Maximale Auflösung von Objektiven

[padiej]

Hallo!

Derzeit liegen wir bei DSLR+Optik bei 80 Linien/mm - das braucht ein Pixelraster von ca. 200 Pix/mm um sie darstellen zu können.
Dieses Pixelraster findet man in der 50D, Pentax K20d oder in der Sony A350.

Die besten Objektive schaffen 300-400 Linien/mm - auf hochempfindlichen Film, im Schraubstock unter besten Bedingungen, aber in der Praxis wird verwackelt, und gar nicht so wenig.



mfg Peter

 

[designworker]

Beispiel: ein grünempfindlicher Pixel nimmt ja nicht nur grüne Farbtöne wahr, sondern auch den größten Teil der anderen Farben bis auf ein paar "blinde Flecken" (nämlich die Farbanteile, die exakt den Komplementärfarbton des Filters treffen), er weiß halt nur nicht welche Farbe sie haben, außer daß sie "nicht grün" sind.

Ich denke, die Wahrheit liegt wahrscheinlich irgendwo dazwischen, denn soweit mir eine Mitarbeiterin, die bei Nikon für die Fortbildung zuständig ist, (leider nur sehr kurz) erklärt hat, werden Farbe und Helligkeit nicht nur aus einem Pixel berechnet, sondern es werden auch Informationen aus einem Umfeld von 25 bis 30 Pixel mit in die Berechnung ein bezogen. Ich weiß weder, ob das ein Radius oder ein Durchmesser ist, noch habe ich irgendeine Ahnung was da genau passiert. Ziemlich sicher dürfe es aber wohl sein, dass sich zwischen Sensor-Aufnahme und Bildausgabe Verarbeitungsslgorithmen einmischen, von denen außerhalb der Entwicklungslabors der Kamerahersteller kein Mensch weiß was sie machen.

Beim Moiré beisst sich der Hund in den Schwanz: Das Problem, dass zwei sich überlagende Strukturen in der Abbildung ein Moiré bilden können, wird sich immer ergeben. Wird das abbildende Raster kleiner, führt halt die nächst kleiner Struktur wieder zum Moiré. Von daher gesehen ist Unschärfe wohl irgendwie auch als Segen zu sehen. Wird nämlich die Struktur einer Fläche durch Unschärfe des Objektivs weichgezeichnet, sollte wohl auch kein Morié mehr entstehen.

 

[Kalsi]

Von daher gesehen ist Unschärfe wohl irgendwie auch als Segen zu sehen. Wird nämlich die Struktur einer Fläche durch Unschärfe des Objektivs weichgezeichnet, sollte wohl auch kein Morié mehr entstehen.

Stimmt wohl, aber mir sind Moirees lieber als unscharfe Bilder. Hab damals bei meiner antiken EOS-D2000 den AA/IR-Filter entfernt und gegen einen reinen IR-Sperrfilter ersetzt (bei dieser Kamera sitzt der Filter vorne im Bajonett und kann vom User gewechselt/entfernt werden) um eine höhere Grundschärfe zu erzielen. Bei 2MP Sensorauflösung wirklich ein Gewinn. Die erhöhte Moiré-Neigung hab ich dafür gerne in Kauf genommen.

 

[designworker]

Bei 2MP Sensorauflösung wirklich ein Gewinn. Die erhöhte Moiré-Neigung hab ich dafür gerne in Kauf genommen.

Ja, bei 2 MP kann ich das gut nachvollziehen. Aber wie sieht es bei 10 oder 20 aus. Ich möchte jetzt nicht Moiré gegen Schärfe ausspielen, aber das Moire, das von Seide und ähnlich fein strukturierten Stoffen teilweise verursacht wird, ist meines Erachtens viel schlimmer, als eine dezente Unschärfe.

