Ein paar Fragen zum lp/mm Test

[Neurocreampie]

Insbesondere für Altglas wird öfters das Auflösevermögen in lp/mm (Linienpaaren pro Millimeter) angegeben.

Nun habe ich ein paar Fragen dazu:

-Gibt oder gab es eigentlich eine ISO-Norm etc. wie das gemessen werden soll? Ansonsten wären die Werte ja sehr stark vom Kontrast abhängig und nicht unbedingt vergleichbar, wenn nicht mit exakt dem selben Setup ausgeführt. Oder?

-Wo sind eigentlich die Grenzen der Diffraktion bzw. wie rechnet man diese aus? Wie viel lp/mm kann ein Objektiv bei F5.6 oder bei F4 oder ... überhaupt theoretisch schaffen?

-Wie viel Megapixel bräuchte man theoretisch um diese lp/mm völlig aufzulösen? Bzw. wie hochauflösend müsste ein Sensor sein um "perfektes" Objektiv bei z.B. F4 oder F5.6 voll ausreizen zu können?
Ich meine mal sowas gelesen zu haben, dass man für Objektive wie das Zeiss ZM Biogon 25/2.8 (das hat wohl 400 lp/mm) einen über 80 Megapixel auflösenden FF-Sensor bräuchte. Stimmt das? Wie kommt man auf 80 Megapixel?

-Bei verschiedenen älteren Objektiven für technische Zwecke (vor allem sowas wie Großformat-Reproobjektiven) habe ich außergewöhnliche lp/mm Werte gesehen, die mir völlig unglaubwürdig vorkamen im Vergleich zu den lp/mm Werten die mir bekannte Foto-Objektive haben. So z.B. soll Schneiderodenstock KopierobjektivsowiesoXY 350mm F12 ganze 160lp/mm schaffen, während ein mir bekanntes knackscharfes 50er abgeblendet auf F5.6 nur 60lp/mm schaffen soll etc.. Ich hätte gedacht, dass sowas diffraktionstechnisch nichtmal möglich wäre.
Nun die Frage - kann es sein, dass für technische Kopierobjektive mit besonderen (künstlichen, extremen) Kontrastbedinungen gemessen wird oder so ähnlich? Oder wie sind diese Diskrepanzen zu verstehen?

 

[01af]

Re: Ein paar Fragen zum Auflösungsvermögen

Insbesondere für Altglas wird öfters das Auflösevermögen in lp/mm (Linienpaaren pro Millimeter) angegeben.

Nein.

Gibt oder gab es eigentlich eine ISO-Norm etc., wie das gemessen werden soll?

Nein.

Ansonsten wären die Werte ja sehr stark vom Kontrast abhängig und nicht unbedingt vergleichbar, wenn nicht mit exakt dem selben Aufbau ausgeführt.

So ist es.

Wo sind eigentlich die Grenzen der Diffraktion bzw. wie rechnet man diese aus?

Das kannst du in einem Physikbuch deiner Wahl oder bei Wikipedia nachschlagen.

Wie viel Megapixel bräuchte man theoretisch, um diese lp/mm völlig aufzulösen?

Unendlich viele.

Ich meine mal sowas gelesen zu haben, daß man für Objektive wie das Zeiss Biogon 1:2,8/25 mm ZM [...] einen über 80 Megapixel auflösenden FF-Sensor bräuchte. Stimmt das? Wie kommt man auf 80 Megapixel?

Indem man frei von Sachkunde irgend einen Blödsinn ausrechnet.

Bei verschiedenen älteren Objektiven für technische Zwecke (vor allem sowas wie Großformat-Reproobjektiven) habe ich außergewöhnliche lp/mm-Werte gesehen, die mir völlig unglaubwürdig vorkamen im Vergleich zu den lp/mm-Werten, die mir bekannte Foto-Objektive haben.

Es gibt keine lp/mm-Werte. Solche Angaben sind für sich genommen kompletter Blödsinn.

 

[zoz]

Insbesondere für Altglas wird öfters das Auflösevermögen in lp/mm (Linienpaaren pro Millimeter) angegeben.

Nun habe ich ein paar Fragen dazu:

-Gibt oder gab es eigentlich eine ISO-Norm etc. wie das gemessen werden soll? Ansonsten wären die Werte ja sehr stark vom Kontrast abhängig und nicht unbedingt vergleichbar, wenn nicht mit exakt dem selben Setup ausgeführt. Oder?

Bei Objektiven wird idR die MTF angegeben.
In dieser wird der Kontrast in Abhängigkeit der Ortsfrequenz (lp/mm) für einen bestimmten Punkt des Bildfeldes, oder meist der Kontrast über das Bildfeld für einen oder mehrere bestimmte Ortsfrequenzen angegeben. Deshalb steckt der Kontrast da auch schon drin.

 

[Berlin]

AW: Re: Ein paar Fragen zum Auflösungsvermögen

Zitat von Neurocreampie:
"Wie viel Megapixel bräuchte man theoretisch, um diese lp/mm völlig aufzulösen?"

