Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Lichtverlust und höhere Schärfentiefe bei lichstarken Objektiven
mrieglhofer
01.11.2010, 21:49
http://www.luminous-landscape.com/essays/an_open_letter_to_the_major_camera_manufacturers.s html
Eine interessante und entsprechend untermauerte Theorie, dass Objektive hoher Lichtstärke auf Grund der Sensorbauart deutlich höhere Lichtverluste der Randstrahlen haben, die ua. dazu führen, dass die Schärfentiefe höher als zu erwarten ist.
Conclusio war, dass die Hersteller das Problem durch nicht angezeigte ISO Erhöhungen verstecken, da lichtstarke Objektive bei weitem weniger Vorteile bringen als vom Kunden erwartet und lichtschwächere Objektiv in der Bildwirkung durchaus vergleichbar wären.
Eine interessante These zum kontroversiellen Diskutieren. Schlage aber vor, sich zuerst den Artikel zu Gemüse zu führen. Er hat durchaus einiges an Logik.
Blitz Blank
01.11.2010, 23:17
Klingt in der Tat schlüssig.
Heißt es nicht, jeder Glas/Luft-Übergang koste (bei unvergüteten Linsen) 7% Licht?
Selbst bei Verkittung bleiben da bei komplexen Zooms noch viele Gruppen.
Damit wäre eine Kamera-bekannte, korrekte Objektiv-ID sehr wichtig.
Vielleicht ist das Sigma 50/1.4 deshalb so groß.
In anderen DxO Daten kann man übrigens auch seit langem sehen, daß die reale Verstärkung (aka ISO) z.T. deutlich von der an der Kamera eingestellten abweicht.
Frank
das mit dem Lichtverlust leuchtet mir ein, aber kann mir jemand mal eine kurze zusammenfassung geben wieso dann die Schärfentiefe größer wird?
Grob kommt mir ein Gedanke ins Hirn geschossen: Mehr Licht kommt durch die Mitte der Linse wodurch ein Blendeneffekt entsteht und die Tiefenschärfe größer wird?
kann mir jemand mal eine kurze zusammenfassung geben wieso dann die Schärfentiefe größer wird?
Die Hypothese ist, dass das Licht vom Rand der Frontlinse am stärksten unter der Dämpfung am Sensor leidet. Daher die selben Folgen wie beim Abblenden.
Das kann natürlich auch erklären, weshalb manche lichtstarken Objektive gerade an Vollformat deutlich abgeblendet werden müssen, um auch in den Rändern und Ecken eine scharfe Abbildung zu bekommen. Dann ist das hier keine wirkliche Unschärfe, sondern ein starker Kontrastverlust, der für den Unschärfeeindruck sorgt.
Ich besitze selbst 4 lichtstarke Objektive und bin inzwischen der Meinung, daß das eher Marketingangaben sind. Man muß halt doch deutlich abblenden, um zu brauchbaren Ergebnissen zu kommen.
Das kann natürlich auch erklären, weshalb manche lichtstarken Objektive gerade an Vollformat deutlich abgeblendet werden müssen, um auch in den Rändern und Ecken eine scharfe Abbildung zu bekommen. Dann ist das hier keine wirkliche Unschärfe, sondern ein starker Kontrastverlust, der für den Unschärfeeindruck sorgt.
Hinsichtlich Randschärfe spielt wohl eher eine Rolle, dass der Schärfebereich nicht immer eben ist, sondern etwas gewölbt. Vielleicht erinnert sich ja jemand vom älteren Semester, ob Randunschärfen früher, als die Kameras noch analog waren, unbekannt waren.
Etwas treffender wäre ein Vergleich mit Vignettierung, die durch Abblenden verschwindet, denn dadurch wird aus der Mitte des Sensors das Licht von den Randbereichen der Frontlinse weggeblendet, die am Rand des Sensors wegen zu spitzem Einfallswinkel auch keine Wirkung hätten.
