hier etwas rund um das Thema Schärfentiefe, nicht das schärfen durch EBV.
Anlass war unter anderem ein Kommentar unter einem meiner Bilder. Weiterhin der neue Adapter mit dem ich die Canon Objektive an der Oly OMD-1 nutzen kann.
Im Vordergrund steht ein allgemeines Verständnis rund um dieses Thema. Deshalb werde ich nicht so sehr in die einzelnen Details eingehen und somit auch einiges stark vereinfachen. Wer tiefer einsteigen möchte, kann mit den Quellen loslegen, entsprechende Fachliteratur lesen oder auch hier im Forum stöbern.
Die Schärfe bzw. die Unschärfe ist ein häufig genutztes gestalterisches Mittel der Bildgestaltung. Das Stichwort hier ist die Freistellung. Der Betrachter soll gezielt auf das Hauptmotiv seine Blicke wenden. Neben der Freistellung durch Unschärfe gibt es weite Möglichkeiten freizustellen, z.B. durch Kontraste oder Farben.
Schärfentiefe
Heißt es jetzt Schärfentiefe oder Tiefenschärfe?
Zu diesem Thema lässt sich trefflich streiten. Es kann von verschiedenen Seiten beleuchtet werden. Wer mehr wissen möchte kann sich bei den Quellen unten einlesen und seine eigene Meinung bilden. Ich habe mich für diesen Beitrag für das Wort Schärfentiefe entschieden.
Was ist Schärfe? In scharfen Bereichen im Bild lassen sich einzelne Details erkennen, die klar voneinander abgetrennt sind.
Ganz streng genommen gibt es eigentlich keine Schärfentiefe, nur eine Schärfenebene. Auf dieser Ebene liegt der Fokus. Wenn das so ist, kann ich ja jetzt aufhören. Oder doch nicht? Gibt es noch weitere Randbedingungen?
Dazu dient Skizze 1a. Wir fokussieren mit unserem Objektiv auf einen bestimmten Punkt auf unserem Motiv (grün). Wenn wir uns die Strahlen (grüne Linien) ansehen, gehen diese vom Motiv zur Linse, werden dort gebrochen und fallen auf genau in einem Punkt auf den Sensor. Steht ein Gegenstand (orange) vor der Fokusebene so liegt dessen Brennpunkt hinter dem Sensor. Die Strahlen treffen sich erst hinter dem Sensor, somit wird auf dem Sensor ein Bereich belichtet, der zwischen den beiden Strahlen liegt. Ähnlich sieht es mit dem Strahlenverlauf des Motives aus, das hinter der Fokusebene liegt (blau). Hier treffen sich die die Strahlen vor dem Sensor und da das Licht nicht schlagartig aufhört zu existierten, gehen die Strahlen weiter und belichten den Teil des Sensors, der wiederum zwischen den beiden Strahlen liegt.
Sehen wir uns die Skizze 1b an. Dort sind die belichte Flächen auf dem Sensor aufgezeigt. Die Belichtung des orangenen Strahlenbündels führt zu dem orangen Kreis. Im Vergleich zu den anderen ist er der Größte, weil er am weitesten von der Fokusebene entfernt ist. Der blaue Kreis hat einen mittleren Durchmesser und der grüne ist eigentlich ein kleiner Punkt. Diese Kreise werden Unschärfekreise oder auch Zerstreuungskreise genannt.
Letztendlich wird das Bild angefangen von der Fokusebene mit zunehmendem Abstand von dieser immer unschärfer (Skizze 2).
Als Simulation wurde das Bild ausgehend von der Basis des Dreiecks zur Spitze in PS immer stärker weichgezeichnet.
