Auflösung von Objektiven vs. Auflösung des Sensors

[Gast_163615]

Ich habe eine relativ einfache (und vielleicht dumme, aber sicher nicht ganz so einfach zu erklärende) Frage zur maximalen Auflösung von Objektiven.

Ein Objektiv bringt ja eine bestimmte Auflösung. Das stelle ich mir so vor, dass das Objektiv also auf einer bestimmten Linsenfläche eine bestimmte Anzahl an Detaills auflösen kann.

Wie man auf
http://www.dpreview.com/lensreviews/
in zahlreichen Tests nachlesen kann, erreichen Objektive für SLR-Kameras nur in den seltensten Fällen die Auflösung des in der Kamera verbauten Sensors.

Jetzt nähern wir uns langsam meiner Frage:

Wie ist das denn nun bei Kompaktkameras?

Beispiel DSLR: Ein Objektiv ist hier ja ziemlich groß, hat also große Linsen. Der Sensor dahinter (mit z.B. 10 Megapixel) ist auch recht groß. Das heißt, der Sensor hat pro Fläche ziemlich wenig Pixel. Das heißt aber auch, dass man relativ viel Glas im Objektiv zur Verfügung hat, um einen Pixel mit "Bildinformation" zu versorgen.

Bei Kompakten hat man ja wesentlich kleinere Objektive mit wesentlich kleineren Linsen. Auch hat man wesentlich kleinere Sensoren (mit ähnlicher Pixelanzahl). Das heißt aber nun doch, dass ein ziemlich kleiner Ausschnitt des Objektiv-Glases ziemlich viele Pixel mit "Bildinformation" versorgen muss.

Ich kann mir jetzt nicht so ganz vorstellen, dass SLR-Objektive (die hohe 3- oder 4-Stellige Eurobeträge kosten) von erfahrenen und alteingesessenen Herstellern, nicht in der Lage sein sollen, einen großen Kleinbild- oder APS-C-Sensor mit ihren typischerweise popelig geringen Pixeldichten angemessen mit Bildinformationen zu versorgen.
Wohingegen die winzigen Linsen von Kompaktkameras (wo die komplette Kamera meistens deutlich weniger kostet, als ein SLR-Objektiv) es angeblich schaffen sollen, die kleinen Sensoren mit ihren irrsinnig hohen Pixeldichten ebensogut mit Bilddetails zu versorgen.

Liege ich jetzt komplett falsch mit meiner Annahme, dass es bei der Auflösung von Objektiven auf die Fläche ankommt, also die Auflösung quasi flächenbezogen ist?

Vielleicht löst sich die Frage ja ganz schnell auf....

MfG

Sven

 

[Nightstalker]

Ich glaube Du solltest Dir einfach weniger gedanken machen ...


Die wenigsten Objektive sind bei ihrer optimalen Blende schlechter als ein Standardsensor.
Bei Offenblende kann das durchaus anders sein.

Die Frage ist vielmehr, wenn jemand feststellt, dass ein Sensor höher auflösst als die Objektive, ... wie hat er das gemessen? Denn auch dpreview misst ja MIT Objektiven.

 

[WinSoft]

Liege ich jetzt komplett falsch mit meiner Annahme, dass es bei der Auflösung von Objektiven auf die Fläche ankommt, also die Auflösung quasi flächenbezogen ist?

Die Auflösung von Objektiven und Filmen wird in lp/mm angegeben (Linienpaare pro Millimeter). Bei Objektiven kommt hinzu, bei welchem Kontrast, bei welcher Blende, welchem Objektabstand und welcher Bildhöhe die Angabe gilt.

Das hat nichts mit der Größe der Gläser in den Objektiven oder der Fläche zu tun!

Die Auflösung des Sensors dagegen wird nicht in lp/mm angegeben, sondern in der Anzahl seiner lichtempfindliche Zellen. Dabei muss man noch berücksichtigen, dass bei den üblichen Bayer-Sensoren mehrere Zellen (rote - 2 grüne - blaue) erst zusammen ein bildwirksames Pixel ergeben.

 

[HaPeWe]

Ich habe eine relativ einfache ...

Ähnlich dem relativ leichten Öltanker

Liege ich jetzt komplett falsch mit meiner Annahme, dass es bei der Auflösung von Objektiven auf die Fläche ankommt, also die Auflösung quasi flächenbezogen ist?

Nein, nicht komplett falsch aber leider auch nicht komplett richtig. Es gibt auflösungsabhängige und auflösungsunabhängige Faktoren.

Unter idealen Bedingungen ist die Auflösung flächenunabhängig, d.h. bei der kleinen Kamera kommen bei gleichem Bildwinkel auf dem kleinen Sensor bei sagen wir mal 6mm Brennweite die gleiche Detailauflösung an wie z.B. bei einer Kleinbildsensor bei 35mm Brennweite.

