Forum Übersicht - RE: Auflösungsgrenze optischer Systeme durch Beugung - 3

ZITAt (roseblood11 @ 2012-05-23, 9:44) Kurz darüber steht übrigens der Hinweis, dass es sinnvoller sein kann, ein Graufilter einzuschwenken, statt die Blende zu weit zu schließen.[/quote]
Wie z.B. (laut Anders Uschold) bei der Sony Cyber-shot DSC-W200.
ZITATIch 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.[/quote]
Vielleicht, weil man mit der Blende ja nicht nur die Belichtung beeinflußen möchte, sondern auch und in erster Linie die Schärfentiefe?

Viele Grüße,

Matthias

... obwohl ein Graufilter (wie jeder zusätzlicher Luft/Glas Durchgang) etwas qualitätsmindernd wirkt.

Gruß
Herbert

moin, ZITAT(matthiaspaul @ 2012-05-28, 21:54) ZITAT(roseblood11 @ 2012-05-23, 9:44) Kurz darüber steht übrigens der Hinweis, dass es sinnvoller sein kann, ein Graufilter einzuschwenken, statt die Blende zu weit zu schließen.[/quote]Vielleicht, weil man mit der Blende ja nicht nur die Belichtung beeinflußen möchte, sondern auch und in erster Linie die Schärfentiefe?[/quote]welche Schärfe(ntiefe)?
Bei der DSC-W200 mit ihrem "1/1.72" "=9.4mm diagonal-12.1MPix-Sensor (7.5x5.6mm², 4000x3000 Pix, 1.85µm PixelPitch) und einem Objektiv 2.8-5.5/7.6-22.8 (35-105 KBequiv, crop 4.6x) ist das Gesamtsystem nahezu vollständig beugungsbegrenzt. Mindestens ab mittleren Brennweiten ist da gar nix scharf, von daher verliert der Begriff "Schärfentiefe" jegliche Bedeutung

Ich habe bei LL (über den Umweg via Hartblei) einen Artikel gefunden, der eine Tabelle ähnlich der von toMas bei photoscala enthält, diese (wesentlich umfangreichere) Tabelle aber komplett optisch und mathematisch herleitet und begründet:
Luminous Landscape: Do Sensors "Outresolve" Lenses (Rubén Osuna, Efraín García)
Der Artikel erschien im Juni 2008 ...

Auf jeden Fall ist klar, dass die "klassische" Schärfebedingung für Kleinbild von 30µm Zerstreuungskreis überholt ist. Das reicht für 10x15cm²-Billigprints fürs Familienalbum oder für "Webauflösung".

