Auflösung der Objektive?

[jusaca]

Hi, ich habe diese Frage hier bereits in einem anderen Forum gestellt:

Hi,
ich lese in letzter Zeit öfter bei DSLR's mit über 12MP, dass man dafür dann auch sehr "hochauflösende Objektive" benötigt. Die günstigen hätten eine zu schwache Abbildungsleistung.

Wovon hängt denn die Auflösung eines Objektives ab, und wie viel MP kann ein durschnittliches Objektiv in etwa darstellen?
Eigentlich sind da ja nur Linsen drin, und die lassen das Licht doch so durch, wie es ist, und verzerren es nur etwas. Wird dabei die Auflösung beschränkt?

Bzw. was für eine maximale Auflösung hat Licht überhaupt
Das ist ja der Grund, warum man mit einem normalen Lichtmikroskop nicht in endlose Zoomstufen vordringen kann, sondern ab einem bestimmten Punkt ein EM benötigt.
Aber was würde passieren, wenn man ein LM mit maximal möglicher Abbildungsleitung des Lichtes nimmt, und eine weitere Vergrößerungslinse davor setzt?

Aber meine Hauptfrage bezieht sich eher auf den ersten Punkt bezüglich der SDLRs

Grüße
ami

Nämlich hier:
http://powerforen.de/forum/showthread.php?t=230169

Da könnt ihr auch die Antworten nachlesen, die ich bereits bekommen habe.

Nun habe ich da den Hinweis bekommen, doch mal einen Fotograf zu fragen, da der mir das sicherlich besser erklären kann und den ein oder anderen Tipp im Bezug auf die Auswirkungen in der Praxis geben kann

Deshalb frage ich euch nun auch nochmal

Grüße
jusaca

 

[Tonsillus]

Ich will es mal versuchen zu erklären:

Es gibt einen Faktor, der die Auflösung jedes Objektivs grundsätzlich und unwiederruflich begrenzt. Der ist in der Wellennatur des Lichtes begründet (Beugung). Auch ein fehlerloses Idealobjektiv kann diese Grenze nicht unterschreiten. Sie äußert sich darin, daß in Abhängikeit von Öffnung des Objektivs und der Lichtfarbe das Licht nicht in einem dimensionslosen Punkt vereinigt wird, sondern in einem, wenn auch sehr kleinen, Scheibchen. Dieses Nebeneinander von Scheibchen ist das Bild. Stelle es dir wie ein Raster vor.

Fotografische Objektive sollen das Bild einer ebenen Fläche wieder auf eine ebene Fläche übertragen. Dazu bedarf es einer extrem feinabgestimmten Anordnung mehrerer Linsen. Es gibt 7 Fehler die dabei auftreten können, die auch noch voneinander abhängig sind. Macht man einen Fehler sehr klein, wird ein anderer groß. Also können nicht alle Fehler auskorrigiert sondern nur gegeneinander minimiert werden. Danach muß das zunächst theoretisch errechnete Objektiv auch noch gebaut werden. Dabei treten neue Fehler auf, weil ja auch die Fertigungsgenauigkeit nicht beliebig gesteigert werden kann. Je enger die Toleranzen und je genauer die Materialien sind, um so besser stimmt das reale Objektiv mit dem gerechneten überein. Das kostet alles Zeit und Geld. Deshalb ist so ein Objektiv wesentlich teurer als die Standardware.

Restfehler sind bei jedem Objektiv vorhanden. Durch Abblenden können die Auswirkungen gemildert werden. Wird die Blende aber zu eng, verschlechtert die Beugung das Bild. Die optimale Blende liegt also irgendwo in der Mitte.

Die Beugung durch Licht einer anderen Wellenlänge (Farbe) zu verringern ist in der Fotografie nicht denkbar. Wer will schon Bilder die z.B. nur blau sind. In der Mikroelektronik wird es jedoch gemacht, da muß heutzutage schon ultraviolettes Licht zur Belichtung genommen werden um die kleinen Strukturen noch aufzulösen.

Mhm. Jetzt habe ich ne Menge geschrieben. Als Einführung sollte es aber genug sein.