Bei all der Zahlenspielerei darf man doch die Betrachtung nicht vergessen. Ich hatte vor einiger Zeit Produkteinlagen im Format 60 x 45 cm mit formatfüllendem Sujets zu bearbeiten. Mir fiel dabei auf, dass die digitale Vorlagen mit 72 bis 120 ppi für den Offsetdruck eigentlich zu gering aufgelöst waren und wies meinen Auftraggeber darauf hin. Es stellte sich dann heraus, dass diese Sujets mit genau dieser Auflösung bereits produziert worden waren. Betrachtete man das Sujet mit nur 72ppi aus nächster Nähe, dann konnte man sogar die einzelnen Quadrate der Pixel ausmachen. Das war jedoch nie jemandem aufgefallen, weil man natürlich ein Bild in dieser Größe nicht aus 10 oder 15 Zentimeter Nähe betrachtet.

Dabei weiche ich jetzt aber von meiner ursprünglichen Frage ab.

padiej hat mir auf bereits eine Antwort gegeben, die etwas unter dem liegt, was ich selbst erwartet hätte. Kann diese Einschätzung jemand bestätigen? Interessant wäre natürlich ein erster Erfahrungsbericht von jemandem der tatsächlich erst von einer 8 bis 12 MP Kamera auf eine mit 15 oder 20 umgestiegen ist und ob er diesen Anstieg an Auflösung mit bestehenden Objektiven und dieser neuen Kamera in den Bildern als tatsächlichen Schärfeeindruckgewinn wiedergefunden hat.

 

[zzzip]

Nutzauflösung = 1 / ( 1 / Objektivauflösung + 1 / Filmauflösung)

Das ist so eine Regel, die mir auch immer in den Kopf kommt, wenn es um Auflösungsthemen geht. Kannst Du bitte nochmal kurz skizzieren woher sie kommt?

Wenn das Näherungsweise noch gilt, dann ergibt sich daraus auch unmittelbar, daß es keine Auflösungsgrenze im hier diskutierten Sinn gibt. Erst wenn eine der Komponenten unendlich hohe Auflösung erreichen würde, wäre das System durch die andere begrenzt, was natürlich nie passiert. Deswegen kann deutlich höhere Auflösungsfähigkeit einer Komponente schlimmstenfalls unwirtschaftlich sein, aber nie sinnlos.

 

[Stuessi]

... ein grünempfindlicher Pixel nimmt ja nicht nur grüne Farbtöne wahr, sondern auch den größten Teil der anderen Farben bis auf ein paar "blinde Flecken" (nämlich die Farbanteile, die exakt den Komplementärfarbton des Filters treffen), er weiß halt nur nicht welche Farbe sie haben, außer daß sie "nicht grün" sind.

Wieviel, das habe ich mal mit meiner Dynax 7D gemessen. Das untere Diagramm zeigt die Helligkeit im RAW-Modus (12Bit), das obere nach Wandlung mit RSE.

 

[Kalsi]

Wieviel, das habe ich mal mit meiner Dynax 7D gemessen. Das untere Diagramm zeigt die Helligkeit im RAW-Modus (12Bit), das obere nach Wandlung mit RSE.

Öhm, ja, schöne bunte Linien. Und was genau heißt das jetzt?

Sorry, bin kein Inschinör, bin Praktiker.

 

[Mi67]

Andersherum dürfte es aber doch auch nicht besonders dumm sein, an z.B. einem 6MP-Sensor Objektive zu verwenden, die weit höher auflösen. So holt man wenigstens das maximal mögliche aus dem Sensor heraus, oder irre ich mich in dem Punkt?

Wenn dies das ausgesprochene Ziel sein sollte, dann: ja.

Ein besseres Objektiv schöpft einen gegebenen Sensor besser aus (cave: Aliasingartefakte bei *zu* guter Optik).
... oder umgekehrt:
Ein besserer Sensor schöpft gegebene Objektiven besser aus.

Was sollte nun wünschenswerter sein?

Ob ich nun 12 mittelprächtig scharfe Pixel habe, die ich durch Herunterrechnen und Nachschärfen ausnutzen kann, oder ob ich von Anfang an scharfe 6 MP habe, die dafür vielleicht eher mal ein alasing (Jagging, Moirée) erzeugen mögen, ist in den meisten Fällen hinlänglich egal.

 

[Kalsi]

Was sollte nun wünschenswerter sein?