Da unser Auge nur ein endliches Auflösungsvermögen hat, werden Zerstreuungskreise bis zu einer bestimmten Größe noch als scharf erkannt, bzw. noch als scharf toleriert. Toleranz ist immer gut
. Diese Grenze wird auch als maximal tolerierbare Zerstreuungskreisdurchmesser (Z) bezeichnet. Im Allgemeinen wird diese Grenze als den 1500 Teil der Sensordiagonalen angenommen. Diese Rechnung stammt noch aus der analogen Zeit (KB-Film und eine Vergrößerung von 15x10 cm) . Damit ergibt sich jede Sensorgröße ein anderer Wert. Hier ein paar Beispiele: KB = 0,03 mm, APS C= 0,019 mm, MFT= 0,014. Jetzt haben wir alle Zutaten für die Physiker zusammen, damit diese rechen können. Das wären: Der Abstand zur Fokusebene (Gegenstandsweite), die Brennweite, der maximal tolerierbare Zerstreuungskreisdurchmesser (Z) und die Blende (aus Vereinfachung nicht in der Skizze). Mit diesen Werten lässt sich der noch tolerierte Nah (NP)- und Fernpunkt (FP) errechnen (Skizze 3). Die Differenz aus beiden Werten ergibt die Schärfentiefe, der Bereich, der noch eine akzeptable Schärfe aufweist.
Es gibt für Berechnungen zahlreiche Apps (eng. Depth of Field = Dof)) oder Internetprogramme. Die Unterschiede liegen in der Bedienbarkeit und in der Anzahl der variablen Eingaben. Variable Eingabe ist das Stichwort. Bei einigen lässt sich Z direkt eingeben. Z = maximal tolerierbare Zerstreuungskreisdurchmesser, hier steckt das Wort Toleranz im Ausdruck. Wie im wahren Leben, ist die Toleranz in verschiedenen Situationen unterschiedlich ausgeprägt. Je nachdem was mit der Aufnahme gemacht werden soll z.B größere Vergrößerung (Ausdruck oder Crop) oder es soll in der 100% Ansicht noch scharf sein, müssen kleinere Werte als die eben angebenden Werte gewählt werden. Werden kleinere Werte gewählt sinkt die Schärfentiefe.
Ich weiß es nur von Olympus, dort gibt es bei 60 mm Makro im Downloadbereich eine Tabelle der Schärfentiefe für dieses Objektiv.
Einige Male habe ich die Berechnungen bei meinen Aufnahmen (Beispiel weiter unten) schon verwendet. Dabei bin meist recht konservativ mit den berechneten Werten vorgegangen.
Wie sieht es jetzt mit der Verteilung der beiden Bereiche, Fokusebene bis zum Nahpunkt und Fokusebene bis zum Fernpunkt aus?
Wie verteilen dieses sich, symmetrisch oder asymmetrisch? Das lässt sich nicht so einfach beantworten. Je nach dem was gemacht wird. Dazu das Diagramm 1. Hier wurden mit Hilfe des Schärfenrechners (Erik-Krause) der NP (dunkel Orange) und der FP (hell Orange) für 60 mm Objektiv am MFT Sensor, Blende 5,6, Z = 0,014 mm für verschiedene Entfernungen der Fokusebene (Rot) berechnet. Alles zwischen den orangen Linien weißt eine tolerable Schärfe auf. Mit zunehmendem Abstand zum fokussierten Motiv nimmt die Steigung für den FP stärken zu, als dass das bei dem NP der Fall ist.
Als Faustformel: Im Nahbereich, damit auch im Makrobereich, liegt die Fokusebene in der Mitte (symmetrisch verteilt), im Fernbereich ist der Bereich der tolerablen Schärfe hinter der der Fokusebene wesentlich größer als der Bereich vor der Fokusebene (stark asymmetrisch).
