... oder "kürzt" sich das schon durch die andere Brennweite wieder raus?


Servus
Wilma

... wenn man bei gleichem Abstand zum Objekt, mit der dazu passenden Brennweite um den gleichen Ausschnitt formatfüllend abzubilden, ...

Ist hiermit der Abbildungsmaßstab gemeint?


@roseblood11:

Vermutlich ist die Graufilterlösung teurer als eine Software, die den Fehler wegrechnet. (?)

Gruß
Herbert

ZITAt (Minomanu @ 2012-05-23, 10:06) Kann das Sinn machen, an beiden Gehäusen dieselben Objektive zu verwenden?

Oder bräuchte die D800 wegen der hohen Pixelzahl eigentlich eine eigene Objektivgeneration?[/quote]

Erste Frage: Ja, es kann Sinn machen /special Grammar, I know), die D800 ist da ganz zahm.

Zu 2. Frage, Nein, sogar das Nikon 28-300 liefert gute Resultate. Natuerlich, zur Höchstform lauft sie mit den feinen Festbrennweiten oder mit dem 2,8 er "Trio Infernale" 14-24, 24.70 70-200 auf. Mein Kollege hat auch das 1,4 24mm, das macht auch (noch) super(e) Fotos .

Merke, wer viel misst mist Mist, und probieren geht ueber studieren. Blenden über 11 macht sich allerdings, wie TM schreibt, die Beugungsunschaerfe bemerkbar. Aber das ist nicht Pixel abhaenig sondern Formatabhaenig. Kannst du auch bei analogen Film feststellen.
Die D800, richtig verwendet, Detailzeichnung = atemberaubend. Habe so was noch nicht gesehen vorher, zumindest nicht bei unserem Format. MF laesst gruessen.

(Wenn Sony nicht etwas vergleichbares nachlegt bin ich noch dieses Jahr (digital) bei Nikon, schade)

ZITAt (Minomanu @ 2012-05-24, 16:30) @roseblood11:

Vermutlich ist die Graufilterlösung teurer als eine Software, die den Fehler wegrechnet. (?)[/quote]
Wenn ich die Tabelle richtig verstehe, liefert eine Kompaktkamera bei Blende 8 nur noch ein Bild mit realen 2,2 MP. Wie sollte sich die fehlende Information herbeirechnen lassen?

Es koennte ja ein User der Userin Wilma bezueglich der Schaerfentiefe antworten. Meine Deusch Kenntnisse reichen dazu leider nicht wirklich aus.

Die ST ist nicht Pixelabhaenig sondern Brennweiten und Blenden abhaenig.

Die Tabelle hier sagt lediglich aus dass z.b. eine Kompaktkamera mit 12 MP und einen Objektiv mit Lichtstärke 4 die Aufloesung der 12 MP gar nicht schafft weil bei der Sensorgroesse von 7 x 9 mm schon eine entsprechende grosse Beugungsunschaerfe vorliegt.

Jain, das Foto zeigt Beugungsunschaerfe, es hat aber die volle Aufloesung. Diese ist allerdings durch die Beugungsunscharfe beeintraechtigt. Daher wuerden bei deinem beispiel tatsaechlich etwa 2,2 MP genug sein. Aber das Bild liegt in der vollen Pixel zahl an, okay jetzt?

Mir fehlen die deutschen Worte, daher:

"Theoretisch betrachtet hat ein Objektiv bei einer offenen Blende, das heißt bei der kleinsten möglichen Blendenzahl, das größte Auflösungsvermögen. Die Beugungsunschärfe ist hier am geringsten. Bei fast allen Objektiven sind allerdings die Abbildungsfehler (Aberrationen) bei offener Blende am größten. Um diese Abbildungsfehler zu unterdrücken, schließt man die verursachenden Randstrahlen der Optik durch Abblenden aus. Mit zunehmendem Abblenden fällt das Auflösungsvermögen aber durch die ansteigende Beugungsunschärfe wieder ab. Die Kurve der Beugungsunschärfe ist bei einer Brennweite und Wellenlänge für alle Objektive gleich und kann nicht durch den Aufbau des Linsensystems beeinflusst werden. An dem Punkt, an dem sich die beiden Kurven im Diagramm schneiden, das heißt die Werte für beide Effekte halten sich die Waage, ist das höchste Auflösungsvermögen gewährleistet. Dieser Punkt wird als kritische Blende bezeichnet. Bei Zoomobjektiven kann die kritische Blende - je nach Brennweite - leicht unterschiedliche Werte annehmen.

Bei den meisten Objektiven für das Kleinbildformat liegt die kritische Blende in der Regel bei mittleren Blendenwerten von 5,6 bis 8. In Abbildung 2 ist die kritische Blende aus Messwerten eines realen Makroobjektives grafisch als Maximum der Kurve bei einer Blendenzahl von 5,6 dargestellt.

In einigen Publikationen wird der Begriff der kritischen Blende mit dem der förderlichen Blende gleichgesetzt. Dies ist jedoch nicht korrekt. Bei der förderlichen Blende sind die Schärfentiefe und die Beugungsunschärfe die Gegenspieler, die durch eine entsprechende Blendenwahl zu einem Maximum an Auflösungsvermögen zu optimieren sind. Die gewünschte Schärfentiefe ist dabei jedoch vom abzubildenden Objekt, das heißt von dessen Ausdehnung in die räumliche Tiefe, und vom gewählten Abbildungsmaßstab abhängig."

Quelle Wikipedia

Hatte ja die Hoffnung dass mit jemand hilft, aber...

Hier, interessant:

http://de.wikipedia.org/wiki/Beugungsunsch%C3%A4rfe
http://de.wikipedia.org/wiki/Kritische_Blende
http://de.wikipedia.org/wiki/Abbildungsma%C3%9Fstab

QUOTE (Ilona A. @ 2012-05-24, 19:15) Es koennte ja ein User der Userin Wilma bezueglich der Schaerfentiefe antworten. Meine Deusch Kenntnisse reichen dazu leider nicht wirklich aus.

Die ST ist nicht Pixelabhaenig sondern Brennweiten und Blenden abhaenig.

Die Tabelle hier sagt lediglich aus dass z.b. eine Kompaktkamera mit 12 MP und einen Objektiv mit Lichtstärke 4 die Aufloesung der 12 MP gar nicht schafft weil bei der Sensorgroesse von 7 x 9 mm schon eine entsprechende grosse Beugungsunschaerfe vorliegt.[/quote]
Hi Ilona,

danke für die Nachfrage... so wichtig ist das aber nicht. Ich habe nicht die Absicht, hier womöglich in eine neues Kamerasystem zu investieren.
Es geht eher darum das sehr lockere Netz aus einzelnen Wissensstückchen mit ein paar festeren Fäden zu verknüpfen.

Meine (evtl. inkorrekte) Überlegung beruht darauf dass,
bei gleichem Verhältnis der Größe der Projektion des abzubildenden Gegenstandes zur Sensorgröße,
für jeden Sensor eine unterschiedliche Brennweite verwendet werden muss,
um das bei gleichem Abstand zum Gegenstand zu erreichen.
Durch diese veränderte Brennweite ergibt sich eine andere Tiefenschärfe.
Um jetzt das Objekt über die gleichen Tiefe scharf zu bekommen, muss ich damit dann eine andere Blende wählen.
Da ich damit bei größerem Sensor weiter abblenden muss,
stellt sich mir die Frage ob dann die Beugung durchs Blende-zu-machen letztlich den Auflösungsgewinn durch den größeren Sensor wieder auffrisst.


Servus
Wilma