Wenn man sich anschaut, wie diese Bedingung gefunden wurde, wird auch klar, dass diese Bedingung heute nicht mehr hinreichend ist:
ZITAT(Max Berek: Plauderei über die Entstehung der LEICA. Camera, 27. 1948, S. 246)Er [Otto Barnack in den Jahren 1912-1913] wollte den wahrnehmbaren Detailinhalt des Bildes dem Sehen in der Natur anpassen und machte dazu folgende Überlegung:
Unser Auge vermag zufolge seiner besonderen Netzhautstruktur von Dingen beliebiger Gestalt und Form, abgesehen von Sonderfällen, bestenfalls solche Einzelheiten voneinander zu trennen, die ihm unter einem Winkel von einer Bogenminute erscheinen. Gewöhnlich nutzen wir aber diese Grenze beim Sehen nicht aus, sondern man kann in bezug auf das, was mühelos und ungezwungen erkannt wird, mit etwa zwei Bogenminuten rechnen. Diesem Wert entspricht auf einem Kreis mit dem Radius eins eine Bogenlänge von rund w = 0.0006. Damit Einzelheiten von solcher Feinheit auch auf dem Film dargestellt werden können, muß man eine Brennweite f benutzen, die zu w und zum Auflösungsvermögen d der lichtempfindlichen Schicht nach ihrer Entwicklung in der Beziehung f · w = d steht. Nimmt man als 'Auflösungsvermögen' d = 0,03 mm an, so folgt für f der Wert 50 mm. Diese Brennweite wurde der geplanten Kamera als Standardwert zugrunde gelegt. Nun entspricht dem angenommenen 'Auflösuungsvermögen' ein Bildelement, das auf dem Film eine Fläche (d/2)² · π = 0,0007 mm² bedeckt. Es war nun zu ermitteln, wie viele solcher selbstständiger Bildelemente nötig waren, um damit ein Bild von zufriedenstellendem Detailreichtum aufzubauen. O. Barnack löste diese Frage, indem er an bildmäßig gut wirkenden Rasterdrucken die Rasterelemente auszählte. Er kam dabei im Mittel auf rund eine Million Bildelemente. Natürlich ist eine solche Zahl nicht sehr genau zu nehmen, und mäßige Abweichungen nach oben und unten sind durchaus ohne Belang; aber er bekam so einen statistischen Mittelwert, den er vernünftigerweise der weiteren Planung zugrunde legen durfte. Nun bedecken mit dem angenommenen Werte d eine Million Bildelemente eine Fläche von rund 0,0007 · 10^6 = 700 mm². Diese mußte also ungefähr die Größe der rationellen Bildfläche werden. Wählt man nun für Höhe zu Seite des Bildes das sehr ansprechende Verhältnis 2:3, so gibt das Format 22x33 mm eine Bildfläche (726 mm², die mit dem oben geforderten Wert praktisch völlig übereinstimmt. Damit war die Verwendung des Kinofilms entschieden; mit Rücksicht auf dessen gängige Ausmaße wählte man statt des errechneten Formats das nur wenig davon abweichende 24 x 36 mm. Auf diesem 'LEICA-Format' gelangen also bei einem 'Auflösungsvermögen' von d = 0,03 mm etwas über eine Million Bildelemente zur Darstellung. [...][/quote](zitiert nach: Erich Stenger: Die Geschichte der Kleinbildkamera bis zur Leica, Hrsg. Optische Werke Ernst Leitz, Wetzlar, 1949, Umschau Verlag Ffm, S. 60-61)

Dieser unsägliche Wert 0,03mm ist hundert Jahre alt und war schon damals ein Kompromiss!

Wenn wir heute anfangen, rasterfreien Kunstdruck im A4-Überformat wie z.B. in Stefans Alpha-Systembuch zu betrachten, kommen wir mit d=0,03mm nicht sehr weit ...

Wenn auf APS-C mit 24MPix gearbeitet wird, dann braucht es zum Ausnutzen dieser Auflösung Objektive, die schon bei Blende 5.6 nahezu beugungsbegrenzt sind. Da fallen mir jetzt nicht all zu viele ein
Jedenfalls habe ich Probleme, Fragen vom Typ "habe a65/77, welches Telezoom -300mm unter 300/500/1000€ soll ich nehmen?" angemessen zu beantworten. Die einzige korrekte Antwort lautet: keines.

-thomas

ps: das "@" oben im Zitat-Kopf ist Murks, den die Autokorrektur aus der Zeichenfolge "Camera, 27." erzeugt, warum auch immer.

ZITAT(ddd @ 2012-06-03, 1:17) ps: das "@" oben im Zitat-Kopf ist Murks, den die Autokorrektur aus der Zeichenfolge "Camera, 27." erzeugt, warum auch immer.[/quote]
..