 

[wintersaint]

Die theoretische Auflösungsgrenze wird von kommerziellen Objektiven meist nicht mal ansatzweise erreicht. Schau Dir doch mal die Objektivtests bei www.dpreview.com . Dort ist immer eine Linie "Nyquist-Frequenz" mit eingezeichnet. Das ist die Auflösungsgrenze des Sensors (meist um die 10 MP). Du wirst sehen, dass selbst gute Objektive da nur in der Mitte und bei guten Blendenwerten drüber liegen. Billigere Objektive liegen fast immer drunter. Allerdings sollte man dabei anmerken, dass die Auflösung des Objektivs bei nahezu allen Motiven nicht so wichtig ist. Außer vielleicht bei Landschaftsfotos mit viel Blätterwerk. Auflösung muss bei Objektiven nämlich oft gegen Kontrast getauscht werden. Man kann zwar mehr Linien pro mm sehen, aber die sind dafür nicht schwarz weiß sondern hellgrau/dunkelgrau. Daher ist es immer ein Abwägen von vielen Fehlern gegeneinander, die ein ausgewogenes Objektiv ausmachen. Eine Fixation auf Auflösung ist sicherlich Blödsinn.

 

[Mi67]

Die theoretische Auflösungsgrenze wird von kommerziellen Objektiven meist nicht mal ansatzweise erreicht. Schau Dir doch mal die Objektivtests bei www.dpreview.com . Dort ist immer eine Linie "Nyquist-Frequenz" mit eingezeichnet. Das ist die Auflösungsgrenze des Sensors (meist um die 10 MP). Du wirst sehen, dass selbst gute Objektive da nur in der Mitte und bei guten Blendenwerten drüber liegen. Billigere Objektive liegen fast immer drunter.

Bitte auch das Grüngedruckte dort lesen:

"NOTE the line marked 'Nyquist Frequency' indicates the maximum theoretical resolution of the camera body used for testing. Whenever the measured numbers exceed this value, this simply indicates that the lens out-resolves the sensor at this point - the calculated MTF values themselves become meaningless."

I.a.W.: Wenn ich ein Objektiv an einer Kamera teste und die Kamera die Auflösung beschneidet, dann bin ich prinzipiell blind für eventuell noch höhere Auflösungen seitens der Optik.

Will ich das Auflösungsvermögen der Optik an sich beziffern, so muss ich dies entweder mit einem fiktiven, extrem hoch auflösenden Sensor tun, oder ich vergrößere das an der Position des Sensors entstehende Luftbild mit einer nicht limitierenden Optik (z.B. gutes Mikroskopobjektiv) sekundär nach. Dieses Verfahren findet bei "echten MTF-Messungen" regelhaft Anwendung. Beispielsweise werden Zeiss-Objektive in dieser Konfiguration vermessen.

 

[Horstl]

...Aber was würde passieren, wenn man ein LM mit maximal möglicher Abbildungsleitung des Lichtes nimmt, und eine weitere Vergrößerungslinse davor setzt?...

Fehler der Optik mal beiseite gelassen:
Nichts, das Bild wird zwar größer (und dunkler) aber Auflösung kann so keine mehr gewonnen werden. In der Mikroskopie gibt es dafür schon lange den Begriff der "leeren" Vergrößerung.
Eine Erhöhung der Auflösung geht nur über eine Vergrößerung des Winkels, in dem das Objekt vom Objektiv erfaßt wird. D.h. eine Erhöhung der Auflösung erhältst Du über Verringerung des Abstandes zum Objekt, und/oder Vergrößerung des Objektivdurchmessers (Aufblenden). Um die Auflösung der stärksten Mikroskopobjektive mit Arbeitsabständen von Millimeterbruchteilen mit einem "Makroobjektiv" aus 1m Distanz zu erreichen, bräuchtest Du ein Objektiv mit etwa 5 Meter Durchmesser.

LG Horstl

 

[TomTom79]

Meine Meinung:

Wenn du dir die Reviews auf etwa http://www.photozone.de/all-tests anschaust wirst du feststellen, dass eigentlich alle Objektive eine sehr gute Auflösung bringen. Das Thema wird meines Erachtens deutlich überbewertet, die Auflösung wird in 99% der Bilder durch andere Effekte stärker eingeschränkt als durch das Objektiv (Freihand-Auslösung, schlechtes Stativ, Bewegung des Motivs, schlechte Fokussierung etc).
Um die Auflösung der schlechteren Objektive auszureizen solltest du über eine substanzielle Investition in ein Stativ nachdenken, Spiegelvorauslösung nutzen etc. Wenn dann deine 5DII oder D3X an Auflösungsgrenzen stößt kannst du über ein besseres Objektiv nachdenken
Im gleichen Zusammenhang sollte beachtet werden, dass praktisch alle aktuellen Zooms für die derzeitigen Auflösungen der Kameras gut genug sind (Lediglich Superzooms der Art 18-200mm werden dich in manchen Bereichen Auflösungstechnisch enttäuschen können), Festbrennweiten machen vor allem wegen der höheren Lichtstärke Sinn, die Auflösung ist vielleicht besser, aber das wirst du in der Praxis kaum bis nie ausreizen.

