Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vgl.

Im Thread zum neuen Canon-Makro gab es eine Unterdiskussion, die dort aber nicht zum Thema paßt:

mayuka schrieb:

Warum ich mich so sehr gegen so etreme Megapixel sträube ist die geringere per-pixel-sharpness. Ein 10 Megapixel auf 300dpi hochskaliert ist im Druck halt immer noch schärfer als ein rauschreduziertes, beugungsunscharfes 18 MP Bild, weil es schärfere Einzelpixel hat. Irgendwo zwischen 18 und 10 Megapixel liegt (für mich) der optimale Kompromiss zwischen Größe und Schärfe.

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Was mir nicht einleuchten wollte. Weiter kam da noch:

mayuka schrieb:

Solange ich nicht etwas gegenteiliges sehe, behaupte ich das ein beugungsunscharfes 18 MP Bild bei Blende 10 auf 10 MP runterskaliert immer noch schwammiger ist als ein 10 MP Bild der 40D bei gleicher Blende.

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Das wollte ich nun auch gern sehen. 10 und 18 MP habe ich nicht, aber 8 und 15 MP.

Die Beugung macht sich bei höherer Pixeldichte in der 100%-Ansicht logischerweise früher (weniger weit geschlossene Blende) bemerkbar. Bezogen auf eine definierte Ausgabegröße (und eben nicht als 1:1-Pixelansicht am Monitor) werden die vorhandenen Pixel jedoch skaliert, bis sie zu der Ausgabegröße passen.

Ich bin der Meinung, daß die höhere Pixeldichte einer neueren Kamera sich nicht negativ auf das Gesamtbild auswirken kann: Allenfalls wird trotz höherer Pixeldichte eben keine höhere Auflösung mehr erreicht, weil der Anteil der gebeugt eintreffenden Strahlen für das Gesamtbild in der gewünschten Ausgabegröße zu hoch wird.

Praktisch behaupte ich:

Habe ich bei Ausgabegröße X ab Blende Y einen sichtbaren Anteil Beugungsunschärfe, nützen mir die "vielen Megapixel" der neuen Kamera nichts mehr. Aber sie schaden auch nicht. Das Bild sollte nicht schlechter werden als jenes mit der niedriger auflösenden Kamera. Unterhalb dieser Blende Y löst die moderne Kamera höher auf, was (erst) dann zur Geltung kommt wenn die Ausgabegröße ausreichend ist.

Deshalb habe ich einige Vergleichsaufnahmen (Blende 6.3, 9, 13 und 25) mit einer 8 MP-Kamera (20D) und einer 15 MP-Kamera (15 MP) gemacht (mit dem 60mm Makro), diese in 1.5, 6, 11 und 24 MP konvertiert. Schon die Dateigrößen zeigen, wohin die Reise geht: Die 20D ist Beugungslimitiert bei Blende 13, die 50D bereits bei Blende 9. Das aber heißt nicht, daß die Blende 9-Bilder der 50D schlechter sind als die der 20D. Wer den Vorteil der 15 MP mal sehen will, sieht sich die 24MP-Konvertierungen der Blende 6,3 an...

EDIT 7.9.2009:Die beiden folgenden Links werden gegen ZIP-Archive mit neuem Bildmaterial ausgetauscht und sind ab 8.9.2009 ca. 2:00 wieder verfügbar.

JPG-Download, 130 MB

RAW-Download (.CR2), 157 MB

Sind meine Überlegungen richtig und was sagt Ihr zum Bildmaterial? Leider ist es mir nicht ganz gelungen, exakt den gleichen Abbildungsmaßstab zu treffen. Vielleicht mache ich es nochmal.

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

Hallo,

OT: Sind das Dart-Barrel oben über der Schachtel? 16g?

Gruß Finnan

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

Finnan schrieb:

OT: Sind das Dart-Barrel oben über der Schachtel? 16g?

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Nein, das ist eine doppelseitige Cinch-Kupplung. Gewicht weiß ich nicht, könnte aber so in dem Bereich liegen Ich weiß gar nicht was Dart-Barrel sind...

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

Die Beugung nimmt doch nicht digital zu: sie ist nicht bis Blende 9 auf Null, springt dann bei Blende 9 auf 80%, um ab Blende 9 bei 100% zu sein und jedes Bild zu versauen.

Von Blende 2,8 nimmt Schärfe und Detaillierung gleichmäßig zu, um bei Blende 5.6..8 seine Spitze zu erreichen und dann wieder (infolge der zunehmenden Beugung) abzunehmen. Dies Schärfereduktion durch Beugung findet langsam statt.