Ob ich nun 12 mittelprächtig scharfe Pixel habe, die ich durch Herunterrechnen und Nachschärfen ausnutzen kann, oder ob ich von Anfang an scharfe 6 MP habe, die dafür vielleicht eher mal ein alasing (Jagging, Moirée) erzeugen mögen, ist in den meisten Fällen hinlänglich egal.

Nunja, mich würde es alleine vom Gefühl her sehr frustrieren, wenn ich wüßte, daß ich meine tolle hochauflösende Kamera nicht richtig ausnutzen kann, weil die Objektive es einfach "nicht bringen". Da ist es mir andersherum lieber.

 

[Gast_54482]

und wem das an verwirrung noch nicht reicht, kann gerne noch tiefenschärfe, blendenöffnung und den daraus resultierenden zerstreuungskreis in die rechnung mit einbeziehen.

Falls sich dies auf meinen Beitrag bezogen hat - dieser diente eigentlich dazu, etwas Systematik in die Diskussion über Auflösungen zu bringen und die Verwirrung durch eine Reihe von Annahmen und Vereinfachungen zu reduzieren. Was verwirrt dich persönlich? Evtl. ist ja ein Fehler in meinem Beitrag, dem du auf die Spur gekommen bist.

Wenn das Bild des Spalts zwischen den Türen auf mindestens 1 Pixel fallen soll benötigt man mindestens 3 Pixel / Spaltbildbreite, bei einem Bayersensor ca. 5 Pixel / Spaltbildbreite.
Für das 4m lange Auto benötigt man
Gesamtbild/Spaltbreite * 5 Pixel = 4m/0,01m * 5 Pixel
Pixelzahl für Auto in Längsrichtung mindestens 2000 Pixel

Der (schwarze) Spalt an einem (weißen) Auto wäre eine "Halbwelle". Bei 0,01 m Breite beträgt die Ortsfrequenz 1/(2*0,01) 1/m. Diese Frequenz wird als Auflösung des Objektivs gebraucht und das Doppelte davon zum Abtasten. Oversampling ist sicherlich nicht schlecht, aber auch ohne lassen sich Signale ganz gut verarbeiten. ;-)

Du hast Recht, indem du ein "Derating" für das Bayer-Pattern einführst. Ich habe es bei meinen Betrachtungen bewußt weggelassen. Zum einen, weil es die Sache unnötig verkomplizieren würde, zum anderen, weil ich mir über die Menge nicht sicher bin.

Die Aussage, daß man 2000 Pixel horizontale Auflösung braucht, um bei einem formatfüllenden Auto die Spalte als 1 Pixel zu erkennen, ist IMHO nicht korrekt. Das würde bedeuten, daß man auf den z.T. deutlich kleineren Bildern auf den Homepages der Hersteller u.ä. keine Spalte sehen könnte. Einfach ein Bild mit 2000 Pixel für das ganze (idealerweise weiße) Auto machen. Auf korrekte Fokussierung achten und Verwackeln vermeiden. Danach das Bild sukzessive Verkleinern und überprüfen, was vom ursprünglichen Kontrast übrig bleibt. Man sollte nahe der Werte aus meinem vorherigen Beitrag landen.

 

[designworker]

Ein besseres Objektiv schöpft einen gegebenen Sensor besser aus (cave: Aliasingartefakte bei *zu* guter Optik).
... oder umgekehrt:
Ein besserer Sensor schöpft gegebene Objektiven besser aus.

Was sollte nun wünschenswerter sein?

Mein zugegebenermaßen recht laienhaftes Vorstellungsverögen von Kameratechnik und Optik würde davon ausgehen, dass sich die Auflösungen von Sensoren bedeutend schneller entwickelt hat, als das Auflösungsvermögen von Objektiven. Ansonsten wäre ja die Qualität von SLR-Systemen von Analog noch Mitte der 1990er grottenschlecht gewesen.

Bitte bei der Debatte über das technisch, optisch und physikalisch Machbare zu berücksichtigen, dass wir von Systemlameras sprechen, die mit einem Budget von 10.000 Euro schon sehr fett angelegt sind und weder die Ansprüche noch der Einsatz jenem entsprechen, der in der MF vielleich angebracht ist, wo man beim Preis eines SLR-Systems noch nicht einmal von einem Body treumen darf.