P.S.: Als Beispiel, mein 50mm 1.4 zeigt in Photozone bei Blende 1.4 am Rand nur ~1300 LPH im Zentrum "nur" 1800. Im Druck A4 ist das nichts anderes als Knackscharf. Den Unterschied zu den 2200 LPH bei f/4 wirst du auf A4-Größe nicht erkennen, Nachbearbeitung wie leichte Nachschärfung (150% 0.3px Radius) ändern den Schärfeeindruck m.E. stärker.

 

[Matthis]

Die theoretische Auflösungsgrenze wird von kommerziellen Objektiven meist nicht mal ansatzweise erreicht. Schau Dir doch mal die Objektivtests bei www.dpreview.com . Dort ist immer eine Linie "Nyquist-Frequenz" mit eingezeichnet. Das ist die Auflösungsgrenze des Sensors (meist um die 10 MP). Du wirst sehen, dass selbst gute Objektive da nur in der Mitte und bei guten Blendenwerten drüber liegen.

Die Zahlen von Photozone sind keine Auflösungsgrenze, sondern bedeuten nur den Punkt, wo 50% Kontrastübertragung erreicht wird. Die Auflösung kann (muss aber nicht) - bei niedrigerem Kontrast - durchaus höher sein. Darum sind solche punktuellen Messungen eigentlich für die Tonne.

Ausserdem wird die Auflösung durch den AA-Filter begrenzt, der bei einem höher auflösenden Sensor feiner sein wird.

 

[TomTom79]

Darum sind solche punktuellen Messungen eigentlich für die Tonne.

Bin selbst auch so weit drüber nachzudenken lieber selbst zu messen was ich selbst messen kann. (Mache ab und zu mal eine Fourier-Transformation um schonmal ein Gefühl zu bekommen )

Denke die "punktuellen" Messungen sind insofern interessant als dass man sieht dass es so schlimm eben doch nicht um die schärfe der Objektive steht.

Du scheinst dich ja etwas auszukennen, ich habe noch so meine Verständnisprobleme.
50% Kontrast wäre ja etwa ein Pixelwert 25% zu 75% Grau, oder? Da stellen sich ja schon einige Fragen: Wird die (Gamma)Kurve der Kamera berücksichtigt? Was sind 100% Kontrast, man könnte ja zwischen den schwarzen und weißen Bereichen auf dem Testchart alles mögliche an Kontrasten haben bis hin zu total überstrahlt zu total abgesoffen - ist das für die Messung egal? (Mehr Licht-> Mehr Flare -> gleich mieser Kontrast, oder doch eher zu viel Licht -> schlechterer Kontrast? Wie wird garantiert, dass der Dynamikumfang der Kamera ausgenutzt wird, oder ist das egal?)

Was du mit "muss aber nicht" meinst verstehe ich etwa so: das eine Objektiv fällt bei steigender Auflösung schnell ab zu 0% Kontrast ein anderes verhält sich eher gutmütig und fällt langsamer ab, die Nutzbare Auflösung wäre also höher. Richtig?

 

[Matthis]

Bin selbst auch so weit drüber nachzudenken lieber selbst zu messen was ich selbst messen kann. (Mache ab und zu mal eine Fourier-Transformation um schonmal ein Gefühl zu bekommen )

Denke die "punktuellen" Messungen sind insofern interessant als dass man sieht dass es so schlimm eben doch nicht um die schärfe der Objektive steht.

Du scheinst dich ja etwas auszukennen, ich habe noch so meine Verständnisprobleme.
50% Kontrast wäre ja etwa ein Pixelwert 25% zu 75% Grau, oder? Da stellen sich ja schon einige Fragen: Wird die (Gamma)Kurve der Kamera berücksichtigt? Was sind 100% Kontrast, man könnte ja zwischen den schwarzen und weißen Bereichen auf dem Testchart alles mögliche an Kontrasten haben bis hin zu total überstrahlt zu total abgesoffen - ist das für die Messung egal? (Mehr Licht-> Mehr Flare -> gleich mieser Kontrast, oder doch eher zu viel Licht -> schlechterer Kontrast? Wie wird garantiert, dass der Dynamikumfang der Kamera ausgenutzt wird, oder ist das egal?)