Man kann sich eine Glockenkurve mit niedrigem geschwungenem Verlauf vorstellen und die höchste Erhebung der Glockenkurve entspricht dem Optimum. Links (kleinere Blende als 8) und rechts des Optimums (Blende >8) haben die Bilder nicht diese super Schärfe, sind jedoch nicht plötzlich unscharf.

Bei üblichen Betrachtungsabständen und Dateien kleiner 20*30 cm oder Monitorbild halte ich es für abwegig, über die Beugung zu lamentieren.

Moon, bei Blende 24 würde man ohne die Exifs doch nicht meckern, oder?

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

Ich seh nicht den geringsten Grund Dir zu widersprechen...

In dem Bereich in dem wir uns derzeit bewegen schaden mehr MP an DSLRs mit Blick auf die Bildqualität in keinem Fall.
Alleine im Bezug auf die Beugungsunschärfe ist die Qualität der höher auflösenden Kamera immer (etwas) besser. Bei sehr hoher Blendenzahl halt nur sehr wenig.

Bei der Bayer-Interpolation ist die höhere auflösende Cam auch dann noch einen Vorteil wenn die Beugung die Auflösung auf z.B. 4MP (MTF50) begrenzt. Bei 18MP Sensorauflösung liegt dann für jeden der Pixel mehr als eine komplette Farbabtastung vor. Eine 20D mit 8MP muss immer noch die Hälfte interpolieren oder raten.

Im Vergleich 7D gegenüber der 500D für Makros kann man trotzdem zum Schluss kommen die 500D ist besser:
- 7D kostet mehr und die Features werden nicht genutzt; da wäre das Geld besser in nem Einstellschlitten o.ä. angelegt
- produziert große Dateien mit nur wenig mehr an Information...

Am Ende sind Makros mit der 7D allerdings nicht schlechter als die der 500D, soweit das Geld noch für das gleiche "drumherum" gelangt hat...

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

noreflex schrieb:

Bei üblichen Betrachtungsabständen und Dateien kleiner 20*30 cm oder Monitorbild halte ich es für abwegig, über die Beugung zu lamentieren.

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So in der Richtung sehe ich das auch. Wenn man nicht gerade extreme Blenden nimmt.

noreflex schrieb:

Moon, bei Blende 24 würde man ohne die Exifs doch nicht meckern, oder?

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Nein, bei diesen 1,5 MP wohl weniger. Zieht man das aber auf Postergröße, hat man sowohl bei 8 als auch bei 15 MP deutlich sichtbar Beugungsverluste.

stephan2807 schrieb:

Ich seh nicht den geringsten Grund Dir zu widersprechen...

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Danke. Dann können wir die "schärferen Einzelpixel" und "10 MP skaliert auf 300dpi" (was immer das sein soll) wohl getrost zu den Akten legen.

stephan2807 schrieb:

Alleine im Bezug auf die Beugungsunschärfe ist die Qualität der höher auflösenden Kamera immer (etwas) besser. Bei sehr hoher Blendenzahl halt nur sehr wenig.

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Naja, bei Blende 18 sehe ich da schon keine Vorteile mehr für die 15 MP. Aber eben auch keine Nachteile - und darum ging es mir.

Natürlich gleiches Equipment vorausgesetzt. Die 20D auf dem Stativ bringt allzeit das bessere Makro-Material als die 50D frei Hand.

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

Das Thema wurde hier vielleicht noch ein wenig früh aufgegriffen. Ich bin aber trotzdem auf die ersten Beispiel der 7D gespannt.

Das Zündholz-Beispiel eignet sich nicht gut, da es von sich aus wenig Kontraste hat. Hier sind (erfahrungsgemäß) Naturobjekte aussagekräftiger. Am besten machen sich die Facettenaugen von Insekten. Da diese meist leben, müsste man auf Präparate zurückgreifen. Ein anderes Beispiel fällt mir ad hoc nicht ein... Bin gerade von einer Makro-Tour zurück und muss mich erstmal sortieren...

Mir würde es da auch eher um hohe Blenden gehen. Blende 11 oder Blende 13. Hier befürchte ich, dass es an der 50D im Vergleich zur 20D doch recht starke Schärfe- und Kontrasteinbußen gibt.

Generell sollte man auch nicht unterschätzen, dass das Betrachten am Bildschirm schon etwas anderes ist, als ein 30x40cm großer Print.

Ich hoffe aber auf mehr solcher Beispiele. Vielleicht können auch physikalisch-versierte Forumsmitglieder mal etwas dazu schreiben.

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

mayuka schrieb:

... Vielleicht können auch physikalisch-versierte Forumsmitglieder mal etwas dazu schreiben.

