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Ein etwas anderer (besserer?) Fokustest

MasterFX

Themenersteller
Hallo zusammen.
Hier im Forum (besonders im Canonforum) sieht man ja immer wieder Threads wo es um Front- und/oder Backfokus geht. Alle ermitteln dies größtenteils durch den Fokus Testchart, der in einem Winkel von 45° abfotografiert wird. Wenn der Fokus passt, ist nur der mittlere Bereich scharf, ansonsten hat man halt ein Front- oder Backfokus.
Allerdings denke ich, dass der Fokustest nicht 100%ig praxisnah ist bzw. nur für den Nahbereich passt. Bei mir ist es beispielsweise so, dass der Testchart keine Front- oder Backfokus aufweist, ich jedoch bei etwas weiter entfernten Objekten einen Frontfokus habe. Zudem denke ich, dass durch die 45° Schräglage des Testcharts den AF-Sensor irritieren kann, da der AF-Sensor ja größer ist als der kleine Punkt im Sucher. Darum habe ich mir mal überlegt, wie man am besten den Fokus auf etwas größere Distanzen bestimmen kann.
Hier also jetzt meine Variante:

Das Prinzip des Messverfahrens beruht darauf ein Bild von definierter Auflösung auf dem CMOS-Chip so abzubilden, dass ein Pixel des Bildes auch nur auf einem Pixel des CMOS-Chips abgebildet wird.
Ich kam auf die Idee, als ich in diesem Beitrag folgendes Testbild gefunden habe:



Was braucht man:
  • TFT Monitor mit mindestens 1000px vertikale Auflösung (zur Not geht auch 768px, wichtig aber eine 100% Darstellung des Testbildes)
  • Stativ, Tisch oder ähnliches
  • DSLR :D
  • Je nach Brennweite einen großen Raum
  • Taschenrechner
  • Nach Möglichkeit die technischen Daten des Monitors
  • Auflösung und Größe des CMOS-Sensors der DSLR

Aufbau:
fokusaufbaucj3.png


Zur Prozedur:
Zunächst müssen wir bestimmen, wie weit entfernt die Kamera vom Monitor aufgestellt werden muss, damit auch jeder Pixel auf dem Monitor (zumindest erstmal theoretisch) von dem CMOS-Chip aufgelöst werden kann.
Hierfür habe ich mal folgende Formel aufgestellt, welche eigentlich nichts anderes macht als zu gucken, wie dicht man die Kamera an den Monitor stellen muss, damit die scheinbare Größe eines Monitorpixels auf genau einen CMOS-Pixel abgebildet wird.

md.php


Da es jedoch praktisch unmöglich ist die Kamera so exakt zum Monitor auszurichten, entsteht praktisch immer ein leichtes Moiré-Muster. Dies ist jedoch nicht weiter schlimm.

Ich nehme jetzt als Beispiel meine Canon 450D mit dem 50mm f1.8 Objektiv. Der Sensor hat eine größe von 22,2 x 14,8mm. Ich habe einen 22" Monitor mit einer Horizontalen Auflösung von 1680 Pixel. Die Pixelgröße ist laut Datenblatt 0,282mm. Wer die Pixelgröße nicht kennt, kann die Bildschirmbreite einfach durch die horizontale Auflösung teilen.
Also setzen wir mal die Daten ein (alles in mm!):

md.php


Es ergibt sich also ein Abstand von 275cm. Dies ist natürlich nur ein rein theoretischer Wert. Begrenzt wird das Auflösungsvermögen natürlich auch durch die Güte des Objektivs, aber auch durch die Beugungsgrenze, die durch die Blende bestimmt wird. Deswegen sollte man schon um einiges dichter rangehen. In diesem Fall habe ich den Abstand halbiert, sodass theoretisch jedes 1x1 Quadrat auf dem Bildschirm ein 2x2 Pixel großes Quadrat auf dem CMOS ergibt. Beim Aufbauen kommt es nicht auf den ein oder anderen cm an, aber lieber etwas dichter als weiter weg (ein 0,5-0,7-faches vom berechneten Abstand scheint ganz ok zu sein).