Würde man dieses kleine Kompakt-Objektiv nun vor die Kleinbildkamera packen, dann wäre ein kleiner Kreis auf dem Sensor mit extrem hoher Auflösung ausbelichtet, ein 6mm UWW, welches auf Kleinbild gerechnet wäre, würde auf dem kleinen Kompaktsensor jedoch nur ein wenig Pixelbrei (vielleich 1MP) hinterlassen.

Wären das jedoch die einzigen Faktoren, dann könnte man bei entsprechender Pixeldichte ja problemlos eine stecknadelgroße Kamera bauen, die die Auflösung des Hubble Teleskops bietet. In der Praxis spielen auch noch die flächenabhängigen Faktoren mit, die ersichtlichsten wären z.B. einfallende Gesamtlichtmenge (-energie), Materialstärke, Präzision usw., daher gibt bei gleichem Bildwinkel ein großes Objektiv auf größerer Fläche mehr Details wieder als ein kleines Objektiv auf kleiner Fläche.

 

[EchoRomeo]

Da hast Du was gründlich missverstanden

dafür haben dann andere auch die Charts aus dpreview nicht richtig interpretiert.

Stelle Dir mal nen Sensor vor mit 6 MPx (Format 2:3)
Besteht also aus 2000 Pixelzeilen und 3000 Pixelspalten.

Da eine Linie aus einem schwarzen und einem weißen Anteil gebildet wird
kann dieser Sensor maximal 1000 Linien (übereinaneder) erkennen.

Ein APS-C-Sensor misst ~ 18 x 24 mm also kommt auf einen Millimeter Sensorfläche 1000/18 = 55 Zeilen.
Diese 55 Zeilen (Linienpaare) muss ein Objektiv also optisch liefern können.

Ein Vollformat-Sensor mit gleicher Pixelzahl könnte auch nur 1000 Zeilen erkennen
sein Senor misst aber 24 x 36mm. Also -> 1000/24= 41 lp/mm
das Objektiv darf also eine ganze Ecke weniger Leistung bringen um die gleiche Erkennungsrate zu erreichen.

08/15-Objektive haben in der Regel eine Auflösung von knapp 60 lp/mm, gute bringen 60-70 lp/mm und sehr gute bis/über 80 lp/mm (bei 50% Kontrast).

Wirklich übel sieht es allerdings bei kleineren Sensoren aus.

Um 1000 Linienpaare auf einem Sensor darszustellen muss also das Objektiv bei diesen leisten können:

Kompakte 4,5 × 3,4 mm 1/3,2" = 294 Linienpaare/mm
Bridges 7,2 × 5,3 mm 1/1,8" = 188 Linienpaare/mm
FourThird 13x17,3 = 76 Linienpaare/mm

Wie man sieht wird es bereits bei den FT-Kameras und normalen = bezahlbaren Objektiven eng.

Und die Objektive die eine Bridge oder Kompakte benötigen würde...

PS: Bei dpreview darf man die Charts jeweils nur als Auflösungsleistung einer Kamera-Objektiv-Kombination bewerten, nicht als maximale Auflösung des Objektivs.

Die sogenannte Nyquist-Frequenz = 0,5 * Zeilenzahl des bei der Messung verwendeten Kamerasensors.
Mehr Zeilen kann ein Sensor nun mal nicht erklennen.

 

[Gast_163615]

Danke EchoRomeo,

Wenn ich deine Erklärungen so lesen, habe ich es doch gar nicht SOO falsch verstanden.
Zumindest ist ein maßgeblicher Teil meiner Vorstellung relativ nahe an der Realität.

So, und jetzt mal nachgefragt:

Wenn ein sehr gutes Objektiv 80 lp/mm Auflösung bringt, aber ein Objektiv für eine Megapixel-schwangere Kompakte eine Auflösung von zumindest einmal 200 Linienpaare/mm haben MÜSSTE,
Wie ist es dann möglich, dass man (zumindest bei niedrigen ISO-Einstellungen und hellem Tageslicht) Unterschiede in der Auflösung des Bildes bei einer z.B. 6 MPixel-Kamera und einer 12 MPixel-Kamera feststellen kann???

Rein nach deiner Argumentation dürfte doch das Objektiv gar nicht genügend Auflösung bringen können.

 

[Mi67]

So, und jetzt mal nachgefragt:
...

Objektive für kleinere Sensoren bringen natürlich in der Tat höhere Auflösungen, als die "Kleinbild-Monster" oder gar Mittel- und Großformatoptiken. Wenn ich das Sensorformat schrumpfe, so schrumpft die Optik gleich mit, damit auch ein guter Teil ihrer Abbildungsfehler, die wegen der geringen Baumasse ja gar nicht mehr genug Wegstrecke zulassen, als dass sich konstant gebliebene Ungenauigkeiten in Schliff/Pressung und Materialinhomogenität in gleich hohem Ausmass als schädlich erweisen könnten.

I.a.W.: Objektivfehler sind zumeist Winkelfehler, die bei kürzeren Wegstrecken auch weniger Strahlabweichung (in µm am Sensor) erzeugen.