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Dann bin ich leider aussen vor



(bin interessiert, die Grenze durch Beugung auch zu erfahren. Vielleicht locken wir waso als Makro-Praktiker mal hier her?)

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

noreflex schrieb:

(bin interessiert, die Grenze durch Beugung auch zu erfahren. Vielleicht locken wir waso als Makro-Praktiker mal hier her?)

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Rein rechnerisch liegt die Grenze ab der Beugungsunschärfe eintritt bei der 50D bei f/7.6 (Quelle: http://www.the-digital-picture.com/Reviews/Canon-EOS-50D-Digital-SLR-Camera-Review.aspx) während es bei der 20D noch f/10.3 gewesen ist. Aus meiner Erfahrung mit der 40D (bei der die Grenze bei f/9.3 liegt), kann man bereits ab f/11 die Beugung erkennen. Bilder mit f/13 waren für mich bereits zu matschig. Meine 5Dmk2 hat ein wenig mehr Overhead. Sichtbare Beugung erkenne ich erst ab f/13, ab f/16 finde ich die Bilder zu matschig.

Da beim MP-E durch die Vergrößerung schnell effektive Blenden > f/16 auftreten können, tritt bei diesem Objektiv schnell Unschärfe ein. Die Unschärfe äußert sich dort besonders in einem Abfall der Kontraste und der Schärfe. Während man letztere in Grenzen am Computer anheben kann, so gelingt das mit den Kontrasten nicht so recht. Wenn die einmal weg sind, dann ist nichts mehr zu retten.

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

mayuka schrieb:

Das Zündholz-Beispiel eignet sich nicht gut, da es von sich aus wenig Kontraste hat.

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Kann ich so nicht nachvollziehen. Zum einen sind die Kontraste doch da, zum anderen sind gerade zur Erzielung eines Schärfeeindrucks mäßige Kontraste schwieriger zu bewältigen als harte Kanten. Die Zündhölzer haben doch massig feinste Details, mal mit mehr, mal mit weniger harten Kontrasten. Facettenaugen habe ich nicht immer griffbereit. Dazu kommt, daß im extremen Makrobereich die effektive Blende deutlich höher ist als die nominale.

mayuka schrieb:

Mir würde es da auch eher um hohe Blenden gehen. Blende 11 oder Blende 13.

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Dann genügen die Beispielaufnahmen im Bereich von 6.3 bis 25 (!) ja doch deutlich.

mayuka schrieb:

Hier befürchte ich, dass es an der 50D im Vergleich zur 20D doch recht starke Schärfe- und Kontrasteinbußen gibt.

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In der 1:1 Pixelansicht wird die Beugung bei weniger weit geschlossener Blende bei höheren Pixeldichten früher sichtbar. Das ist normale Physik und es ist ganz wurscht ob man da eine Canon oder Nikon, Pentax, Sony oder Oly nimmt.

mayuka schrieb:

Generell sollte man auch nicht unterschätzen, dass das Betrachten am Bildschirm schon etwas anderes ist, als ein 30x40cm großer Print.

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Skaliert auf die gleichen Abmessungen ist das eben nicht so, wie Du am Beispiel erkennen kannst. Nur dann, wenn Du die nativen Pixel der Kameras ansiehst. Das aber ist ein Spezialfall, der in der Praxis ohne Belang ist. Wenn Du ein Foto hast, willst Du es z.B. als 13x19cm-Abzug bis ... 1x1,5m-Poster. Dafür sind dann die Pixel vorhanden die die Kamera anbietet. Der Vergleich zeigt, daß die höher auflösende Kamera dabei nie im Nachteil ist, sondern just nur begrenzt im Vorteil ist.

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

moon1883 schrieb:

Nur dann, wenn Du die nativen Pixel der Kameras ansiehst. Das aber ist ein Spezialfall, der in der Praxis ohne Belang ist.

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Für mich ist der sehr wohl von Belang. Ich croppe nämlich sehr viel und da kommt es mir auf optimale Schärf bei 1:1 an.

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

mayuka schrieb:

Für mich ist der sehr wohl von Belang. Ich croppe nämlich sehr viel und da kommt es mir auf optimale Schärf bei 1:1 an.

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Dann bist Du ja erst recht auf viele Megapixel angewiesen und profitierst davon, solange sie nicht von der Beugung "gefressen" werden. Croppe mal von 8 MP die Hälfte weg, dann bleiben Dir noch 4 übrig. Bei 15 MP bleiben Dir noch 7,5 MP. Bei gleicher gegebener Blende (erforderlich für eine bestimmte gewünschte Schärfentiefe) hast Du da ebenfalls nie einen Nachteil von den mehr Megapixeln. Ungünstigstenfalls hast Du keinen Vorteil.

