Bildschärfe/Fokuspunkt berechnen und einstellen

[SurveyorMIDIC]

Liebe Community,

Hallo und kurze Vorstellung: Ich bin kein (semi)professioneller Fotograf im herkömmlichen Sinn, habe aber trotzdem massenhaft mit Bildern zu tun. Für spezielle Inspektionsaufgaben im Industriebereich verwende ich eine drohnengebundene Vollformatkamera. Meist werden die Aufnahmen für photogrammetrische Auswertungen genommen. In der Regel gibt es da wenig Probleme. Jetzt aber doch - ich hoffe deshalb, dass mir hier jemand mit Sachverstand helfen kann:

Wie könnte ich den idealen Fokuspunkt einer Kamera/eines Objektivs mit fester Brennweite berechnen und aus der Ferne sicher einstellen? Die Kamera ist wie gesagt an einer Drohne, die Schärfe des Bildes sehe ich live nur auf einem recht kleinen Monitor der Fernbedienung. Da sieht nach dem Autofokus des ersten Bildes alles gut aus, später am PC erkenne ich aber Unschärfe. Der manuelle Fokus ist über einen virtuellen Schieberegler zwischen "Makro-Blume" und "unendlich" einstellbar.

Der Workflow ist normalerweise folgender: Die Kamera stellt per Autofokus das erste Bild ein und nimmt diesen Fokus für alle folgenden Bilder. Dauerhafter Autofokus funktioniert aus zwei Gründen nicht: Zum einen ist das Objekt (eine graue Wand) recht eintönig, da funktioniert der Autofokus offenbar nicht zuverlässig. Zum anderen ist das System zu langsam, da die Kamera etwa jede Sekunde auslösen muss, insgesamt werden einige tausend Bilder gemacht. Deshalb manueller Fokus.

Welche Parameter sind ausschlaggebend für die Schärfe, wobei die Belichtungszeit möglichst kurz sein sollte (Kamera bewegt sich, also höchstens 1/500s)?

Hier sind die Kamera-Specs:

Sensorgröße: 35,9 × 24 mm
Effektive Pixel: 45 Megapixel
Pixelgröße: 4,4 μm
Blendenbereich: f2.8 - f/16
Isobereich: 100 – 25600
Objektiv: 35 mm F2.8 LS ASPH Objektiv, Sichtfeld (FOV) 63,5°

Im Handbuch habe ich das hier gefunden, daraus werde ich aber nicht schlau (Wie gesagt, meine fototechnische Expertise ist begrenzt):

"Für den Nahbereich wird empfohlen, die Kamera auf den M-Modus und den Fokus auf unendlich (warum?) zu stellen. Passen Sie die Verschlusszeit und die Blendenöffnung an, aktivieren Sie ISO (?) und stellen Sie den Messmodus auf "Globales Messen" ein. Um hochauflösende Fotos (die Aulösung ist doch fix?) bei guten Lichtverhältnissen zu erhalten, kann man eine kleine Blendenöffnung wählen, die die hypofokale Entfernung verkürzt (?). Wählen Sie die größtmögliche Blendenöffnung, die der erforderlichen Auflösung entspricht (?), um den größtmöglichen Lichtfluss zu erhalten. [...] Es wird eine Blende von f/5.6-f/11 empfohlen. "

Diese Beschreibung verstehe ich nicht bzw. habe ich das Gefühl, dass da Begriffe durcheinandergeworfen werden.

Das Objekt ist ca. 8-9 Meter von der Kamera entfernt, es werden mehrere tausend Bilder gemacht, die alle superscharf sein sollten. Doch das Ergebnis ist wie gesagt nicht optimal.

Gibt es jemanden, der das Grundprinzip der Schärfe erklären kann bzw. einen Link zur Berechnung des Fokuspunktes hat. Vielleicht gibt es auch einen Tipp, welche Einstellungen ich treffen müsste, damit die Bilder bei Fokus "unendlich" scharf werden?

Vielen Dank schonmal und ich hoffe, dass ist hier einigermaßen in der richtigen Kategorie gelandet.


Schöne Grüße

 

[KHZ]

Kein Bild -> kein Problem
Wird wohl verschoben werden
Das Handbuch ist für Kamera / Objektiv / Drohne / App fürs Drohnenfotografieren?
Kamera ist? R5?
Karl

 

[SurveyorMIDIC]

Hallo,

Bilder sind leider zu groß und werden hier nicht zum Upload akzeptiert (JPG ist knapp 8MB)

Die Kamera ist eine Zenmuse P1, das Handbuch von der Kamera.