Hinsichtlich Randschärfe spielt wohl eher ......
Ja, schon. Auf meinen Gedanken bin ich durch den Test des neuen Sigma 2,8/70-200 bei dpreview gekommen. Denn dort wird gesagt, daß der beobachtete Schärfeabfall zu Rändern und Ecken hin eher ein Kontrastabfall ist. Dieser müßte sich ja dann durch ein entsprechendes Objektivprofil am Rechner einigermaßen korrigieren oder zumindest abschwächen lassen.
Edith by DonFredo: Sinnfreies vollständiges Zitat des unmittelbaren Vorbeitrages verkürzt.
Das kann natürlich auch erklären, weshalb manche lichtstarken Objektive gerade an Vollformat deutlich abgeblendet werden müssen, um auch in den Rändern und Ecken eine scharfe Abbildung zu bekommen.
Nein, im Gegenteil. Dem Artikel nach sollen sich lichtstarke Objektive ja quasi selber abblenden, die Schärfe müßte also auf Kosten der Helligkeit sogar eher besser sein.
Ich besitze selbst 4 lichtstarke Objektive und bin inzwischen der Meinung, daß das eher Marketingangaben sind.
Unter "lichtstark" verstehe ich "deutlich heller als f/2,8". Gibt es so viele überhaupt für unser System? Die DxO-Daten beziehen sich auf Objektive mit f/1,2 und f/1,4.
Um auf den Artikel einzugehen: Ich sehe da ein paar Widersprüchlichkeiten. Wenn der Effekt wirklich durch Abschattung verursacht wird, müßte er eigentlich ziemlich schlagartig auftreten. D.h. bis zu einer bestimmten Blende würde sich das Objektiv völlig normal verhalten, blendet man aber weiter auf, würde gar nichts mehr pasieren. Tritt der Effekt aber gleitend auf, wäre die provokante Frage Blödsinn, wozu man sich dann überhaupt noch ein lichtstärkeres Objektiv anschaffen soll. Denn selbst wenn f/1,4 nicht T1,4 und f/2,8 nicht T2,8 wäre, ist f/1,4 dann relativ gesehen natürlich immer noch heller als f/2,8.
Ich frage mich auch, warum es dann beim Foveon, wo die Farbsensoren in der Tiefe gestaffelt liegen, beim Aufblenden nicht zu massiven Farbverschiebungen durch verschieden starke Abschattung kommt.
Zur ISO-Frage könnte man leicht einen Selbstversuch machen. Wenn die Behauptung stimmt, müßte dasselbe Motiv bei derselben nominellen ISO-Zahl mit offener Blende und kurzer Belichtungszeit aufgenommen ja stärker rauschen als abgeblendet mit längerer Belichtungszeit. Daneben stellt sich auch noch die Frage, wie die Empfindlichkeit von den Herstellern definiert wird. Laut Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Filmempfindlichkeit#Messung_der_ISO-Empfindlichkeit) bezieht sich die ISO-Messvorschrift auf das Gesamtsystem inklusive Objektiv ("Effektive Blende" dürfte wohl die Transmission T sein), also wäre es völlig legitim, da einen Korrekturfaktor zu berücksichtigen.
Etwas treffender wäre ein Vergleich mit Vignettierung, die durch Abblenden verschwindet, denn dadurch wird aus der Mitte des Sensors das Licht von den Randbereichen der Frontlinse weggeblendet, die am Rand des Sensors wegen zu spitzem Einfallswinkel auch keine Wirkung hätten.
Was interessiert mich mein Gewäsch von gestern:D. Ab einer bestimmten Lichtstärke müsste die Vignettierung übrigens wieder aufhören, denn wenn der Blendenwert hinreichend klein ist, dann gibt es ja selbst in der Sensormitte Licht, das wegen zu spitzem Einfallswinkel unwirksam ist.