Ein weiterer starker Einfluss auf die Größe der Schärfentiefe und deren Verteilung um die Fokusebene hat die Brennweite der Objektive. Dazu dient Diagramm 2. Hier wurden wieder mit dem Programm die Größe der tolerablen Schärfebereiche vor und hinter der Fokusebene berechnet. Dabei wurde Blende 8, Entfernung 1 m, Z = 0,014mm als Randparameter verwende. Die Werte für die Schärfeeben sind in mm. Bei 60 mm ist die Schärfetiefe mit 10 mm sehr klein. Hier sind es jeweils 5 mm vor und 5 mm hinter der Fokusebene (symmetrische Verteilung). Mit weiter Verkürzung der Brennweite nimmt die Schärfentiefe stark zu und die Verteilung wird immer asymmetrischer.
Für den Einfluss der Blende und für Z habe ich keine Berechnungen gemacht. Wie ihr alle aus Erfahrungen wisst, nimmt die Schärfetiefe bei kleiner Blende (größerer Blendenzahl) weiter zu. Wird Z verkleinert so nimmt die Schärfentiefe ebenfalls ab.
Anwendung
Was machen wir jetzt mit den Erkenntnissen?
Zuerst mal die Frage klären ob ein kleiner ABM, also größere Entfernung zum Motiv, den HG mehr oder weniger auflöst.
Dazu habe mit alten Legosteine von unserem Dachboden mir ein Model gebaut. Es sollte in etwa die Größe eines Schneeglöckchens haben, diese sind so ca. 14 bis 18 cm hoch. Im Bild sind das die roten und weißen Bausteine. Zudem wollte ich die Wirkung meiner Makroobjektive an einem Bild sehen. Damit der rot-weiße Turm (ca. 15 cm hoch) nicht bei großem ABM formatfüllt ist, wurden unten und oben noch Steine angefügt. Diese Grenzen brauchte ich um bei den verschiedenen Brennweiten annähert gleiche ABM zu bekommen. Als Hintergrund habe einen Siemensstern und einen farbigen Siemensstern im Abstand von 70 cm aufgehängt. Zudem wurde noch ein Metermaß schräg aufgestellt. Die Aufnahmen waren alle Indoor vom Stativ mit Blende 2,8 aufgenommen. Als Lichtquelle diente die Deckenlampe im Flur, die sich nicht ganz über dem Modell befand. Die Aufnahmen wurden mit einem 180 mm Makro von Sigma, einem 100 mm Makro von Canon und einem 60 mm von Olympus durchgeführt. Dabei wurden jeweils 1 Aufnahme bei verschiedenen ABM aufgenommen. Fokussiert wurde von Hand mit der Lupe auf den die Ecke des oberen roten Legos. Die Abstände von Kamera zum Motiv sind neben den Bildern angeben (Ungefähre Angaben).
Bei allen Bildern ist die Größe des Ausschnitts gleich (gleich große Maske in PS)
Ergebnisse
180 mm an einer MFT braucht viel Platz
. Für alle Objektive gilt, wie zu erwarten, dass ein kleinerer ABM, größere Abstände zum Motiv, den Hintergrund schärfer erscheinen lässt. Was für mich spannend war, wie wirken sich die unterschiedlichen Bildwinkel, der verschiedenen Objektive aus? Auch keine große generelle Überraschung, große Brennweiten lassen den Hintergrund näherer heranrücken. Bin gespannt, was euch noch bei den Vergleichen einfällt.Da hier das Hauptthema die Schärfentiefe und Schärfeverlauf ist, habe ich das Szenario in Skizze 3 nochmals aufgezeichnet. In 3a ist die Ausgangssituation. Die Kamera steht in deinem definierten Abstand zum Motiv. Der Fokus liegt auf dem vorderen Rand des Motivs. Dadurch ergibt sich eine Schärfentiefe, die grün eingezeichnet ist. Danach schließt sich der Bereich der zunehmenden Unschärfe an (Dreieck). In einem bestimmten Abstand zum Motiv befindet sich ein HG (Wolke). Bei 3b wird der ABM dadurch verkleinert, dass der Abstand zum Motiv vergrößert wird. Bei gleicher Blende vergrößert sich die Schärfentiefe und auch der Bereich der zunehmenden Unschärfe. Jetzt liegt der HG in einem Bereich, bei dem noch mehr Details vom HG zu erkennen sind. Will ich den HG unschärfer machen so muss ich die Distanz zwischen Motiv und HG vergrößern (gleiche Blende) (Skizze 3c).