 

[SurveyorMIDIC]

.. auch mit 700kb funktioniert es leider nicht (dieser Screenshot ist 26kb groß)

 

[Karlalex]

Das Foto darf max 2MB groß und die längste Seite 1500px lang sein, dann sollte es gehen.

 

[Borgefjell]

Es gibt immer nur eine Schärfeebene (Wobei die "Ebene" je nach Objektiv schonmal gewölbt sein kann, aber das spielt erstmal nur eine untergeordnete Rolle)
Je nach Schärfeanspruch sind aber auch Bereiche vor und hinter dieser Ebene "ausreichend" scharf, bei die Definition von "ausreichend" sehr individuell ist.

cBlur

gibt dir die Möglichkeit zu berechnen, was im Bild scharf wird, bei "höchsten Ansprüchen" macht als "geforderte Bildauflösung": "Sensorauflösung" Sinn, in Kombination mit 45 MP und den genannten Parametern (35mm, 8,5m Abstand) ergibt sich bei Blende f/5.6 eine Schärfentiefe von 7,22m-10,46m, mit Blende 4 wäre die Schärfentiefe auch noch ausreichend.

Auf unendlich fokussieren macht absolut keinen Sinn!

 

[Dominic F.]

Evtl. gibt es bei der Kamera eine Funktion wie Focus Peaking? D.h. der Autofokus wird deaktiviert (manueller Fokus auf z.B. 8 Meter stellen), dann wird die Drohne händisch auf diese 8m Distanz bewegt und dort gehalten. Die Hervorhebung der scharfen Kontrastkanten zeigt einem im Kamerabild an, ob man die richtige Schärfeebene gefunden hat. Man bewegt die Drohne also näher zum oder weiter vom Objektiv, bis das Objekt im Monitor z.B. rot gestreift hervorgehoben wird. Evtl. ist das ein Workaround, falls die Funktion Fokus Peaking vorhanden ist. Die Wand ist ja vermutlich senkrecht, d.h. wenn die Drohne ihre Position präzise halten kann (da kenne ich mich nicht aus) ist es vielleicht möglich, sie in nur zwei Achsen zu bewegen (oben/unten, rechts/links, kein vorne/hinten) und auf diese Weise die Mauer halbwegs zeitsparend abzufahren.
Ansonsten kann man auch vielleicht die Fokuseinstellungen optimieren, um doch noch den Autofokus nutzen zu können.

 

[SurveyorMIDIC]

Hallo @Dominic F. ,

vielen Dank schonmal für die hilfreiche Antwort. Focus Peaking gibt es bei der Kamera nicht. Den manuellen Fokus auf bspw. 8m zu stellen wäre ja genau das Ziel. Das kann ich aber nirgends festlegen, da der Fokus halt nur ein virtueller Schieberegler ohne Skala ist. Die Drohne fliegt immer im gleichen Abstand zu der Mauer (die geneigt ist), auf ca. 3 cm genau, dabei ist die Kamera auf die Ebene der geneigten MAuer ausgerichtet, die Bildebene ist also parallel zur geneigten Wand. Wie lassen sich denn Autofokuseinstellungen optimieren? Es gibt meines Wissens nach nur "Spot", "zentriert" und "gesamtes Bild" oder so ähnlich.

@Borgefjell , auch Dir vielen Dank!

genau so einen Rechner habe ich gesucht. Noch eine Nachfrage: ich kann dort die Fokusentfernung einstellen. Wie bekomme ich die raus? Oder ist das mein Objektabstand? Bzw. schreibst du "Auf unendlich fokussieren macht absolut keinen Sinn!". So sehe ich das ja auch, aber wie dann fokussieren ohne eindeutige Werte? Oder ich fokussiere per Hand so Pi*Daumen und hoffe, dass meine Objekt in der Fokusebene (=Schärfentiefe?) liegt? Und die Unschärfe auf 0 zu bekommen ist mit der Technik damit nicht möglich?

Danke schonmal für tiefer gehende Erläuterungen!

 

[Dominic F.]