So nun öffnen wir das Testbild mit einem beliebigen Bildbetrachter und stellen das Bild auf 100%. Am besten wechselt man dazu auch in den Vollbildmodus des Bildbetrachters (bei IrfanView: Ansicht => Vollbildmodus).
Die Kamera stellen wir im zuvor berechneten Abstand zum Bildschirm auf.
Damit uns die JPEG-Komprimierung nicht zu viele Details des Bildes nimmt, stellen wir die Kamera auf RAW.
Wichtig:
Das Kameraobjektiv muss in beide Achsen exakt Rechtwinklig zum Monitor aufgebaut sein. Sprich die Mitte des Monitors muss auf gleicher Höhe wie die Objektivmitte sein. Zudem sollten Monitor und Kamera exakt Waagerecht sein.

Zunächst machen wir dann ein Foto mit manuellem Fokus. Dies geht am besten im LiveView (mit 5x oder 10x Vergrößerung), sofern vorhanden, ansonsten muss man sich eben auf den Sucher verlassen. Bei meiner 450D sieht man im Sucher recht gut wenn es Scharf wird, nämlich dann wenn der Moiré-Effekt maximal ist. Um Vibrationen auszuschließen verwendet man am besten den 2 Sekunden Selbstauslöser.
Mein Ergebnis sieht dann z.B. so aus:

mffokus1nl3.jpg


Links sind sie größeren 2x2 Quadrate als 4x4 Quadrate zu sehen. Bei den 1x1 Quadraten auf der rechten Seite sieht man schön das Moiré-Muster, das eben dadurch ensteht, weil die Pixel vom Monitor nicht 100% deckungsgleich mit den Pixeln auf dem CMOS sind. Das lässt sich praktisch auch nicht unterbinden. Wichtig ist aber, dass ein möglichst gleichmäßiges Moiré-Muster entsteht, wo zwischendurch das Schachbrett-Muster klar zu erkennen ist. Dies ist ein Anzeichen für eine gute schärfe.

Nun macht man das gleiche mit dem Autofokus. Wichtig ist dabei nur den mittleren AF-Sensor zu aktivieren und mit dem auf die Mitte des Fadenkreuzes zu zielen.
Wenn man das ganze nun mit dem Autofokus wiederholt könnte das z.B. so aussehen:

affokus1zm1.jpg


Wie man erkennt wirken die 1x1 Pixel eher wie eine graue Fläche und auch die 2x2 Pixel haben keinen richtigen Schwarzton mehr.
Um es sich um einen Front- oder Backfokus handelt lässt sich rausfinden indem man den Fokus speichert und dann die Kamera ein wenig nach vorne und nach hinten verschiebt.
Diejenigen, die eine Kamera mit AF-Feinjustierung (z.B. Canon 50D) haben, können nun sehr gut den Fehlfokus ausgleichen.

Wenn man den Fokus auf größere Distanzen testen will nimmt man am besten folgendes Testbild:

Hier sieht man, wenn der Fokus sitzt, ein sehr ausgeprägtest Moiré-Muster (in etwa so wie auf obigen Thumbnail. Wenn man nur die inneren Kreise sieht hat man einen Fehlfokus. Hier mal wie es aussehen könnte:


So, das wars erstmal. Konstruktive Kritik ist erwünscht.
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo
So, das wars erstmal. Konstruktive Kritik ist erwünscht.

Nur ein Hinweis auf ein mögliches Problemfeld: Das Licht des TFTs ist Polarisiert, AF Module habe mit polarisiertem Licht Probleme, drum gibt's ja extra ziskulare Polfilter. Da könnte eine Gefahr lauern. Vielleicht sollte man also einen CTR benützen.

Grüße
Flo
 
Warum so eine (unnötig) komplizierte Formel, wenn Du das Ergebnis doch nur als groben Anhaltspunkt nimmst? (Es ist ja eh nicht klar, wo genau bei der Kamera Dein Messpunkt ist).

Bei einer Bildschirmbreite von 1680px und einer Sensorbreite von 4272px müsste für eine 1:1 Darstellung der Abstand so gewählt werden, dass das Testbild ca. 40% des Suchers abdeckt. Oder eben ca. 80% für 2 Sensorpixel pro Testbildpixel.
Wer es genauer haben will, rechnet noch die Sucherabdeckung mit ein...
 
Nur ein Hinweis auf ein mögliches Problemfeld: Das Licht des TFTs ist Polarisiert, AF Module habe mit polarisiertem Licht Probleme, drum gibt's ja extra ziskulare Polfilter. Da könnte eine Gefahr lauern. Vielleicht sollte man also einen CTR benützen.