ZITAT(ddd @ 2012-06-03, 2:17) Ich habe bei LL (über den Umweg via Hartblei) einen Artikel gefunden, der eine Tabelle ähnlich der von toMas bei photoscala enthält, diese (wesentlich umfangreichere) Tabelle aber komplett optisch und mathematisch herleitet und begründet:
Luminous Landscape: Do Sensors "Outresolve" Lenses (Rubén Osuna, Efraín García)
Der Artikel erschien im Juni 2008 ...[/quote]
Und ist sehr lesenswert, danke!
ZITATAuf jeden Fall ist klar, dass die "klassische" Schärfebedingung für Kleinbild von 30µm Zerstreuungskreis überholt ist.[/quote]
Ja, das lag mir oben schon auf der Zunge, daß die Größe des Unschärfescheibchens im Grunde (neben Blende und Abbildungsmaßstab) die dritte Veränderliche in der (Un-)gleichung ist. Die große Frage ist nur, welche Werte man hier insbesondere bei den heutigen Digitalkameras mit ständig wachsenden Pixeldichten vernünftigerweise annehmen soll.

ZITATJedenfalls habe ich Probleme, Fragen vom Typ "habe a65/77, welches Telezoom -300mm unter 300/500/1000€ soll ich nehmen?" angemessen zu beantworten. Die einzige korrekte Antwort lautet: keines.[/quote]
Was machen wir bloß mit den ganzen Pixeln? Wird's langsam Zeit für die Aufzeichung von Lichtfeldern? ;-)

ZITATps: das "@" oben im Zitat-Kopf ist Murks, den die Autokorrektur aus der Zeichenfolge "Camera, 27." erzeugt, warum auch immer.[/quote]
Das ist auf den BBcode-Parser zurückzuführen, der beim [QUOTE]-BBcode verschiedene Parametersätze zuläßt. Das Komma hat da syntaktische Bedeutung. Ich hab jetzt mal den Name-Parameter mißbraucht, um das zu umgehen.

Viele Grüße,

Matthias

ZITAT(ddd @ 2012-06-03, 1:17) ...
Auf jeden Fall ist klar, dass die "klassische" Schärfebedingung für Kleinbild von 30µm Zerstreuungskreis überholt ist. Das reicht für 10x15cm²-Billigprints fürs Familienalbum oder für "Webauflösung". Wenn man sich anschaut, wie diese Bedingung gefunden wurde, wird auch klar, dass diese Bedingung heute nicht mehr hinreichend ist:
...
Dieser unsägliche Wert 0,03mm ist hundert Jahre alt und war schon damals ein Kompromiss![/quote]
Logisch. 0.03mm sind 30 Mikrometer - und die Pixel der A900 messen 6 Mikrometer. Und (30/6)^2 = 25 ... was dann wiederum mit Barnacks Abschätzung übereinstimmt: Seine Ur-Leica sollte 1 Megapixel haben ("1 Million Bildelemente", wie er sich ausdrückte), die A900 hat 24 MP.

Nur so als Ergänzung: das damals für seine Detailschärfe hoch gelobte Leitz Elmar 5cm 1:3.5 macht an der NEX selbst bei f11 eine sehr schwache Figur ... und das von Bertele bei Zeiss als Antwort auf das Elmar entwickelte Sonnar 5cm 1:1.5 löste bei f1.5 (!! mehr Details auf als das Elmar bei f11 ... (im obigen Link etwas runterscrollen)


ZITAT(ddd @ 2012-06-03, 1:17) Wenn wir heute anfangen, rasterfreien Kunstdruck im A4-Überformat wie z.B. in Stephans Alpha-Systembuch zu betrachten, kommen wir mit d=0,03mm nicht sehr weit ...[/quote]
Ja, ich war selbst überrascht, wie viel Megapixel so ein Spezialdruck "saugt". Die Druckqualität wirklich ausgereizt habe ich mit einem einzigen Bild: Seite 149, der Dom von Florenz. Aufgenommen mit dem Sony 2.8/300mm G SSM bei der optimalen Blende (f4.5). Das Bild zwei Seiten weiter vorne, ebenfalls mit dem 2.8/300mm G SSM aufgenommen, ist in Details deutlich flauer - trotz "härterem" Licht: es wurde bei f2.8 aufgenommen. Wohlgemerkt, wir sprechen hier von >400 dpi im Druck!