Das gleiche gilt im Übrigen auch für das Rauschen - das ist ja hier im Forum schon durch und durch wieder und wieder erforscht, wegfotografiert, getestet und abdiskutiert worden bs zum durchwinken.

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

moon1883 schrieb:

Dann bist Du ja erst recht auf viele Megapixel angewiesen und profitierst davon, solange sie nicht von der Beugung "gefressen" werden.

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Ja natürlich. Mehr Megapixel sind mir natürlich lieber. Doch was habe ich von 60 Megapixel wenn die ganzen Pixel dann nur noch Matsch zeigen?

Mal etwas zum Lesen zum Thema Beugung: http://6mpixel.org/?page_id=70

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

Physiker bin ich nicht. Aber ich würde dir zustimmen.
Einfache Überlegung: Die Beugung ist ein optischer Effekt und interessiert sich als ein solcher nicht dafür, wie das auf die Kamerarückseite projizierte Bild weiter verwendet (d.h. abgetastet) wird. Die Unschärfe durch Beugung ist doch bei sonst gleichen Bedingungen dieselbe, egal ob ich hinten einen 5MP- einen 10 MP-, einen 25MP-Sensor oder auch ein Blatt Papier reinsetze.

Die Überlegung beim Rauschen ist eine andere und mag zumindest mal richtig gewesen sein: Wenn es nicht gelingt, die Pixel 100% dicht zu packen, dann ergeben mehr Pixel auf der gleichen Fläche weniger aktive Fläche, da sozusagen "Verschnitt" entsteht. Zusätzlich steigt bei vielen kleinen Pixeln das elektronische Rauschen (Ausleseverstärker etc.) gegenüber wenigen großen an. In diesem Fall könnten mehr Pixel also durchaus schädlich sein.
Dass hier der unerwünschte Effekt durch die Beschaffenheit des Sensors beeinflusst wird, hängt aber damit zusammen, dass er auch durch diesen Sensor entsteht. Im Fall der Beugung ist das aber nicht der Fall, die entsteht im Objektiv. Das Bild ändert sich nicht, wenn ich es mit einem anderen Sensor erfasse.

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

Die Beugung verhaelt sich doch nicht ploetzlich voellig anders nur weil ein anderer Chip hinter dem Objektiv haengt. Ich mache auch ab und an Makros und obwohl ich mir vollends bewusst bin das ich mit meinen 10MP am Crop schon ab Blende 11 erkennbare Beugung bekomme blende ich manchmal ab das sich die Strahen biegen. Wenn ich das Vieh im ganzen scharf haben will dann dreh ich halt die Blende zu bis es passt und das wuerde ich ganz genau so mit einer 50D oder 7D oder was weiss ich fuer einem zukuenftigen Pixelmonster machen. Das dann die 100% Ansicht nicht mehr ganz so toll aussieht ist klar. Aber was bringts mir wenn ich nur bis Blende 8 geh, weil ja sonst die boese Beugung kommt und mein Bild kaputt macht, und ich dafuer dann ein paar superscharfe Facettenaugen habe aber der Rest vom Schmetterling nurnoch Matsch aeh "Boke" ist...

Der hochaufloesende Sensor hat uebrigens noch einen kleinen feinen Vorteil bei Makros. Ich will mit der 8MP Kamera ein Objekt formatfuellend ablichten, weil wir ja eh so wenig Pixel haben wollen wir ja keine davon verschenken gell =), also habe ich einen sehr grossen Abbildungsmasstab und dementsprechend muessen wir um alles scharf zu bekommen eine hohe Blende nehmen. Wenn ich das selbe Objekt nun mit einer hochaufloesenden Kamera ablichte, kann ich entweder alles ganauso einstellen und bekomme das selbe Bild nur eben feiner aufgeloest, was halt unter Umstaenden nicht viel bringt weil wir eh schon beugungslimitiert sind. Oder ich geh ein kleines Stueck weiter weg so das der Abbildungsmasstab kleiner wird aber ich in Pixel in etwa die selbe Groesse erreiche und croppe einfach. Nun kann ich die Blende wieder weiter auf machen und bekomme trotzdem die selbe Schaerfentiefe und durch die niedrigere Blende mit kuerzerer Verschlusszeit und evtl sogar noch etwas knackiger!