Unendlich viele.

http://de.wikipedia.org/wiki/Nyquist-Shannon-Abtasttheorem

 

[Berlin]

Bei Objektiven wird idR die MTF angegeben.
In dieser wird der Kontrast in Abhängigkeit der Ortsfrequenz (lp/mm) für einen bestimmten Punkt des Bildfeldes, oder meist der Kontrast über das Bildfeld für einen oder mehrere bestimmte Ortsfrequenzen angegeben. Deshalb steckt der Kontrast da auch schon drin.

Ja der Kontrast bei tiefen Frequenzen wird als 1 oder 100% angenommen.

 

[01af]

Re: Ein paar Fragen zum Auflösungsvermögen

http://de.wikipedia.org/wiki/Nyquist-Shannon-Abtasttheorem

Wenn du das Abtasttheorem verstanden hättest, so würdest du es hier nicht erwähnen.

 

[zoz]

Ja der Kontrast bei tiefen Frequenzen wird als 1 oder 100% angenommen.

Der Kontrast wird für alle Frequenzen mit 100% gesetzt aber die Objektive schaffen nur bei geringen Frequenzen diesen auch zu "übertragen".

 

[Berlin]

AW: Re: Ein paar Fragen zum Auflösungsvermögen

Wenn du das Abtasttheorem verstanden hättest, so würdest du es hier nicht erwähnen.

Ich weiß: bandbegrenzt
Aber wenn ich mir die mtf-Kurven ansehe, geht es nach 50% ganz schnell
runter, nach der doppelten 50% Frequenz ist praktisch Schluss. Also nicht
unendlich, sondern irgendwo bei der doppelten bis 4-fachen Frequenz.
Wenn nicht gehört ein passendes Filter dazu.

 

[01af]

Re: Ein paar Fragen zum Auflösungsvermögen

Aber wenn ich mir die MTF-Kurven ansehe, geht es nach 50 % ganz schnell abwärts, nach der doppelten 50-%-Frequenz ist praktisch Schluß. Also nicht unendlich, sondern irgendwo bei der doppelten bis 4fachen Frequenz.

Das war aber nicht die Frage.

Natürlich existiert eine Obergrenze für eine praktisch sinnvoll nutzbare Sensoraufösung. Diese ergibt sich erstens daraus, daß man das vom Objektiv zur Verfügung gestellte Maximum ohnehin nie erreichen (weil man dafür eine unendlich hohe Sensorauflösung bräuchte), sondern nur approximieren kann und irgendwann der Unterschied zwischen Approximation und Maximum verschwindend klein wird – und zweitens aus allerlei technisch-physikalischen Nebenbedingungen, die dazu führen, daß man Photodioden nicht beliebig klein bauen kann.

Die Frage war aber ganz grundsätzlich, wie man aus einer (nichtexistierenden) Grenzauflösung eines Objektives die mindestens erforderliche Auflösung für den Sensor berechnen könne, so daß die Objektivauflösung vollständig aufgefangen werde. Na, und so eine Mindest-Auflösung existiert eben nicht. Stattdessen gilt: Je höher der Sensor auflöst, desto besser. Ganz einfach.

 

[zoz]

AW: Re: Ein paar Fragen zum Auflösungsvermögen

Die Frage war aber ganz grundsätzlich, wie man aus einer (nichtexistierenden) Grenzauflösung eines Objektives die mindestens erforderliche Auflösung für den Sensor berechnen könne, so daß die Objektivauflösung vollständig aufgefangen werde. Na, und so eine Mindest-Auflösung existiert eben nicht. Stattdessen gilt: Je höher der Sensor auflöst, desto besser. Ganz einfach.

Natürlich gibt es eine Grenzauflösung für ein Objektiv. Die maximal mögliche Auflösung ist schon durch die Beugung begrenzt.
Für f/5,6 fällt die Polychrome MTF (FdC) bei ca. 350lp/mm auf Null

 

[01af]

Re: Ein paar Fragen zum Auflösungsvermögen

Natürlich gibt es eine Grenzauflösung für ein Objektiv.

Nein, gibt's nicht.

Für f/5,6 fällt die polychrome MTF [...] bei ca. 350 lp/mm auf null.

Ja, wenn du soo lichtschwache Objektive hast ...

Nein, im Ernst – auch wenn Objektive nicht unendlich hoch auflösen, so existiert dennoch keine Grenzauflösung ... einfach weil die Auflösung (genauer: der übertragene Kontrast bei zunehmenden Ortsfrequenzen) allmählich abfällt. Da gibt es keine klar definierte obere Grenzfrequenz, oberhalb derer sich gar nichts mehr abspielt. Deswegen hat das Abtasttheorem an dieser Stelle nichts verloren, und deswegen hat ein Objektiv auch keine "lp/mm". Stattdessen gibt's hochkomplexe MTF-Diagramme ... und selbst die können die Leistung eines Objektives niemals vollständig beschreiben.