Bei den doppelseitigen Bildern (gedruckt mit ca. 300 dpi) braucht es die allerbesten Linsen, damit die Abbildungsfehler nicht (oder zumindest nur wenig) sichtbar sind. Das ZA 2.8/16-35mm befriedigt mich ab f5.6 (Bild Seite 32/33), ebenso das MinAF 2/35mm (S. 164/164); das gute alte MinAF 3.5-4.5/28-85mm ist bei f11 auch sehr ordentlich (S. 48/49), ebenso natürlich das 28-135mm (S. 52/53). Bei den Teles haben wir die Klassiker, die für die A900 ausreichen: MinAF und ZA 1.4/85mm (S. 66/67), MinAF 2/100mm, ZA 1.8/135mm (S. 72/73), MinAF 2.8/200mm APO (76/77), und eben das SAL 2.8/300mm G.

Schaut man sich als Vergleich die Seiten 168/169 an (2.8/70-200 G SSM mit 2x APO Concerter an 12MP APS-C), so wird klar, welch enormen Qualitätsverlust das bedeutet.

Obejektive wie das MinAF 2.8-4/17-35mm zeigen an der A900 selbst bei Abblendung auf f8 und A4-Druck deutliche Abbildungsfehler (z. B. S. 138/139).

ZITAT(ddd @ 2012-06-03, 1:17) Wenn auf APS-C mit 24MPix gearbeitet wird, dann braucht es zum Ausnutzen dieser Auflösung Objektive, die schon bei Blende 5.6 nahezu beugungsbegrenzt sind. Da fallen mir jetzt nicht all zu viele ein [/quote]
Klar. Das ist einer der vielen "kleinen" Quirks an der A77, die eben dann in der Summe eine zügiges, flüssiges ("professionelles" Arbeiten weitgehend verhindern - zumindest, wenn man gewisse Ansprüche an sich selbst stellt. Selbst das MinAF 2.8/200mm zeigt an der A77 deutliche Schwächen; erst - und nur - bei f5.6 kann dieses sicher nicht schlechte Objektiv die A77 "ausnutzen". Vom Bildwinkel und der Tiefenschärfe entspricht das dann einem 300mm f8 am Vollformat - sicher nichts reizvolles, zumal mir die A900 und das 2.8/300mm G SSM dieselbe Auflösung bei f2.8 garantieren. Kommt dazu, dass die A900 eine Blende mehr an Kontrastumfang hat ...


ZITAT(ddd @ 2012-06-03, 1:17) Jedenfalls habe ich Probleme, Fragen vom Typ "habe a65/77, welches Telezoom -300mm unter 300/500/1000€ soll ich nehmen?" angemessen zu beantworten. Die einzige korrekte Antwort lautet: keines.[/quote]

Wie schlägt sich das 4.5-5.6/70-300G eigentlich an der A77? Zumindest an der A900 war es dem 2.8/200 APO bezüglich Details und apochromatischer Korrektur ebenbürtig ... und an der A700 konnte ich auch bei 300mm nicht allzuviel Randabfall sehen (an der A900 schon).

Gr Steve

ZITAT(matthiaspaul @ 2012-06-07, 19:48) ...
ZITATAuf jeden Fall ist klar, dass die "klassische" Schärfebedingung für Kleinbild von 30µm Zerstreuungskreis überholt ist.[/quote]
Ja, das lag mir oben schon auf der Zunge, daß die Größe des Unschärfescheibchens im Grunde (neben Blende und Abbildungsmaßstab) die dritte Veränderliche in der (Un-)gleichung ist. Die große Frage ist nur, welche Werte man hier insbesondere bei den heutigen Digitalkameras mit ständig wachsenden Pixeldichten vernünftigerweise annehmen soll
...
[/quote]
Ganz simpel - in etwa die Pixelgrösse. Wie schon Berek, der für seine errechneten "1 mio Bildelemente" und Kleinbild eben auf ca. 30 Mikrometer Streukreisdurchmesser kam. Aufgrund der hohen Pixeldichten und der daraus folgenden Beugungsbegrenzung haben ja viele Kompakte keine Abblend-Möglichkeit im klassischen Sinne mehr - man arbeitet bei Offenblende und schwenkt gegebenenfalls einen Neutralgrau-Filter ein.