 

[zzzip]

Falls sich dies auf meinen Beitrag bezogen hat - dieser diente eigentlich dazu, etwas Systematik in die Diskussion über Auflösungen zu bringen und die Verwirrung durch eine Reihe von Annahmen und Vereinfachungen zu reduzieren.

Na ja, ich finde Deine Vereinfachung und Annahmen reichlich praxisfremd, z.B.

* Die Kontrastübertragungsfunktion (MTF) aller Bestandteile ist, bis auf die Flanken, konstant.
...
* Das optische System im Objektiv hat eine Tiefpaß-Charakteristik. Der Kontrast läßt bei kleineren Strukturen immer mehr nach.

Ebenso die Annahme, Pixel ~ Lp/mm, was die Bildverarbeitung völlig ignoriert, selbst für einen S/W Sensor ohne Bayer-Maske.

Für die praktische Nutzung würde mich nur die Winkelauflösung meines Objektivs über die Blende interessieren.

 

[Mi67]

Nunja, mich würde es alleine vom Gefühl her sehr frustrieren, wenn ich wüßte, daß ich meine tolle hochauflösende Kamera nicht richtig ausnutzen kann, weil die Objektive es einfach "nicht bringen". Da ist es mir andersherum lieber.

Siehste, in diesem Punkt sind wir anders strukturiert. Mir ist es unterm Strich egal, was wie sehr limitiert. Ein 3 MP-Bild kann bei entsprechendem Auge und entsprechender Fotografietechnik inhaltlich so weit oberhalb eines nichtssagenden 24 MP-Bildes liegen, dass es eigentlich müssig ist, sich über die Pixel Gedanken zu machen. Wenn dann doch mal die technische Qualität auch mitentscheidend für eine positive Bildwirkung sein sollte, dann ist mir immer noch der Datailaspekt "Optik- versus Sensorlimitation" relativ schnuppe. Nur wenn es an die Planung von Neuanschaffungen geht, würde ich mir solche Gedanken machen. Ein frustriertes Gefühl wegen weniger guter Optiken herumzuschleppen, ist eigentlich nicht Sinn der Sache.

Dies sage ich als jemand, der durchaus als Festbrennweiten-Liebhaber auf eine gewisse technische Quali äugt. Gleichwohl muss ich nüchtern erkennen, dass ich, wenn nur mit einem einzigen 24-105er "Halbsuppenzoom" unterwegs bin, die besten Ergebnisse bekomme, wenn ich mich schlicht aufs Bildermachen konzentriere. Die volle Fototasche mit dem jeweils "noch besseren Objektiv" lenkt manchmal durchaus vom Wesentlichen ab, nämlich Blick, Gestaltungswille und -fähigkeit.

Um den Bogen zurück zu schlagen: in der hoch auflösenden Landschaftsfotografie ist mir persönlich ein weich in die Kontrastminderung bzw. Unschärfe abgleitendes Naturfoto immer noch lieber, als ein hart durchgeschärftes Machwerk.

 

[Kalsi]

Gleichwohl muss ich nüchtern erkennen, dass ich, wenn nur mit einem einzigen 24-105er "Halbsuppenzoom" unterwegs bin, die besten Ergebnisse bekomme, wenn ich mich schlicht aufs Bildermachen konzentriere.

Da gehe ich soweit mit Dir konform, außer: bei mir läuft es am besten wenn ich mit nur einer einzigen Festbrennweite losziehe (bei mir meist das 2.0/35) - dann werd ich nichtmal durch die Möglichkeit des Zoomens abgelenkt und hab obendrein noch das gute Gefühl ein Objektiv draufzuhaben, das meinen (6MP-)Sensor sicher völlig ausreichend "bedienen" kann.

Hab mit Zooms immer das Problem, daß ich mich nie entscheiden kann ob ich nicht doch noch ein Stück in die eine oder andere Richtung zoomen soll und bis ich mich entschieden hab ist das Motiv meist schon weg. Bin einfach nicht so der Zoom-Typ.