Wollte man einen Sensor konstruieren, der so hoch auflöst, daß unter keinen Umständen ein noch höher auflösender Sensor (unter demselben Objektiv) ein noch besseres Bild liefern könnte, so landete man bei absurd hohen, technisch überhaupt nicht realisierbaren Megapixelzahlen. Überlegungen dieser Art sind also vollkommen für die Katz'.

 

[zoz]

AW: Re: Ein paar Fragen zum Auflösungsvermögen

Nein, gibt's nicht.



Ja, wenn du soo lichtschwache Objektive hast ...

Nein, im Ernst – auch wenn Objektive nicht unendlich hoch auflösen, so existiert dennoch keine Grenzauflösung ... einfach weil die Auflösung (genauer: der übertragene Kontrast bei zunehmenden Ortsfrequenzen) allmählich abfällt.

Was denn nun? Es gibt keine, oder nur für Lichtschwache Objektive gibt es eine?

Die Beugungsgrenze ist eben jene Grenze wo der Kontrast eben auf "praktisch" null fällt, aber ich sehe schon worauf Du hinaus willst Die Kurve läuft natürlich nur asymptotisch auf Null erreicht sie also nie und dass heißt man hat immer einen theoretischen Restkontrast. Praktisch muss man halt eine Grenze setzen... Ob man da 1% oder 0.1% als Limit setzt führt dabei nur zu relativ geringen unterschieden, weil der Kontrast doch sehr steil abfällt.

 

[01af]

Re: Ein paar Fragen zum Auflösungsvermögen

... und das heißt, man hat immer einen theoretischen Restkontrast.

Ganz genau.

Aber nicht nur das. Wir – oder doch zumindest einige von uns – fotografieren wenigstens hin und wieder auch einmal etwas anderes als Testtafeln oder Siemenssterne. Zum Beispiel einen Baum mit dünnen Zweiglein vor einem hellen Hintergrund. Und die Abbildung so eines einzelnen dunklen Zweiges vor einem großflächigen hellen Hintergrund sieht ganz anders aus als die eines flächigen Hell-Dunkel-Musters aus ganz vielen Linienpaaren. Selbst wenn das Testmuster nur noch als matschige graue Fläche rüberkommt und in diesem Falle eine höhere Sensorauflösung also gar nichts bringt, wird der einzelne Zweig von der Breite eines halben Linienpaares immer noch getreulich abgebildet, und die höhere Sensorauflösung macht einen deutlich sichtbaren Unterschied.

Es ist also vollkommen unsinnig, die Sensorauflösung irgendwie in Beziehung zur Objektivauflösung bringen zu wollen. Da gibt es keinen Zusammenhang. Für jedes Objektiv gilt: Je höher die Sensorauflösung, desto besser. Und umgekehrt gilt auch für jeden Sensor: Je höher die Objektivauflösung, desto besser.

 

[burkhard2]

-Gibt oder gab es eigentlich eine ISO-Norm etc. wie das gemessen werden soll? Ansonsten wären die Werte ja sehr stark vom Kontrast abhängig und nicht unbedingt vergleichbar, wenn nicht mit exakt dem selben Setup ausgeführt. Oder?

Gängig ist es, den MTF50- oder MTF10-Wert anzugeben (also den Wert, bei dem der Kontrast des Bildes 50% bzw. 10% des Originalkontrastes beträgt) – ggf. für verschiedene Stellen im Bild. (Vorsicht: viele Tests messen die MTF von Objektiv + Kamera und ggf. auch noch per Kamera-JPEG, solche Werte sind dann nicht mehr vergleichbar!)

Die Objektivhersteller veröffentlichen allerdings meist MTF-Diagramme bei festen Frequenzen.

-Wo sind eigentlich die Grenzen der Diffraktion bzw. wie rechnet man diese aus? Wie viel lp/mm kann ein Objektiv bei F5.6 oder bei F4 oder ... überhaupt theoretisch schaffen?

Der MTF50-Wert liegt bei ca. 750 lp/mm/Blendenzahl, der MTF10-Wert ist etwa doppelt so groß.

-Wie viel Megapixel bräuchte man theoretisch um diese lp/mm völlig aufzulösen?

Um ein Linienpaar aufzulösen, brauchst du theoretisch über zwei Pixel, praktisch eher mehr (Bayer-Interpolation, Tiefpasswirkung der Pixelfläche, AA-Filter, …). Wie schon geschrieben wurde, hast du damit die Linien wiedergegeben, aber nicht "völlig", sondern nur "eben so".

Nun die Frage - kann es sein, dass für technische Kopierobjektive mit besonderen (künstlichen, extremen) Kontrastbedinungen gemessen wird oder so ähnlich? Oder wie sind diese Diskrepanzen zu verstehen?

Zumindest bei Repro-Filmen wird bei der Auflösung oft mit Kontrast 1000:1 gearbeitet, könnte mir vorstellen, dass das bei den entsprechenden Objektiven auch so ist. Evtl. wird auch noch mit kürzeren Wellenlängen gerechnet als im fotografischen Bereich.

L.G.

Burkhard.