Ich bin weit davon entfernt, ein Experte zu sein, aber ich habe die Abhandlung gelesen, die in meiner Signatur verlinkt ist.

Was du mit "muss aber nicht" meinst verstehe ich etwa so: das eine Objektiv fällt bei steigender Auflösung schnell ab zu 0% Kontrast ein anderes verhält sich eher gutmütig und fällt langsamer ab, die Nutzbare Auflösung wäre also höher. Richtig?

Genau so ist es. Auch dazu kann ich auf das Zeiss-Dokument verweisen, S. 17.

 

[stephan2807]

50% Kontrast wäre ja etwa ein Pixelwert 25% zu 75% Grau, oder? Da stellen sich ja schon einige Fragen: Wird die (Gamma)Kurve der Kamera berücksichtigt? Was sind 100% Kontrast, man könnte ja zwischen den schwarzen und weißen Bereichen auf dem Testchart alles mögliche an Kontrasten haben bis hin zu total überstrahlt zu total abgesoffen - ist das für die Messung egal? (Mehr Licht-> Mehr Flare -> gleich mieser Kontrast, oder doch eher zu viel Licht -> schlechterer Kontrast? Wie wird garantiert, dass der Dynamikumfang der Kamera ausgenutzt wird, oder ist das egal?)

Gamma (sRGB) und auch irgendwelche Tonwertkurven haben im Ausgangsmaterial für solche Messungen nichts verloren. Belichtung so, dass auch großflächiges Weiß und Schwarz nicht clippen.

Kontrast ist dann (Weiß-Schwarz)/(Weiß+Schwarz).
Für vergleichbare Ergebnisse noch den Kontrast bei den höheren Frequenzen auf den Ausgangskontrast bei Frequenz nahe Null normieren. Damit ist die Belichtung dann verarztet (solange kein Clipping auftritt).

Eigentlich musst Du auch ein Sinus-Target verwenden. Mit nem einfachen "Zebra" sind die Werte zu gut.

Befrag doch Google zu "normankoren" ...

 

[TomTom79]

Für vergleichbare Ergebnisse noch den Kontrast bei den höheren Frequenzen auf den Ausgangskontrast bei Frequenz nahe Null normieren.

Heißt das nicht ein Objektiv mit schlechterem absoluten Kontrast wird dem besseren gleichgestellt? Also wenn ich die Vergütung von den Linsen kratze und dann 10% mehr diffuse interne Reflektionen habe, dann tut das dem MTF Chart nichts?

 

[stephan2807]

Heißt das nicht ein Objektiv mit schlechterem absoluten Kontrast wird dem besseren gleichgestellt? Also wenn ich die Vergütung von den Linsen kratze und dann 10% mehr diffuse interne Reflektionen habe, dann tut das dem MTF Chart nichts?

Praktisch wirds in so nem Falls schwierig. Der absolut korrekte Wert für den Ausgangskontrast lässt sich kaum ermitteln (unendlich große weiße und schwarze Fläche). Im Normalfall funktioniert es aber einfach eine sehr niedrige Frequenz zu nehmen (weiß/schwarz) z.B. 50 Pixel breit.

In Deinem Beispiel der zerschundenen Linse passt das Ergebnis aber nicht.

 

[Matthis]

Gamma (sRGB) und auch irgendwelche Tonwertkurven haben im Ausgangsmaterial für solche Messungen nichts verloren. Belichtung so, dass auch großflächiges Weiß und Schwarz nicht clippen.

Kontrast ist dann (Weiß-Schwarz)/(Weiß+Schwarz).
Für vergleichbare Ergebnisse noch den Kontrast bei den höheren Frequenzen auf den Ausgangskontrast bei Frequenz nahe Null normieren. Damit ist die Belichtung dann verarztet (solange kein Clipping auftritt).

Heißt das nicht ein Objektiv mit schlechterem absoluten Kontrast wird dem besseren gleichgestellt? Also wenn ich die Vergütung von den Linsen kratze und dann 10% mehr diffuse interne Reflektionen habe, dann tut das dem MTF Chart nichts?

In einem traditionellen, seriösen MTF-Chart wie z. B. bei photodo (www.photodo.com) wird dieser Unterschied sichtbar, indem der Zusammenhang zwischen Auflösung/Frequenz und Kontrast dargestellt wird.