 

[Mi67]

Mein zugegebenermaßen recht laienhaftes Vorstellungsverögen von Kameratechnik und Optik würde davon ausgehen, dass sich die Auflösungen von Sensoren bedeutend schneller entwickelt hat, als das Auflösungsvermögen von Objektiven.

In dieser Annahme liegst Du völlig richtig, denn die noch junge digitale Bildaufzeichnung hat zwar zunächst die Auflösung von Film weit verfehlt, dafür aber die Kontrastübertragung auf ein deutlich höheres Niveau gehoben - ganz besonders auch bei hohen ISO-Werten. Jetzt, wo die Auflösung langsam ebenfalls nachzieht, die Schwächen von Optiken anzuprangern, ist aber IMO nicht wirklich zielführend. Jeder, der Optik ernsthaft überdenkt, weiss, dass Optik die "Lehre von den Kompromissen" ist. Umgekehrt: von der Kontraststeigerung bei digitaler Abtastung kann jeder profitieren - selbst dann, wenn die Optik mal nicht den allerhöchsten Ansprrüchen genügen sollte.

Bitte bei der Debatte über das technisch, optisch und physikalisch Machbare zu berücksichtigen, dass wir von Systemlameras sprechen, die mit einem Budget von 10.000 Euro schon sehr fett angelegt sind und weder die Ansprüche noch der Einsatz jenem entsprechen, der in der MF vielleich angebracht ist, wo man beim Preis eines SLR-Systems noch nicht einmal von einem Body treumen darf.

Ich hoffe, diese Zeilen richtig verstanden zu haben, wenn ich ableite, dass Du keine MF-Ansprüche an das digitale KB-Format stellen möchtest. Wenn dem so ist, dann sind auch die KB-Optiken in der Regel nicht wirklich extrem schlecht. Da aber sehr wohl ein gewisser Format-shift erkennbar ist, wenn analoge KB-Fotografen nun auf 1,5-2-fach Crop umstellen und analoge MF-Fotografen nun evtl. digitale 35 mm-Sensoren nutzen, bin ich mir nicht ganz sicher, ob diese Annahme so stimmt. Bez. Preisklasse: Analoges MF war in Sachen Investivkosten in etwa mit digitalem KB-Format vergleichbar. Gerade diese Kostenaspekte haben so manchen analogen MF-Fotografen ins (noch bezahlbare) digitale KB-Lager getrieben.

 

[Mi67]

... bei mir läuft es am besten wenn ich mit nur einer einzigen Festbrennweite losziehe (bei mir meist das 2.0/35) - dann werd ich nichtmal durch die Möglichkeit des Zoomens abgelenkt ...

Diese Aussage weckt in mir mal wieder Lust auf 35/1.4 ...

Ganz ehrlich: mein Beispiel des 24-105ers ist nicht als "gemeingültiges Optimum" gemeint, sondern es spiegelt lediglich meine persönliche Situation wieder, da in Festbrennern bei mir derzeit nur 20 und 50 mm zur Verfügung stehen. Ein 35er (f/1.4? ) fehlt mir noch ...

 

[Kalsi]

Diese Aussage weckt in mir mal wieder Lust auf 35/1.4 ...

Ein 1.4/35 gibt's bei Pentax leider nicht - könnte ich aber ohnehin nicht bezahlen. Dafür ist das 2.0/35 wirklich exquisit, nicht mit dem Canon vergleichbar (das hatte ich auch schonmal)

 

[kyomu]

Mein zugegebenermaßen recht laienhaftes Vorstellungsverögen von Kameratechnik und Optik würde davon ausgehen, dass sich die Auflösungen von Sensoren bedeutend schneller entwickelt hat, als das Auflösungsvermögen von Objektiven. Ansonsten wäre ja die Qualität von SLR-Systemen von Analog noch Mitte der 1990er grottenschlecht gewesen.

Bitte bei der Debatte über das technisch, optisch und physikalisch Machbare zu berücksichtigen, dass wir von Systemlameras sprechen, die mit einem Budget von 10.000 Euro schon sehr fett angelegt sind und weder die Ansprüche noch der Einsatz jenem entsprechen, der in der MF vielleich angebracht ist, wo man beim Preis eines SLR-Systems noch nicht einmal von einem Body treumen darf.