Ein CRT hat den Vorteil, kein polarisiertes Licht auszustrahlen, bringt dafür gleich ein ganzes Bündel an weiteren Nachteilen mit sich:

  • Der Bildschirm ist meist gewölbt, das erschwert zusätzlich den AF
  • man bringt durch die Wölbung auch bei optimaler Ausrichtung der Kamera kein perfektes Moiré hin
  • Der CRT könnte eine falsche Geometrie oder ein nicht zentriertes Bild haben
  • Bei einer Röhre entspricht ein dargestellter Bildpunkt nicht unbedingt eines Monitor-Bildpunktes -> Unschärfe auf Pixelebene (gibt es nicht bei TFTs)
 
und damit hast Du dann schon wieder den Nahbereich getestet, ich dachte Du hast Probleme im Fernbereich?
Ja richtig. Und bei diesem Test war der Fokus auch daneben, beim Testchart jedoch nicht, da ist man ja nur ein paar dutzend Zentimeter weg (je nach Brennweite)

Warum so eine (unnötig) komplizierte Formel, wenn Du das Ergebnis doch nur als groben Anhaltspunkt nimmst? (Es ist ja eh nicht klar, wo genau bei der Kamera Dein Messpunkt ist).
Naja mir ist halt erst später aufgefallen, dass die Optik nicht wirklich die theoretischen 20 Bogensekunden vernünftig auflösen kann. Aber wegschmeißen wollte ich die Formel auch nicht. Aber kompliziert ist die Formel doch gar nicht! Die höchste Auflösung hast du bei Offenblende. Bloß die meisten Objektive haben bei Offenblende auch kein scharfes Bild. Das sind halt alles theoretische Annahmen. Zudem wird das Auflösungsvermögen ja auch von der DPI-Zahl des Monitors und die Auflösung des CMOS Sensors bestimmt. Bei einem Sichtfeld von 25° und einer horizontalen Auflösung des CMOS-Sensors von 4200px kann man eben 25°/4200 (=21.4 Bogensekunden) auflösen, bei einem Sensor mit 3400px sind es nur noch 25°/3400 (=26 Bogensekunden). Darum eben die Formel.
Der Messpunkt ist logischer Weise genau in der Mitte. Mittlerer AF-Sensor auf Mitte des Fadenkreuzes.
Man kann den Test auch aus größerer Distanz machen, dann kann man sich aber nur noch auf das Moiré-Muster stützen. Für größere Distanzen eignet sich dabei dieses Bild Besser:


Hallo
Nur ein Hinweis auf ein mögliches Problemfeld: Das Licht des TFTs ist Polarisiert, AF Module habe mit polarisiertem Licht Probleme, drum gibt's ja extra ziskulare Polfilter. Da könnte eine Gefahr lauern. Vielleicht sollte man also einen CTR benützen.

Grüße
Flo
Die Problematik von CRTs hat ICG ja schon beschrieben. Ich glaube auch nicht dass der AF-Sensor damit ein Problem hat, sonst würde er ja auch nicht vernünftig bei Polfiltern funktionieren.
 
Zuletzt bearbeitet:
Ja richtig. Und bei diesem Test war der Fokus auch daneben, beim Testchart jedoch nicht, da ist man ja nur ein paar dutzend Zentimeter weg (je nach Brennweite)

Kommt drauf an wie du den Testchart gemacht hast :) Wenn du es so machst wie in der Anleitung hat man fast nie einen Fehlfokus, weil da steht man solle so weit zoomen bis das A4 Blatt vollkommen im Bild ist. Wenn man allerdings mit 18mm Brennweite und geöffneter Blende nochmal testet bekommt man ganz andere Ergebnisse. Mein neues Kit Objektiv funktioniert jetzt auch mit 18mm Brennweite obwohl das alte laut Test Anleitung den Test bestanden hat, bei 18mm versagte es aber. Die Test Ergebnisse haben dann auch mit der Wirklichkeit übereingestimmt. Der Test mit den ganzen Formeln wäre mir etwas zu kompliziert und ich kenne die Daten meines Glossy Laptop TFT's gar nicht.
 