 

[Ronald_Stenzel]

ein weiterer riesengrosser pluspunkt für die kleinformatigen kompakt und bridges: der spiegel fällt weg, wodurch die optik deutlich näher an den sensor wandern kann -> ergo sind einfachere objektivdesigns möglich...

und je kleiner die abbildungsfläche ist, umso weniger muss sich um die feldkorrektur, gerade was die wölbung angeht, gekümmert werden. man kann sagen, das, was ich an bildqualität am rand möchte, büße ich in der bildmitte ein

cs

 

[donesteban]

Die besten Zeiss Kleinbild Optiken bringen 250 lp/mm, gemessen mit Gigabit Film. An einer D200 (Bildhöhe ca. 2600 Pixel) können sie trotzdem nur gut 2300 Linien auflösen (photozone.de).
Das liegt nicht daran, dass das Objektiv schlecht wäre. Sondern am Sensor. Pixel können nicht erkennen, was für ein Muster auf ihnen liegt, sondern nur die Gesamthelligkeit, die auf das ganze Pixel fällt, eine einheitliche 50% graue Fläche auf dem Pixel ist das gleiche wie eine Hälfte schwarz und die andere Hälfte weiss!
Mit 2600 Pixeln kann man 1300 Linienpaare auch mit einer idealen Optik nur dann darstellen, wenn sie sich über die ganze Bildhöhe genau mit den Pixel decken. Wenn das doch nicht so genau stimmt, verschieben sich die Linien wenn das Muster weitergeht immer mehr über die Grenze zwischen zwei Pixeln, bis jeder Pixel genau 50% Linie und 50% weiss hat, dann sieht jeder Pixel nur noch mittelgrau, keine Linien mehr.

Jetzt stell dir vor, dass auch das beste Objetiv bei f/5.6 (einer ziemlich optimalen Blende) schon was Beugung hat. D.h. es gibt keinen abrupten Übergang von schwarz nach weiss mehr, sondern er wird ein bisschen weich. Das ist ein physikalisches Gesetz, die Beugung hat eine Mindestgrösse, sie kann je nach Objektivaufbau aber auch noch "vergrössert" werden. Dann kommen noch weitere kleine Unschärfen dazu. Wenn unser D200 Sensor schon bei einem optimalen, ganz scharfen Linienmuster die 1300 Linienpaare nicht wirklich schafft (weil man es nie wirklich schaffen wird,haargenau den Pixelabstand zu treffen), wie soll er es dann erst bei einem, Muster schaffen, das zwischen weiss und scharz auch noch graue Ränder hat? Da gibt es noch viel mehr Möglichkeiten für ein Pixel, eben nicht nur rein weiss oder ganz schwarz zu sehn, sondern eben grau...

Aus diesem Grund darf man Auflösungen von Film Scans auch nicht mit DSLR MP einfach so vergleichen. Sondern man muss erst gucken, wieviele Linien die DSLR mit dem verwendeten Objektiv wirklich auflöst.

 

[EchoRomeo]

Wie ist es dann möglich, dass man (zumindest bei niedrigen ISO-Einstellungen und hellem Tageslicht) Unterschiede in der Auflösung des Bildes bei einer z.B. 6 MPixel-Kamera und einer 12 MPixel-Kamera feststellen kann???

beruht dieser genannte Sachverhalt auf einer Messung oder auf einem Gefühl?

Du musst an der Stelle wirklich messen und nicht muten.

Kleines Beispiel das Du jederzeit ausprobieren kannst. Knipse Rasen mit einer Kompakten, einer Bridge und eine SLR mit annähernd gleicher Pixelzahl.


Sieht auf den ersten Blick dann so aus als hätten alle die gleiche Auflösung.
Wenn Du aber dann genau hinschaust wirst Du sehen dass u. U, die nicht so knackigen Fotos mehr Details (vom Gras enthalten). Mehr Fahrdetails und mehr Muster.

Oft wird auch bei Tests vergessen dass Blende 3,3 einer Kompakten schon Blende 16 an einer DSLR entspricht und die daraus resultierende Unschärfe als mangelnde Auflösung interpretiert. Oder mit einer Farbenreduktion und steilerem Kontrast das Auge überlistet.

Oder die Hersteller definieren intern Kontastwerte einfach um.

Wenn Du es ganz genau wissen willst müsstest Du eine plane Vorlage mit variablen Linienbreiten mit den Testkameras so lange fotografieren bis die Linien schwinden, schliesslich verschwinden und dann auszählen und rechnen.

Übrigens: Über 12 MPx sollte bei Kompakten in der Regel die maximale Auflösung der verwendeten Optiken auch im Bildzentrum sehr nahe sein. An den Rändern und besonders in den Ecken ist sie es bestimmt. Und das obwohl die Hersteller mit dem fast quadratischen Sensorformat diesen Effekt zu mildern versuchen.