Das einzige echte Argument gegen Pixelwahn ist und bleibt das Rauschen und die Dynamik und auch das wird oft ueberschaetzt. Denn jede Vergroesserung/Verkleinerung der Pixel wirkt sich aufloesungsbereinigt nur relativ gering aus.

btw. Meine alte Kompakte hatte uebrigens eine nette Makrofunktion und das bei einer Pixeldichte bei der Makros eigentlich unmoeglich sein sollten...

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

mayuka schrieb:

Ja natürlich. Mehr Megapixel sind mir natürlich lieber. Doch was habe ich von 60 Megapixel wenn die ganzen Pixel dann nur noch Matsch zeigen?

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Dann verkleinerst Du die 60 MP auf 6 MP und hast ein (mindestens) genau so gutes Bild wie wenn Du es gleich mit 6 MP aufgenommen hättest!

mayuka schrieb:

Mal etwas zum Lesen zum Thema Beugung: http://6mpixel.org/?page_id=70

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Sehr schön. Und wenn Du Dir das mal durchgelesen hast siehst Du wie das meine - und nicht Deine - Argumentation unterstützt.

Jetzt habe ich mit dem Stichwort "Rauschen" wohl einen Fehler gemacht: Bitte das Thema Rauschen hier nicht weiter vertiefen.

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

moon1883 schrieb:

Jetzt habe ich mit dem Stichwort "Rauschen" wohl einen Fehler gemacht: Bitte das Thema Rauschen hier nicht weiter vertiefen.

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Ja. Ich denke, da sind wir uns alle einig das das Rauschen zunehmen muss und wohl letztlich nur durch bessere Anti-Rausch-Algorithmen in den Griff zu bekommen ist...

Now we have tiny compact camera sensors with over 14 million pixels are we getting to the point where resolution is being limited by the lens?

"Again we can"t go into detail but the lenses themselves are good enough; diffraction is beginning to be the limiting factor when closing down the aperture."

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Quelle: http://www.dpreview.com/news/0810/08100302_canoninterview.asp

Canon scheint sich also sehr wohl des Problems Beugungsunschärfe bewusst zu sein.

moon1883 schrieb:

Und wenn Du Dir das mal durchgelesen hast siehst Du wie das meine - und nicht Deine - Argumentation unterstützt.

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Oh... wo steht denn dort, dass man die Beugung durch runterskalieren irgendwann nicht mehr bemerkt?

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

ein paar beispiele auf die rasche...

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

...

AW: Beugungsunschärfe bei niedriger/hoher Pixeldichte und gleicher Ausgabegröße im Vg

Eine Kamera ist ein wenig wie ein Kino: das Objektiv ist der Projektor, und der Sensor die Leinwand. Das Bild von "da draußen" wir auf die Leinwand/Sensor geworfen die Beugungsunschärfe ist dann in diesem projizierten Bild schon vorhanden.

Wie viele Pixel der Sensor hat ist noch völlig unbedeutend, dass heißt das Bild verliert so viel Kontrast und wird so vermatscht wie es die Optik vorgibt.

Jetzt wird das Bild durch die Sensorpixel abgetastet. In dieser vereinfachten Sichtweise ist weder ein Kontrast- noch Auflösungsverlust zu erwarten, wenn man mit höherer Auflösung abtastet, da nur das eh vorhandene Bild eingefangen wird.

In Wahrheit werden die Pixel natürlich mit steigender Miniaturisierung immer unempfindlicher und die Dynamik sinkt. Aber wenn man sich die Pixelgrößen mancher Kompaktknipsen ansieht, scheint da bei den Größen von denen wir hier reden noch reichlich Platz zu sein.

Warum ich denke, dass wir uns langsam dem sinnvollen Ende der Auflösung nähren, ist der immer größere Aufwand der betrieben werden muss, um in der 100%-Anischt scharfe Bilder zu erzeugen (eine höhere Auflösung macht ja nur Sinn, wenn man sie nutzen kann).

Um extreme Auflösungen nutzen zu können, braucht man sehr gute Objektive. Wenn die Entwicklung so weitergeht, sind bald Objektive nötig die (auch am Rand) bei f/4 oder so ihr Abbildungsoptimum haben, da ich beim weiteren Abblenden schon wieder Beugungsunschärfe bekomme. Die Zeiten mit denen man aus der Hand fotografieren kann, werden mit steigender Auflösung immer kürzer. Und nicht zuletzt braucht man ein sehr genaues Wissen über den Schärfeverlauf, Hyperfokaldistanzen etc und muss dieses auch anwenden.

Wer die 7D also beispielsweise im Zoo als super Telekonverter verwenden will, muss jetzt schon sorgfältig arbeiten, um hinterher mehr aus seinen Bildern raus zu bekommen, als es eine gute alte 8 MPixel DSLR liefern würde.