Beugungsunschärfe

Moin zusammen,

Hier wird viel diskutiert über die Schärfe von Optiken bei Offenblende.
Jetzt habe ich ein paar Bilder bei kleinster Blende gemacht und war doch etwas erstaunt: Die Bilder sind deutlich unschärfer als bei Offenblende. Festgestellt bei drei verschiedenen Optiken.

Zwar weiß ich, dass Fotos um ca. 2-3 Blenden abgeblendet am schärfsten sind. Ist ein so deutliches Nachlassen der Schärfe normal? Ist das beim Kleinbildformat besser?

Bild 1: 50mm F22
Bild 2: 50mm f11
Bild 3: 50mm f5,6

Danke für Eure Antworten.

Gruß
Dirk

Hi albertotito,

also bei Blende 11 solltest Du von der Beugungunschärfe eigentlich noch nicht soviel mitbekommen, bei 22 schon einiges. Deine Belichtungszeiten sind aber so lange, dass Du jede Menge andere Fehlerquellen dazu bekommst. Ich nenne mal ein paar die zu der Unschärfe beitragen können:
1. Keine SVA (Spiegelvorauslösung), die gibts bei den billigen Nikons leider nicht. Spielt normal irgendwo zwischen 1/30 und 1s eine Rolle. Hängt von Stativ, Kamera und Brennweite ab.
2. Wackliges Stativ
3. Von Hand ausgelöst
4. Fokusproblem allgemein (gut - hängt nicht von Belichtungszeit ab)
5. Schwingender Untergrund, z.B. Holzboden auf der Veranda, oder auch mal auf ner Brücke

Ich würde mal warten bis Du richtig viel Licht hast. Dann den Test auf jeden Fall mit ISO 100 machen. Vom Stativ mit Mittelsäule eingefahren und Selbstauslöser oder Fernbedienung. Dann solltest Du bei Blende 22 noch 1/100 hinbekommen, und wenn der Unterschied dann immer noch so drastisch ist, dann musst Du die anderen Experten hier fragen
Viele Grüße,

Deeroy

Das Phänomen nennt sich Grenzblende und kommt von der Lichtbeugung an der Blende. Wenn Du die Suche benutzt findest Du einiges. Es gibt sogar Tabellen bei welcher Cam wo die Grenzblende sitzt. Ist von der Sensorgröße abhängig.

300D Blende 14
1D2 Blende 16 .. das sind die beiden die ich habe, die kann ich mir merken

Besten Dank,

gut zu wissen, dass man mit einer DX Kamera auf maximal Blende 13 abblenden sollte, während es beim Kleinblidformat bis Blende 22 möglich ist. Deswegen kannte ich das Phänomen auch nicht aus der Vergangenheit.

Die angehängten Bilder sind mit kritischen Zeiten aufgenommen, das stimmt. Aber immerhin mit Stativ und nur dem 50mm. Iso 100 hat mein Schätzchen gar nicht.

Dank Eurer Hilfe habe ich nun folgendes gefunden:


Das dürfte auch noch andere hier interessieren.

Gruß
Dirk

Ähm, doofe Frage: Ich dachte, die Beugung wäre durch die Pixeldichte auf dem Sensor mitbestimmt? Demnach müsste man die durch Beugung entstehende Unschärfe bei der Nikon D2X mit 12 Megapixeln doch wesentlich eher bemerken als bei der D1 mit nicht einmal 3 Megapixeln (beide Crop 1,5)? Dies ist nach der geposteten Tabelle aber nicht der Fall. Bin ich da auf dem Holzweg mit meiner Meinung?

Sepplmail, du hast vollkommen recht. Das Beugungslimit wird einzig und allein von der Pixelgröße bestimmt und ist vollkommen unabhängig von der Sensorgröße. Die Tabelle ist nur ein grober Richtwert.

albertotito schrieb:

Dank Eurer Hilfe habe ich nun folgendes gefunden:

Gruß
Dirk

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Also das ist mir nun völlig rätselhaft, was die Beugungsfehler/Blendengröße mit der Cropgröße zu tun haben!
Am FF kommen halt aussen noch Bildbereiche dazu, die bei Crop nicht abgebildet werden. Die Bereiche in Cropgröße sind bei FF und Crop identisch. Also auch die Beugungsfehler.
Ich halte die Tabelle für Unsinn, lass mich aber gern belehren.

Gut Licht, Christian

Natürlich hängt das Beugungslimit von Film/Sensorformat ab, wovon denn sonst?

Lichtbeugung ist ein rein optisches Phänomen und hat mit den Pixeln nichts zu tun. Sonst wären hochauflösende Filme ebenfalls stärker beugungslimitiert als niedrig auflösende.