@usch
Mein Gedankengang muß nicht richtig sein. Siehe mein Postig direkt über Deinem. Da habe ich geschrieben, wie ich zu meiner Idee gekommen bin.
Auch wenn Du die Grenze bei f/1,4 ziehst, gibt es einige dieser Objektive von Sigma und Sony fürs :a: Bajonett. Objektive aus der analogen Minolta-Ära mal außen vor gelassen.
Was die ISO-Behauptung angeht, wäre ich auch auf eine Stellungnahme der Kamerahersteller gespannt. Denn ohne die Microlinsen auf dem Sensor dürfte der beschriebene Effekt nicht auftreten.
mrieglhofer
02.11.2010, 22:13
Bei dem einen Diagramm zeigt sich, dass das von der Kamera abhängig ist und bei Bl. 2,8 beginnt, wobei die getestete A350 schon bei Bl. 2.0 0,2 Blenden und bei Bl. 1,4 schon 0,5Ev. ausmacht. Interessanterweise mehr als die beiden anderen.
Fakt ist damit, dass man bei einem 1:2 in Realität nur ein 1:2,2 und bei einem 1:1,4 ein 1,7 hat. Wenn dann der Schärfenbereich auch dem 1,7er entspricht, dann bleibt zwar immer noch ein Unterschied zw. 1,7 und 1,4, aber angesichts des Preisunterschiedes verschwimmt das fast.
Wobei ich mir nicht sicher bin, ob das analog so viel anders war. Da hat man zwar in der Mitte 1:1,4 gehabt, aber durch die vignettierung am Rand 1:2 und die Blendenrastung war dann bei 1,7 obwohl 1,4 graviert war. Dürfte halt durch die Microlinsen jetzt noch verstärkt worden sein.
Fakt ist damit, dass man bei einem 1:2 in Realität nur ein 1:2,2 und bei einem 1:1,4 ein 1,7 hat. Wenn dann der Schärfenbereich auch dem 1,7er entspricht, dann bleibt zwar immer noch ein Unterschied zw. 1,7 und 1,4, aber angesichts des Preisunterschiedes verschwimmt das fast.
Das wäre aber auch bei einem idealen Objektiv an einem idealen Sensor nicht anders. Von 1,7 nach 1,4 ist es gerade mal eine Drittel-Blende, das ist so gut wie nix.
Wobei ich mir nicht sicher bin, ob das analog so viel anders war. Da hat man zwar in der Mitte 1:1,4 gehabt, aber durch die vignettierung am Rand 1:2 und die Blendenrastung war dann bei 1,7 obwohl 1,4 graviert war.
Ja sicher. Auch analog hast du den Effekt, daß die Lichtintensität proportional zum Cosinus des Einfallswinkels ist und der Helligkeitsabfall dann irgendwie rausgerechnet werden muß. Das hat man eben durch ungleiche Abstände bei den Blendenrasten gemacht.
Dürfte halt durch die Microlinsen jetzt noch verstärkt worden sein.
Ich dachte, die Microlinsen wären extra dafür da, genau diesem Effekt entgegenzuwirken, indem sie die flachen Randstrahlen bündeln und möglichst senkrecht auf den Sensor umleiten?
moin,
endlich eine neue Sau, die durchs Dorf getrieben werden kann :top:
Dann darf Hulle jetzt mal Pause machen.
Das wäre aber auch bei einem idealen Objektiv an einem idealen Sensor nicht anders. Von 1,7 nach 1,4 ist es gerade mal eine Drittel-Blende, das ist so gut wie nix. falls Du die beiden Minolta 50er meinst, das 50/1.4 hat lt. ROM "echte" 1.4, das 50/1.7 hat 1.4+5/8=1.76 =ca. 1.4+2/3EV.