Wenn der Abstand zur Mauer bekannt ist (auf 3cm genau ist ja sehr genau), könnte man mit demselben Abstand am Boden in Ruhe den Fokus einstellen.
Autofokuseinstellungen lassen sich optimieren, indem z.B. (bei vielen höherwertigen Kameras möglich) festgelegt wird ob bei Autofokusversuchen mit schlechtem Kontrast die Priorität auf Auslösung oder auf Focussuche stehen soll, oder wie schnell ein sich ändernder Motivabstand berücksichtigt werden soll, wie träge oder direkt der Autofokus reagieren soll, ob er nach einer erfolgreichen Fokussierung abschalten soll ("single shot") oder kontinuierlich weiter fokussieren soll ("continuous af"), dann natürlich wie schnell er von einem Motiv auf ein anderes umschaltet, das durchs Bild läuft etc., aber das ist dann etwas speziell.
Aber z.B. "single shot" hilft vielen Kameras (jedenfalls früher war das so) in schwierigen Situationen doch ein fokussiertes Bild zustande zu bringen - solange sich der Motivabstand nicht zu sehr ändert, dann ist single shot ein Garant für einen verfehlten Fokus.

 

[Borgefjell]

Hallo @Dominic F. ,

vielen Dank schonmal für die hilfreiche Antwort. Focus Peaking gibt es bei der Kamera nicht. Den manuellen Fokus auf bspw. 8m zu stellen wäre ja genau das Ziel. Das kann ich aber nirgends festlegen, da der Fokus halt nur ein virtueller Schieberegler ohne Skala ist. Die Drohne fliegt immer im gleichen Abstand zu der Mauer (die geneigt ist), auf ca. 3 cm genau, dabei ist die Kamera auf die Ebene der geneigten MAuer ausgerichtet, die Bildebene ist also parallel zur geneigten Wand. Wie lassen sich denn Autofokuseinstellungen optimieren? Es gibt meines Wissens nach nur "Spot", "zentriert" und "gesamtes Bild" oder so ähnlich.

Wenn die Position so genau gehalten werden kannm kannst du es dir einfach machen, vom Objekt zur Drohne den Abstand mit einem Laserentfernungmesser ausmessen, die Kamera auf diese Distanz manuell fokussieren und gut ist. Alternativ One-Shot/AFS einstellen und dort, wo das Objekt sein wird ein einfach zu fokussierenden Gegenstand hinlegen, danach dann die Kamera auf manuellen Fokus umstellen

@Borgefjell , auch Dir vielen Dank!

genau so einen Rechner habe ich gesucht. Noch eine Nachfrage: ich kann dort die Fokusentfernung einstellen. Wie bekomme ich die raus? Oder ist das mein Objektabstand? Bzw. schreibst du "Auf unendlich fokussieren macht absolut keinen Sinn!". So sehe ich das ja auch, aber wie dann fokussieren ohne eindeutige Werte? Oder ich fokussiere per Hand so Pi*Daumen und hoffe, dass meine Objekt in der Fokusebene (=Schärfentiefe?) liegt? Und die Unschärfe auf 0 zu bekommen ist mit der Technik damit nicht möglich?

Danke schonmal für tiefer gehende Erläuterungen!

Ist der Objektabstand vom Sensor bis zum Objekt

 

[SurveyorMIDIC]

@Borgefjell

"Objekt zur Drohne den Abstand mit einem Laserentfernungmesser ausmessen, die Kamera auf diese Distanz manuell fokussieren"

Genau das ist ja mein Problem. Ich kenne zwar den Abstand zur Wand auf ein paar Zentimeter genau. Aber wie soll ich da manuell fokussieren, sodass die höchstmögliche Schärfe rauskommt? Ich gucke nicht live durch die Linse, sondern sehe das Bild auf einem Monitor (nicht zoombar).

Anders ausgedrückt: Ich weiß, dass ich mit Blende f/2,8 im Abstand 8,5m die Grenzen der Schärfentiefe von 7.37 - 10.05m habe. Aber wie kann ich sicher sein, dass der Fokus richtig eingestellt ist?