Beugungsunschärfe wird sichtbar, indem man das Bild zur Ausgabe (Print oder Monitor) vergrößert. Je kleiner das Aufnahmeformat, desto früher macht sie sich bemerkbar.

Unabhängig davon ist jede Blende prinzipiell beugungslimitiert. Wenn man also ein unendlich hochauflösendes Medium und ein perfekt abbildendes Objektiv hat, dann wird man auch zwischen f2 und f4 eine Beugungslimitierung messen können... natürlich nur unter dem Mikroskop, oder, mit anderen Worten, bei weit über 100% am Monitor.

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Nightshot schrieb:

Sepplmail, du hast vollkommen recht. Das Beugungslimit wird einzig und allein von der Pixelgröße bestimmt und ist vollkommen unabhängig von der Sensorgröße. Die Tabelle ist nur ein grober Richtwert.

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Analysierst Du das Bild in 100%-Ansicht, so hängt die Beugungstoleranz vom Pixelabstand ab. Betrachtest Du hingegen ein gesamtes Bild, so ist die Sensordiagonale bzw. genauer das Toleranzmass von 1/1500stel der Sensordiagonalen entscheidend.

species 8472 schrieb:

Natürlich hängt das Beugungslimit von Film/Sensorformat ab, wovon denn sonst?

Lichtbeugung ist ein rein optisches Phänomen und hat mit den Pixeln nichts zu tun. Sonst wären hochauflösende Filme ebenfalls stärker beugungslimitiert als niedrig auflösende.

Beugungsunschärfe wird sichtbar, indem man das Bild zur Ausgabe (Print oder Monitor) vergrößert. Je kleiner das Aufnahmeformat, desto früher macht sie sich bemerkbar.

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Das hängt einzig davon ab, was man als Bezugspunkt nimmt.

Betrachtet man einen 20cm x 30cm Ausdruck, dann hängt die Beugung von der Sensorgröße ab, betrachtet man die Bilder in der 100% Ansicht, dann hängt die Beugung von der Pixelgröße (und der Sensorarchitektur) ab.

Der jeweils andere Faktor spielt keine Rolle.

In der 100% Ansicht unterliegt das 39MP Mittelformat-Rückteil den ganz genau gleichen Beugungseffekten wie meine E-1, da beiden deselben pixelpitch haben und dieselbe Sensorarchitektur (BAYER).

In den technischen Foren wird unter "scharf" üblicherweise die 100% Ansicht gemeint und nicht die Wirkung im Ausdruck, von daher ist die Tabelle mit den Formaten bei der Betrachtungsweise ziemlicher Quatsch.

mfg

Cephalotus schrieb:

In den technischen Foren wird unter "scharf" üblicherweise die 100% Ansicht gemeint und nicht die Wirkung im Ausdruck, von daher ist die Tabelle mit den Formaten bei der Betrachtungsweise ziemlicher Quatsch.

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Wir sind doch hier nicht in einem Technikforum!!

Ich würde jedenfalls bei Anfragen hier in der Tat eher das Praxis-bezogene Format-abhängige Limit nennen, als die Technik-zentrierte Pixel-Definition.

BTW: Beugungsunschärfe kann auch etwas gutes sein: Moirée-Effekte können damit z.B. zuverlässig unterdrückt werden.

Mi67 schrieb:

Ich würde jedenfalls bei Anfragen hier in der Tat eher das Praxis-bezogene Format-abhängige Limit nennen, als die Technik-zentrierte Pixel-Definition.

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Hmm, das ist dann wohl Geschmacksache. Mir geht es in erster Linie darum möglichst viel Auflösung auf meinen Sensor zu bekommen und dafür muss ich wissen welches meiner Bauteile gerade der limitierende Faktor ist. Daher gilt bei mir die 100% Ansicht. Wenn ich das optimal getroffen habe, dann kann ich auch Ausschnitte wählen wie ich will und muss nicht wieder umdenken je nach Ausgabegröße. So kann ich einfach aus einer Vollformat Kamera eine Crop Kamera machen wenn ich es brauche. Von diesem "üblichen" Betrachtungsabstand halte ich persönlich übrigens recht wenig. Es ist einfach genial, wenn ich ein Bild in 30x45 ausbelichten lasse und ich kann vorher noch den Bildauschnitt wählen und dann interpoliere ich das Bild auch noch runter um mit 300dpi raus zu kommen. Es ist scharf bei jedem Betrachtungsabstand und das macht einfach besonderen Spaß, da man das noch nicht wirklich gewohnt ist.
Da dieser Tabelle anscheinend doch etwas Verwirrung mit sich bringt, habe ich das Problem mal kurz durchgerechnet und dann kann jeder seine eigene Tabelle selbst ausrechnen. Die Blende ab der es zu Limitierung kommen kann berechnet sich wie folgt:
Blende = Pixelgröße (in Mikrometer) / 0,671
Durch die hier zulässige Kleinwinkelnäherung lässt es sich schön linearisieren und das macht die Formel so einfach. Die hier berechnete Blende ist der Wert, ab dem Beugung beobachtet werden könnte (in 100% Ansicht). Nicht in der Rechnung enthalten ist der Tiefpassfilter. Der macht den Sensor künstlich etwas schlechter und das verschiebt die Blende noch zu etwas größeren Werten. Leider gibt es dazu keine technischen Daten und so muss man schätzen, aber so ein Faktor von 1,3 wird es schon richten. Also wer eine etwas realistischere Grenzblende erhalten möchte, der multipliziert seine Pixelgröße vor der Formel noch mit 1,3.
Spannend ist auch der Umkehrschluss. Wer behauptet, dass Beugung auf dem Kleinbild erst bei Blende 22 zu wirken beginnt der kann zurück rechnen, dass der Film „nur“ 4,3 Megapixel auflösen kann. Das wäre jetzt auch nicht so schlecht, denn man muss bedenken, dass das eine echte Auflösung ist, also ohne Tiefpassfilter und Bayerinterpolation.