Bei Photozone/Imatest wird der Kontrast normalisiert. Laut Imatest ist der Einfluss auf die MTF50-Werte trotzdem gering (http://www.imatest.com/docs/log_f.html). Das vereinfacht die Messung, weil der Kontrast des Test-Targets nicht bekannt zu sein braucht. Die Folge ist aber, dass über die Kontrastwiedergabe des Objektivs keine Aussage gemacht werden kann. Auch ist es offenbar nicht möglich, z. B. MTF20- oder MTF80-Werte zu messen, weil bei diesen der Einfluss der Normalisierung zu gross wäre.

 

[TomTom79]

@Matthis: Danke! Die Aussage hat mir zum Verständnis gefehlt.

 

[Tonsillus]

Hallo

Ich muß jetzt mal eine "ketzerische" Frage stellen: Was ist für den fotografierenden Fotografen der Nutzen, sich im Detail über die MTF eines bestimmten Objektives kundig zu machen? Gerade die Veröffentlichung im Link von Matthis zeigt doch, wie vorsichtig man mit der Interpretation dieser Werte umgehen muß, um nicht Fehlschlüssen zu erliegen. Der Autor schreibt ja auch, daß es praktisch nicht möglich ist, die Güte eines Objektivs an Hand der MTF vollständig zu beschreiben, wenn nicht alle Nebenumstände auch bekannt sind.

Was aus meiner Sicht auch oft genug vergessen wird, das gekaufte Objektiv ist ja bestenfalls ähnlich dem vermessenen, auch wenn die gleiche Bezeichnung draufsteht. Ich hatte in 50 Jahren schon viele Tessare, aber nur eines davon verdiente den Titel "Adlerauge" wirklich. Bei Vario-Optiken ist es noch komplizierter. Im Grunde müßte man für jede Brennweiteneinstellung, Blende und Bildfeldposition die MTF-Werte kennen und verstehen, um daraus etwas abzuleiten.

Ich glaube, man kommt einfach nicht darum herum, weiterhin ein Objektiv "blind" zu kaufen, es zu erproben und nach dem persönlichen Eindruck zu entscheiden: Ist ok für mich ... oder eben nicht. Anschauliche, grafische Präsentation von Testergebnissen von Objektiven, wie auf Dpreview, sollte man für eine Vorentscheidung natürlich auch nutzen. Es ist besser als nichts und man muß nicht Mathematik studiert haben, um es zu verstehen.

 

[Ulf-M42]

Ich muß jetzt mal eine "ketzerische" Frage stellen: Was ist für den fotografierenden Fotografen der Nutzen, sich im Detail über die MTF eines bestimmten Objektives kundig zu machen?

Unabhänig vom künstlerischen Anspruch verfügt nicht jeder Fotograf über die finanziellen Mittel, sich (gerade bei den "guten Stücken") einen oder mehrere Fehlkäufe zu leisten. Sich vorher möglichst umfassend zu informieren halte ich für vollkommen opportun.

 

[Tonsillus]

Sich vorher möglichst umfassend zu informieren halte ich für vollkommen opportun.

Du hast meinen Beitrag nicht vollständig gelesen?

 

[TomTom79]

Ich glaube, man kommt einfach nicht darum herum, weiterhin ein Objektiv "blind" zu kaufen, es zu erproben und nach dem persönlichen Eindruck zu entscheiden: Ist ok für mich ... oder eben nicht.

Und meistens wird die Schärfe nicht das Problem sein, oder seht ihr das anders? Wäre interessant mal ein Meinungsbild zu bekommen.

 

[jusaca]

Ich danke euch für diese ziehmlich ausführlichen Beschreibungen

Aber gibt es eigentlich einen festen Blendenwert, der das "schärfste" Ergebnis erziehlt oder ist das von Optik zu Optik unterschiedlich?
Ich würde jetzt mal schätzen, dass es so in dem Bereich von f/5 - f/5,6 liegt, oder?

Grüße
jusaca

// Es wurden ja auch sieben Fehler an Objektiven erwähnt, die gegeneinander abgewägt werden müssen - könnt ihr mir diese auch nennen, oder wäre das zu kompliziert?
Interessieren würde es mich jedenfalls

 

[Tonsillus]

Mhm, mal überlegen ...
Sphärische Abweichung
Astigmatismus
Koma
Diverse Farbfehler
Nichteinhaltung der AbbeschenSinusbedingung
Verzeichnung

Irgendwas fehlt noch. (?)
Nachtrag: Bildfeldwölbung

Die "schärfste" Blende liegt gewöhnlich 2-3 Stufen unter der vollen Öffnung.