ZITAT(stevemark @ 2012-06-08, 14:37) Wie schlägt sich das 4.5-5.6/70-300G eigentlich an der A77? Zumindest an der A900 war es dem 2.8/200 APO bezüglich Details und apochromatischer Korrektur ebenbürtig ... und an der A700 konnte ich auch bei 300mm nicht allzuviel Randabfall sehen (an der A900 schon).[/quote]

Ich hatte mal die beiden Objektive verglichen (nur für mich eigentlich): 4,5-5,6/70-300 G SSM und 2,8/200 Apo, an der A65 von Frau aidualk.
Auf den Vergleich der Bildmitte habe ich hier verzichtet. Die Bildmitten sind durchweg gut. Bei Abbenden um 1 Stufe wird das Zoom noch einmal ein wenig besser.
Hier deshalb nur die äusserste Bildecke, jeweils verglichen bei 200mm und 300mm. Das Zoom schlägt sich an dem 24MP crop Sensor eigentlich für mein Dafürhalten sehr gut, aber der Pixelpitch ist schon im Ergebnis erkennbar. Mehr sollte es nicht mehr sein. Einen solchen Pixelpitch auf VF würde das Zoom wohl ausserhalb der Mitte überfordern. Das gleiche gilt übrigens auch für das 200er Apo, wenn man bedenkt, dass beide Objektive für KB gerechnet sind.

Einen etwas älteren Vergleich hatte ich mit der A900 und A65 gemacht (bei 135mm/A65, bzw. 200mm/A900), jeweils bei gleichem Bildwinkel mit dem 70-300 G SSM einfach um für mich zu sehen, welche 24 MP mehr Auflösung bringen. Der rechte Bildteil ist die Bildmitte, der linke der Bildrand (nicht die Ecke).

P.S.: auch so Spielchen wie das 135mm STF an der A65 mit dem 200er Apo an der A900 habe ich verglichen, und das 24er Zeiss an der A65 gegen das 35/2 an der A900, halt jeweils bei gleichem Bildwinkel.

viele Grüße

aidualk

Nochmal zurück zur Beugungstabelle. Ich habe diese noch durch Werte für Sensoren im CX-Format ergänzt, das in der Nikon 1 Serie und der Sony RX100 verwendet wird. Allerdings gibt es dabei ein paar Unstimmigkeiten:
http://www.mi-fo.de/forum/index.php?showto...st&p=287823
Kann vielleicht jemand dort für Aufklärung sorgen?

Dpreview hat seinem Test der D800 vier Seiten hinzugefügt, auf denen die D800 mit der D800E vergleichen wird. Neben der reinen Schärfe, die sich an der D800 durch Nachschärfen in Richtung der D800E bewegen lässt, geht es auch um einen möglichen Gewinn an Auflösung. Dpreview schreibt in der Schlussfolgerung am Ende des Testberichts:
ZITATWithin the zone of best sharpness for the lenses that we've primarily used for comparison (a 50mm and 85mm prime) the D800E only held a meaningful lead over the D800 between F4 and F5.6. By F11 diffraction narrows the difference between the two models to the extent that the D800 and D800E produce virtually identical results. By F16 - a reasonable working aperture for landscape photographers that want front-to-back focus - the difference between the D800 and D800E's Raw output is academic. So if you're a portrait photographer working between F4-5.6 then yes - in your day-to-day photography you'll see the benefit of the D800E's special sensor design. If you shoot wide open, or stopped right down though, you probably won't.[/quote]