Beim Betrachten der Ausschnitte stellten sich mir zwei Fragen:

1. warum ist das f22 Bild im Verhältniss zu den beiden anderen so stark überbelichtet?

2. Kann die Ursache der Unschärfe bei f22 nicht auch in anderen Faktoren wie z.B. einem leichten Verwackeln statt in der Beugung begründet sein?

Außerdem hab ich die hier besprochene Abhängigkeit von Beugung zu Sensorgröße und Pixelgröße nicht ganz verstanden, zwar ist mir klar, das die Pixeldichte eine Begrenzung darstellt (sprich, die Pixel zu klein sind um Beugung darzustellen), aber von der optischen Seite waren mir bisher nur Brennweite bzw. Linsenöffnung und Blendenöffnung als einflussnehmende Faktoren bekannt.

HaPeWe schrieb:

Außerdem hab ich die hier besprochene Abhängigkeit von Beugung zu Sensorgröße und Pixelgröße nicht ganz verstanden, zwar ist mir klar, das die Pixeldichte eine Begrenzung darstellt (sprich, die Pixel zu klein sind um Beugung darzustellen), aber von der optischen Seite waren mir bisher nur Brennweite bzw. Linsenöffnung und Blendenöffnung als einflussnehmende Faktoren bekannt.

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Eigentlich ist die Beugung nur durch die Blendenöffung bestimmt und sie ist immer da. Bei offener Blende ist die Beugungsunschärfe nur so gering, dass die Pixelauflösung nicht ausreicht, um sie zeigen zu können. Bei Offenblende überwiegen eh noch die Objektivfehler. Ab einer gewissen Grenzblende ist die Beugungsunschärfe identisch mit der Pixelauflösung. Ich könnte jetzt die Auflösung vom Sensor ins Unendliche schrauben, aber es würden nicht mehr Details auf dem Bild ankommen, da einfach nicht mehr durch "die Blende passt". Und in diesem beschriebenen Zusammenhang geht nirgends die Sensorgröße ein.

@Nightshot: Wenn man die Pixelgröße nicht kennt, so kann man sie aus Sensorgröße und Pixelzahl grob abschätzen (jedenfalls die obere Schranke für die Pixelgröße).
Tja, und da die meisten Kamerahersteller die Pixelgröße nicht angeben, die anderen Daten aber schon braucht man eben doch die Sensorgröße

Das stimmt so jetzt nicht. Zumindest Canon geht mit der Information sehr großzügig um und schreibt es sogar ins exif (von den anderen Kameras weiß ich es nicht) Der Tag nennt sich Focal Plane Resolution und gibt an, wie viele Pixel sich in der Fokusebene befinden. Die Einheit ist Punkte pro Zoll. Ich nehme mal etwas exotischeres, eine Canon Powershot G5. Die hat dort einen Wert von 9159 eingetragen. Ich teile den Wert durch 25,4 (ich will ja von den doofen Zoll weg kommen) und bilde den Kehrwert. Als Ergebnis erhalte ich den Wert von 2,77 Mikrometer. So einfach ist das

Nightshot schrieb:

Hmm, das ist dann wohl Geschmacksache. Mir geht es in erster Linie darum möglichst viel Auflösung auf meinen Sensor zu bekommen und dafür muss ich wissen welches meiner Bauteile gerade der limitierende Faktor ist. Daher gilt bei mir die 100% Ansicht. Wenn ich das optimal getroffen habe, dann kann ich auch Ausschnitte wählen wie ich will...