Als Merksatz: Die Freistellung ist besser, wenn der Abstand zwischen Motiv und HG möglichst groß ist.
Eine weitere Möglichkeit die Schärfentiefe zu nutzen, auch wenn sie im Makrobereich sehr klein ist, den Fokus nicht immer auf den vorderen Teil des Motivs zu legen, sondern etwas nach hinten zu verschieben. Es kann durch aus sein, dass mit einer Verschiebung der Fokusebene das ganze Motiv im Bereich der tolerablen Schärfe liegt (Skizze 4). Somit wird nicht ein Teil der Schärfentiefe verschenkt. Gelingt dies, braucht die Blende nicht noch weiter geschlossen werden, was eine bessere Freistellung ermöglicht, eine kürze Belichtungszeit oder niedere ISO-Werte im Gegensatz zu einer geschlossenen Blende.
Bei manuellen Starks können mit der Kenntnis der Schärfentiefe die Schrittweiten bestimmt werden.
Als letzten Punkt hier noch eine Anwendung in der Landschaftsfotografie.
Es gibt die hyperfokale Distanz (hD) (Skizze 5). Damit wird wiederum keine Schärfentiefe verschenkt. Wird der Fokus auf diese Distanz eingestellt, so ist das Bild von der Hälfte dieser eingestellten Entfernung bis unendlich tolerabel scharf. Je kleiner die Brennweite, desto kleiner ist die hyperfokale Distanz. Weiterhin ist die hD wieder von Blende abhängig, je kleiner die Blende, desto kleiner die hD. Achtung oft wird behauptet, dass bei Weitwinkel und Blende 8 alles von vorne bis hinten scharf ist, das stimmt nicht unbedingt. Motive vor der halben hD liegen außerhalb der tolerablen Schärfe.
So ich denke das war genug der Worte.
Welche weiteren Anwendungen und Ergänzungen fallen euch noch ein?
VG
Achim
PS: Viele von euch haben hier schon gute Beiträge zur Schärfentiefe geschrieben.
Mit viel mehr Details und im Gegensatz zur Übersicht hier, viel spezieller für die Makrofotografie.
Wenn hier wollt, könnt ihr mir den Link zum Beitrag hier im Forum zusenden, entweder als Antwort oder als PM.
Ich werde bei den Quellen unter einem entsprechenden Absatz die Links einfügen.
Links zu Beiträgen hier im Forum:
Quellen
Schärfenrechner
http://www.erik-krause.de/schaerfe.htm#Tabelle
http://www.dofmaster.com/dofjs.html
https://www.alternativen.pro/blog/schae ... elle-makro Tabelle zum Drucken
https://www.alternativen.pro/blog/schaerfentieferechner
https://dofsimulator.net/en/ mit Animation
https://www.olympus.de/site/de/c/camera ... tml#charts Tabelle für das 60 mm
Schärfentiefe
https://www.tamron.eu/de/magazin/blog/detail/327/
https://www.pixum.de/themenwelt/fotogra ... erfentiefe
http://www.traxel.de/foto/drf/schaerfentiefe.pdf
Einträge bei Wikipedia zu den Stichpunkten: Schärfentiefe, Zerstreuungskreis, Hyperfokale Entfernung
Schärfentiefe oder doch Tiefenschärfe
http://wolfgang.schmidetzki.net/blog/ar ... e.int.html
https://www.foto-kurs.com/schaerfentief ... grafie.htm
https://scilogs.spektrum.de/sprachlog/i ... rfentiefe/
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