Nunja die Entwicklung der Sensoren war ja bisher eher an die rasante Entwicklung der Halbleiterelektronik gekoppelt und nicht durch optische und physikalische Grenzen beschraenkt. Jetz erleben wir gerade wie sich die Sensortechnik diesen Grenzen annaehert und schon geht das Weinen los "im WW sind die Ecken unschraf" oder "wozu brauch ich 21MP wenn mein Objektive das nicht bringen" ... Klassiker sind auch: "das braucht doch kein Mensch" und "Pixelwahn"...
Ich sehe das etwas anders. Fuer mich ist ein Objektiv erst dann wirklich ausgereizt wenn bei steigender Sensoraufloesung selbst unter optimalen Aufnahmebedingungen an keiner Stelle im Bild mehr Details sichtbar werden.
Und ich wage zu bezweifeln das die Grenze nach meiner Definition irgendwo bei unter 100MP liegt nichtmal bei APSC, bei FF wohl eher richtung 200MP.
Demnach waeren nichtmal die billigsten Kit-Scherben mit den aktuellen Sensoren ueberfordert auch wenn sie schon hier und dort deutliche Schwaechen zeigen.

Nun was bedeutet das fuer uns? Mehr Pixel bringen grundsaetzlich immer potentiell mehr Aufloesung aber der Arbeitsbereich des Objektivs bei dem dieser Aufloesungsvorteil zur Geltung kommt wird immer kleiner. Das ist letztlich eine individuelle Abwaegung wieviel Aufloesung man bereit ist zu zahlen, oder wieviel man ueberhaupt braucht. Oder ob nicht vielleicht andere Aspekte wichtiger sind? Da waere zB. das Rauschen und die Dynamik die man nie ausser Acht lassen darf, sonst landen wir schnell auf Kompaktknipsenniveau. Es ist nunmal unumstoessliches Naturgesetz das kleinere Pixel weniger licht bekommen und sich dadurch das Signalrauschverhaeltnis und die Dynamik verschlechtert. Das muss auch jeder fuer sich ausmachen wo da sein persoenlicher "Sweet Spot" liegt.
Ich bin im uebrigen der Meinung das die Hersteller dazu uebergehen sollten jedes Kameramodell mit verschiedenen Sensoren oder zumindest in jedem Preissegment besser spezialisierte Kameras anzubieten. Jemand der hohe Aufloesung will sollte in jeder Preisklasse ein Modell finden und ganauso fuer Serienbildgeschwindigkeit, AL - High ISO & Dynamik ect.

 

[zzzip]

Dafür ist das 2.0/35 wirklich exquisit, ...

Wenn man nicht gerade mit dem FA 1:1.8 31mm unterwegs ist

 

[Gast_54482]

Na ja, ich finde Deine Vereinfachung und Annahmen reichlich praxisfremd, z.B.

Wieso ist die Annahme, daß die MTF von Objektiven einen Tiefpaß-Charakter hat, praxisfremd? Die Unmengen von Siemens-Sternen u.a. Test-Strukturen zeigen genau das. Oder nimmt der Kontrast bei feiner werdenden Strukturen bei gleicher Blende etwa zu?

Was die Schwankungen der MTF bis zu einer bestimmten Grenzfrequenz (definiert z.B. bei 50 % der maximalen MTF) angeht - sie fallen deutlich geringer aus als der Abfall jener bei der Grenzfrequenz. Was spricht also gegen die obige Näherung?

Ebenso die Annahme, Pixel ~ Lp/mm, was die Bildverarbeitung völlig ignoriert, selbst für einen S/W Sensor ohne Bayer-Maske.

Du meinst sicherlich die folgenden Aussagen.

Das Objektiv sollte 800 / 36 mm = 22 lp/mm auflösen.
Das Objektiv sollte hier 4000 / 36 mm = 111 lp/mm vernünftig auflösen.

Diese sind in der Tat falsch, aber ich habe ja gewarnt. ;-) Es sollte natürlich 22 Pixel/mm und 111 Pixel/mm bzw. 11 lp/mm und 56 lp/mm heißen!