Naja mir ist halt erst später aufgefallen, dass die Optik nicht wirklich die theoretischen 20 Bogensekunden vernünftig auflösen kann. Aber wegschmeißen wollte ich die Formel auch nicht. Aber kompliziert ist die Formel doch gar nicht! Die höchste Auflösung hast du bei Offenblende. Bloß die meisten Objektive haben bei Offenblende auch kein scharfes Bild. Das sind halt alles theoretische Annahmen. Zudem wird das Auflösungsvermögen ja auch von der DPI-Zahl des Monitors und die Auflösung des CMOS Sensors bestimmt. Bei einem Sichtfeld von 25° und einer horizontalen Auflösung des CMOS-Sensors von 4200px kann man eben 25°/4200 (=21.4 Bogensekunden) auflösen, bei einem Sensor mit 3400px sind es nur noch 25°/3400 (=26 Bogensekunden). Darum eben die Formel.
Dabei gehst Du aber davon aus, dass jeder Pixel einen gleichen Bildwinkel abdeckt?
Einfacher und genauer wäre glaube ich:
Abstand = Bildschirmbreite/Sensorbreite * Sensorpixel/Bildschirmpixel * Brennweite

Der Messpunkt ist logischer Weise genau in der Mitte. Mittlerer AF-Sensor auf Mitte des Fadenkreuzes.
Was ich meinte war, dass der errechnete Abstand der Abstand vom Brennpunkt ist. Wo der aber genau liegt ist doch in der Regel nicht bekannt? (Oder doch?) Für eine Lochkamera würde es aber auf jeden Fall funktionieren.
 
Dabei gehst Du aber davon aus, dass jeder Pixel einen gleichen Bildwinkel abdeckt?
Einfacher und genauer wäre glaube ich:
Abstand = Bildschirmbreite/Sensorbreite * Sensorpixel/Bildschirmpixel * Brennweite


Was ich meinte war, dass der errechnete Abstand der Abstand vom Brennpunkt ist. Wo der aber genau liegt ist doch in der Regel nicht bekannt? (Oder doch?) Für eine Lochkamera würde es aber auf jeden Fall funktionieren.
Ja richtig, so gesehen setze ich einen sphärischen Bildschirm an. Der Abstand zu den äußeren Pixel wird natürlich größer, und somit werden die auch kleiner. Dennoch spielt sich das meiste ja im mittleren Gesichtsfeld ab, von daher nicht so tragisch.
Deine Formel sieht auch interessant aus, damit bekomme ich 3cm weniger Abstand. Ich bin da ehrlich gesagt auch etwas anders ran gegangen, was am Ende wohl zu dieser Formel geführt hat :-)
Der Abstand bezieht sich auf den Abstand zu einem Objektiv, dass nur aus einer Linse besteht. Das ist natürlich nicht so, darum habe ich in der Zeichnung so in etwa die Mitte des Objektivs als Bezugspunkt genommen. Wie gesagt, auf ein paar cm kommt es hier auch nicht an.
 
Zuletzt bearbeitet:
Ich glaube auch nicht dass der AF-Sensor damit ein Problem hat, sonst würde er ja auch nicht vernünftig bei Polfiltern funktionieren.


Naja, es ist aber eben schon so, daß durch einen normalen Polfilter der AF-Senso beinträchtigt werden kann. Deswegen sollte man für digitale Kameras nur zirkuläre Polfilter kaufen, die hinter dem Polfilter noch eine lambda/4 Schicht haben, mit der das gefilterte Licht quasi wieder "verwirbelt" wird.

Du wirst im Forum viele Hinweise dazu finden, wenn Du die Suche anwirfst. :)
 
Moin,
Allerdings denke ich, dass der Fokustest nicht 100%ig praxisnah ist
das sind wahrscheinlich die wenigsten Testcharts. Ich habe mir das Abfotografieren irgendwelcher Testcharts längst abgewöhnt. Sollte der Verdacht bestehen, findet man auch draußen ausreichend praxisnahe Gelegenheiten.

[Ob] es sich um einen Front- oder Backfokus handelt lässt sich rausfinden indem man den Fokus speichert und dann die Kamera ein wenig nach vorne und nach hinten verschiebt.
An der Stelle hakt Dein Setup IMO etwas. Spannend ist ja gerade die quantitative Beurteilung der Sache (auch ein AF ist nur Technik, die im Rahmen festgelegter Parameter/Toleranzen arbeitet). Wenn ich dazu sinnvollerweise erst einen Einstellschlitten anschaffen muß, nehme ich doch lieber die praxisnahe Variante.
 
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