Nicht übermäßig überraschend, aber man sieht, wie dicht hier an die Grenzen des im mittleren Brennweitenbereich Machbaren herangegangen wird. Wie die Tabelle von Photoscala zeigt, liegt die Auflösungsgrenze am Kleinbild bei F8 bei 30MP. Hinzu kommt, dass auch recht gute Objektive, wie z.B. das Nikkor AF-S 50mm f/1.4 G (das beste 50er von Nikon) mitunter nur in einem schmalen Blendenbereich noch das liefern können, was ideal für die Kamera wäre, wie schon der Test bei Photozone bei niedrigerer Auflösung zeigt:
http://www.photozone.de/nikon_ff/441-nikko...0_14_ff?start=1

Die Kamera wird dadurch nicht schlechter als ein 24 MP Modell, aber der Vorteil der höheren Auflösung lässt sich nur bei sehr gezielter Auswahl von Objektiv und Blende ausschöpfen, die nicht immer zum Motiv passen mus.

Was ich mich frage, seit wir mit dieser Diskussion angefangen haben (und vielleicht gibt es ja einen Meßtechniker oder so, der die theoretischen Hintergründe kennt):

Gibt es einen theoretischen Vorteil wenn der Sensor höher auflöst als die Optik? Kann ich also mit einer Art "Überabtastung" des analogen Eingangssignals (des Lichts) z.B. Artefakte vermeiden?

Nach dem was Mathias gerade zitiert hat (danke! wohl nicht.

Alison

...und in diesem Zusammenhang ist m.E. ernsthaft in Frage zu stellen, inwiefern weitere Steigerungen an MPx (bei KB-Format) durch den Anwender noch sinnvoll zu nutzen sind, gerade wenn amn schon etliches in Objektive einer Marke investiert hat. Kommen wir da nicht langsam an die Grenzen des Wachstums? Oder der Vernunft? Vielleicht schwenkt die Industrie bald auf besseres Rausch- und Farbverhalten um?
Frage mich schon inwiefern bisheriges Minolta/Sony AF Glas an einer hypothethischen A99 mit hochauflösendem Sensor noch zufriedenstellend zu nutzen wäre...

ZITAT(Alison @ 2012-06-12, 11:16) ..
Gibt es einen theoretischen Vorteil wenn der Sensor höher auflöst als die Optik?...
Alison[/quote]
Ganz grundsätzlich: ja: Die Auflösungsgrenzen von Optik, Aufnahmemedium (Sensor/Film) und anderen Einflußgrenzen (etwa Verwacklungen) sind physikalisch "Fehler". Wirken mehrere Fehler zusammen, ist der Gesamtfehler nicht alleine der größte Fehler, sondern größer, die kleineren Fehler liefern trotzdem einen "Zusatzbeitrag" (Addition der Kehrwerte). Aber praktisch wird das nicht viel ausmachen.

Danke Manfred!

ZITAT(valentino ducati @ 2012-06-12, 12:37) ...und in diesem Zusammenhang ist m.E. ernsthaft in Frage zu stellen, inwiefern weitere Steigerungen an MPx (bei KB-Format) durch den Anwender noch sinnvoll zu nutzen sind, ... Vielleicht schwenkt die Industrie bald auf besseres Rausch- und Farbverhalten um?[/quote]

Einen Nutzen würde das nur noch mit ausgewählten Objektiven in einem kleinen Blendenbereich haben. Im Gegensatz zu vielen Kunden hat die Industrie das aber offenbar auch schon begriffen. Canon EOS1D x, Canon EOS 5DMkIII und die Nikon D4 und wahrscheinlich auch die 24MP A99 sind Beispiele dafür.

Welche Probleme es bei weiter zunehmender Pixeldichte / Auflösung gibt, können wir an A77 und NEX-7 bereits beobachten.