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Dürfte da nicht die Beugungsunschärfe in der Praxis das kleinste Problem sein? Man vergrößert ja auch die anderen Abbildungsfehler des Objektivs mit, ganz zu schweigen von den Schärfungs- und Interpolationsartefakten und dem Rauschen.

Nightshot schrieb:

Eigentlich ist die Beugung nur durch die Blendenöffung bestimmt und sie ist immer da. Bei offener Blende ist die Beugungsunschärfe nur so gering, dass die Pixelauflösung nicht ausreicht, um sie zeigen zu können.

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Dabei vergisst Du, dass es durchaus Objektive mit Lichtstärke kleiner als f5,6 gibt.

Nightshot schrieb:

Ich könnte jetzt die Auflösung vom Sensor ins Unendliche schrauben, aber es würden nicht mehr Details auf dem Bild ankommen, da einfach nicht mehr durch "die Blende passt". Und in diesem beschriebenen Zusammenhang geht nirgends die Sensorgröße ein.

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Das ist richtig. Allerdings spielt sie in dem Moment eine Rolle, in der Du vor dem Problem stehst, entweder zu wenig Schärfentiefe zu haben oder eine leichte Beugungsunschärfe hinnehmen zu müssen. Dann kann es hilfreich sein, zu wissen, ob sich die Beugungsunschärfe in einer 30x40 oder 40x60cm Vergrößerung überhaupt bemerkbar macht.

Für Deine Vorgehensweise mit den Auschnittvergrößerungen ist das wohl nicht von Belang, ich dachte mir aber, der Hinweis könnte dennoch von Interesse sein, vielleicht für Leute, die bestrebt sind, ihr Aufnahmeformat möglichst effektiv auszunützen, da man sonst leicht ein oder zwei Blenden unnötig verschenkt.

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Nightshot schrieb:

Der Tag nennt sich Focal Plane Resolution und gibt an, wie viele Pixel sich in der Fokusebene befinden.

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Ich hoffe doch, alle? Es sei denn, der AF ist defekt, oder die Kamera ist gerade in ein schwarzes Loch gefallen.

scnr, aber Deine Übersetzung ist etwas mißverständlich

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HaPeWe schrieb:

Beim Betrachten der Ausschnitte stellten sich mir zwei Fragen:

1. warum ist das f22 Bild im Verhältniss zu den beiden anderen so stark überbelichtet?

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Moin,
Das Bild empfinde ich als sehr flau und auch heller belichtet. Warum das so ist mir nicht ersichtlich, alle Aufnahmen wurden mit Zeitautomatik und Stativ gemacht, die Lichtverhältnisse blieben die gleichen.

Vielleicht ist es auch nur der geringere Kontrast, der das Bild heller erscheinen lässt. Was meinen die Anderen?

Gruß
Dirk

species 8472 schrieb:

Dürfte da nicht die Beugungsunschärfe in der Praxis das kleinste Problem sein? Man vergrößert ja auch die anderen Abbildungsfehler des Objektivs mit, ganz zu schweigen von den Schärfungs- und Interpolationsartefakten und dem Rauschen.

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Was vergrößere ich denn bei Betrachtung bei 100% mit? Je weiter ich die Blende zu mache, um so besser wird die Optik wenn ich die Beugung außer Acht lasse. Schärfung, Interpolation und Rauschen??? Zum einen RAW ist dein Freund und dann ist das ja mal völlig unabhängig von der Optik.

Dabei vergisst Du, dass es durchaus Objektive mit Lichtstärke kleiner als f5,6 gibt.

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Wiso vergesse ich die? Nehmen wir eines mit Anfangsöffnung von 8,0. Wenn ich das Beugungslimitiert an Vollformat auslutschen will, brauche ich einen Sensor der genau 30MPix hat. Da sind wir noch ein Stück weit weg.

Allerdings spielt sie in dem Moment eine Rolle, in der Du vor dem Problem stehst, entweder zu wenig Schärfentiefe zu haben oder eine leichte Beugungsunschärfe hinnehmen zu müssen. Dann kann es hilfreich sein, zu wissen, ob sich die Beugungsunschärfe in einer 30x40 oder 40x60cm Vergrößerung überhaupt bemerkbar macht.

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Die Beugungsunschärfe wirkt sich auch auf das 40x60 Bild aus. Ich sehe sie nur nicht, wenn ich den "genormten Betrachtungabstand" nicht unterschreite. Aber klar, wenn ich die Tiefenschärfe brauche, dann muss ich voll in die Kiste greifen und abblenden, Beugung hin oder her. Ich muss nur im Hinterkopf haben, dass ich an Steller meiner X MPix Kamera eine X-"etwas" MPix Kamera in Händen halte.