 

[SurveyorMIDIC]

Wenn der Abstand zur Mauer bekannt ist (auf 3cm genau ist ja sehr genau), könnte man mit demselben Abstand am Boden in Ruhe den Fokus einstellen.
Autofokuseinstellungen lassen sich optimieren, indem z.B. (bei vielen höherwertigen Kameras möglich) festgelegt wird ob bei Autofokusversuchen mit schlechtem Kontrast die Priorität auf Auslösung oder auf Focussuche stehen soll, oder wie schnell ein sich ändernder Motivabstand berücksichtigt werden soll, wie träge oder direkt der Autofokus reagieren soll, ob er nach einer erfolgreichen Fokussierung abschalten soll ("single shot") oder kontinuierlich weiter fokussieren soll ("continuous af"), dann natürlich wie schnell er von einem Motiv auf ein anderes umschaltet, das durchs Bild läuft etc., aber das ist dann etwas speziell.
Aber z.B. "single shot" hilft vielen Kameras (jedenfalls früher war das so) in schwierigen Situationen doch ein fokussiertes Bild zustande zu bringen - solange sich der Motivabstand nicht zu sehr ändert, dann ist single shot ein Garant für einen verfehlten Fokus.

Danke, ich werde mal schauen ob es da irgendwo versteckt noch mehr Optionen gibt. Tendenziell will ich aber einen festen Fokus, da die Kamera sehr schnell sehr lange sehr viele Fotos machen soll und sich dabei der Motivabstand nicht ändert.

An Boden den Fokus einstellen habe ich auch schon versucht. Allerdings geht das Teil grundsätzlich bei Flugbeginn in eine Art Automatikmodus. Außerdem muss ich zwischendurch ein paar mal die Akkus wechseln, da sind die manuellen Fokus-Einstellungen sowieso futsch. Deswegen bin ich auf der Suche nach einer quasi-numerischen Bestimmung des Fokus, die reproduzierbar ist.

 

[Hawelka]

Es wird eine Blende von f/5.6-f/11 empfohlen.

Warum nicht einfach die Blende schließen (schrittweise) - damit vergrößert du deinen Fokusbereich.
Manueller Fokus (fixe Fokusdistanz) einmal auf ca. 8 Meter einstellen, und dann über die Blende eine Balance finden (Iso vs. rauschen)

 

[Knipskiste]

ein virtueller Schieberegler ohne Skala ist.

Wenn dieser virtuelle Schieberegler auf dem Monitor abgebildet wird, vielleich ein post-it mit einer Skala/Markierung für den Abstand versehen und daneben kleben?

Freundliche Grüße
Thomas

 

[RalphBecker]

In der Bedienungsanleitung S17 steht unter Blendenparameter eine minimale Entfernungseinstellung von 49,7m bei Blende 2,8.

Ist das wirklich die minimale Einstellungsentfernung der Kamera bzw. wurde das mal getestet?

 

[m@sche]

Liebe Community,

Hallo und kurze Vorstellung: Ich bin kein (semi)professioneller Fotograf im herkömmlichen Sinn, habe aber trotzdem massenhaft mit Bildern zu tun. Für spezielle Inspektionsaufgaben im Industriebereich verwende ich eine drohnengebundene Vollformatkamera. Meist werden die Aufnahmen für photogrammetrische Auswertungen genommen. In der Regel gibt es da wenig Probleme. Jetzt aber doch - ich hoffe deshalb, dass mir hier jemand mit Sachverstand helfen kann:

Wie könnte ich den idealen Fokuspunkt einer Kamera/eines Objektivs mit fester Brennweite berechnen und aus der Ferne sicher einstellen? Die Kamera ist wie gesagt an einer Drohne, die Schärfe des Bildes sehe ich live nur auf einem recht kleinen Monitor der Fernbedienung. Da sieht nach dem Autofokus des ersten Bildes alles gut aus, später am PC erkenne ich aber Unschärfe. Der manuelle Fokus ist über einen virtuellen Schieberegler zwischen "Makro-Blume" und "unendlich" einstellbar.

Der Workflow ist normalerweise folgender: Die Kamera stellt per Autofokus das erste Bild ein und nimmt diesen Fokus für alle folgenden Bilder. Dauerhafter Autofokus funktioniert aus zwei Gründen nicht: Zum einen ist das Objekt (eine graue Wand) recht eintönig, da funktioniert der Autofokus offenbar nicht zuverlässig. Zum anderen ist das System zu langsam, da die Kamera etwa jede Sekunde auslösen muss, insgesamt werden einige tausend Bilder gemacht. Deshalb manueller Fokus.

Welche Parameter sind ausschlaggebend für die Schärfe, wobei die Belichtungszeit möglichst kurz sein sollte (Kamera bewegt sich, also höchstens 1/500s)?

Hier sind die Kamera-Specs:

Sensorgröße: 35,9 × 24 mm
Effektive Pixel: 45 Megapixel
Pixelgröße: 4,4 μm
Blendenbereich: f2.8 - f/16
Isobereich: 100 – 25600
Objektiv: 35 mm F2.8 LS ASPH Objektiv, Sichtfeld (FOV) 63,5°

Im Handbuch habe ich das hier gefunden, daraus werde ich aber nicht schlau (Wie gesagt, meine fototechnische Expertise ist begrenzt):

"Für den Nahbereich wird empfohlen, die Kamera auf den M-Modus und den Fokus auf unendlich (warum?) zu stellen. Passen Sie die Verschlusszeit und die Blendenöffnung an, aktivieren Sie ISO (?) und stellen Sie den Messmodus auf "Globales Messen" ein. Um hochauflösende Fotos (die Aulösung ist doch fix?) bei guten Lichtverhältnissen zu erhalten, kann man eine kleine Blendenöffnung wählen, die die hypofokale Entfernung verkürzt (?). Wählen Sie die größtmögliche Blendenöffnung, die der erforderlichen Auflösung entspricht (?), um den größtmöglichen Lichtfluss zu erhalten. [...] Es wird eine Blende von f/5.6-f/11 empfohlen. "

Diese Beschreibung verstehe ich nicht bzw. habe ich das Gefühl, dass da Begriffe durcheinandergeworfen werden.

Das Objekt ist ca. 8-9 Meter von der Kamera entfernt, es werden mehrere tausend Bilder gemacht, die alle superscharf sein sollten. Doch das Ergebnis ist wie gesagt nicht optimal.

Gibt es jemanden, der das Grundprinzip der Schärfe erklären kann bzw. einen Link zur Berechnung des Fokuspunktes hat. Vielleicht gibt es auch einen Tipp, welche Einstellungen ich treffen müsste, damit die Bilder bei Fokus "unendlich" scharf werden?

Vielen Dank schonmal und ich hoffe, dass ist hier einigermaßen in der richtigen Kategorie gelandet.


Schöne Grüße

Unschärfe kann Defokussierung sein, kann aber auch Bewegungsunschärfe sein.

Beispielbilder (100% Ausschnitte) eines scharfen und eines unscharfen Bildes bitte hier hochladen, sonst bleibt alles Spekulation.


Anleitung der Kamera:

https://dl.djicdn.com/downloads/Zenmuse_P1/20210510/Zenmuse_P1%20_User%20Manual_EN_v1.2_3.pdf

Das musste ich erst mal googeln:
"NAP-OF-THE-OBJECT PHOTOGRAMMETRY"

https://isprs-annals.copernicus.org/articles/X-3-W1-2022/171/2022/isprs-annals-X-3-W1-2022-171-2022.pdf

Interessantes Thema - bist du Geologe?

Von Nahbereich steht das nichts.

Davon abgesehen, das 35mm Objektiv hat bei Blende 16 eine hyperfokale Distanz von 17,4m, d.h. alles Scharf von 8,7m bis Unendlich für einen Zerstreuungskreis von 0,0044mm.

Insofern ist die Entfernungseinstellung auf Unendlich gar nicht so falsch um Autofokusproblemen aus dem Wege zu gehen.

Bei einer Entfernungseinstellung auf Unendlich beginnt die hinreichende Schärfe allerdings erst ab 17,4m. Insofern ist die folgende Aussage eigentlich nicht korrekt, ausser der zulässige Zerstreuungskreisdurchmesser darf 0,0088mm sein:

Auflösung für das 35mm Objektiv bei Blende 16 (so steht es in der Anleitung):
Bei 8,7m Gegenstandsweite wird 1mm des Gegenstands auf ein Pixel abgebildet.

Hinweis:
das ist ohne Beugung berechnet, mit Beugung wird es (geringfügig) schlechter.


hier noch ein Rechner:

Tabelle '+Table_Count+'

www.erik-krause.de

Aufnahmeentfernung(Erklärung):
https://www.erik-krause.de/schaerfe.htm#Entfernung

 

[Walter Schulz]

In der Bedienungsanleitung S17 steht unter Blendenparameter eine minimale Entfernungseinstellung von 49,7m bei Blende 2,8.

Ist das wirklich die minimale Einstellungsentfernung der Kamera bzw. wurde das mal getestet?

Seite 11: Close Focus für das 35er = 0.85 m

 

[Jag-har-en-fraga]

Beim Autofokus muss die 1 Sekunde locker reichen, aber ohne Kontraste hat jedes AF System Probleme