In den ROMs werden die 3/8tel-Werte für die 1. Drittelstufe und die 5/8tel-Werte für die 2. Drittelstufe verwendet. Die 1. Drittelstufe wäre bei 1.59 (üblich: 1.6), die halbe bei 1.68 (üblich: 1.7, manchmal 1.8) und die 2. Drittelstufe bei 1.78 (üblich: 1.8, bei Minolta gern 1.7 genannt). Die Halb- und Drittelstufen sind leider nicht einheitlich, selbst beim gleichen Hersteller wurde da gern mal "gemogelt".
Das 52/1.7 ist zwei Drittel Stufen (0,67 EV) lichtschwächer als das 50/1.4.
Das ist immer noch nicht viel, aber sichtbar. Alles kleiner oder gleich 1/3 EV ist dagegen kaum bemerkbar, Abweichungen in der Größenordnung sind oft Geschmacksache.
Mit dem Text und insbesondere mit den ersten beiden Grafiken, die als Untermauerung des Textes dienen, kann ich nicht viel anfangen.
Erklärt wird der Unterschied F-stop und T-stop (was ich sehr gut finde). Hiernach ist beim F-Stop kein Lichtverlust aufgrund der verbauten Objektivlinsen berücksichtigt, beim T-stop ist der Lichtverlust berücksichtigt.
Dieser Lichtverlust entsteht dadurch, dass das Licht mehrfach verschiedene Medien (luft, Glas) passieren muss und müsste, in der Wirkung ähnlich wie ein Graufilter, in gleicher Intensität von der Bildmitte bis zum Bildrand auftreten. Das könnte kameraintern gut durch entsprechende Anhebung der ISO kompensiert werden, wenn die Kamera den T-stop-Wert des Objektives zum eingestellten F-stop-Wert kennt. Die Werte müssten über das ROM des Objektives übergeben werden. Alternativ ist auch denkbar, dass die Kamera zu jedem (vom Kamerahersteller) produzierten Objektiv eine entsprechende Korrekturtabelle gespeichert hat – neue Objektive oder Objektive von Fremdherstellern wären dann nicht berücksichtigt.
Als ungefähre Korrektur wäre auch die Annahme von Durchschnittswerten für F-stop-Werte und Berücksichtung der Objektivbauart Festbrennweite (wenige Glaselemente) und Zoomobjektiv (viele Glaselemente) denkbar.
Bis dahin ist das alles für mich noch logisch nachvollziehbar.
Dann kommt ein für mich unlogischer Schritt, da zusätzlich die Sensorbauart berücksichtigt wird. Nur wenn dass Licht auf geradem Weg auf den Sensor fällt, ist es voll wirksam. Schräg einfallende Lichtstrahlen sind weniger gut bis gar nicht mehr belichtungswirksam.
Der Effekt selbst ist korrekt beschrieben und bekannt (Olympus machte in der Werbung deutlich, dass ihre Objektive ausschließlich paralleles Licht auf den Sensor fallen lassen, Objektivhersteller kennzeichnen ihre für digital gerechneten Objektive und behaupten dafür ähnliches), er kann aber nicht durch eine Anhebung des ISO-Wertes korrigiert werden, da dann die (parallelen) Strahlen in der Bildmitte zu einer zu hellen Bildmitte führen würden. Um diese Vignettierung abzumildern verbauen (meines Wissens alle) Kamerahersteller Microlinsen. Vor jedem Bildpunkt sitzt eine Linse, die das Licht auf den Pixel bündeln soll. Zum Bildrand hin sind die Linsen so verschoben, dass die schrägen Lichtstrahlen auch auf den Pixel kommen (sollen). Da nicht alle Objektive vom Fisheye bis zum Riesentele das Licht gleich „falsch“ (nicht parallel) auf den Sensor auftreffen lassen, kann das nur ein Mittelwert sein. Ggf. kann (und wird vermutlich auch) das Ergebnis noch von der Kameraelektronik „aufpoliert“ werden.
Dann kommt der Punkt, den ich nicht verstehe: in den ersten beiden Grafiken bringen verschiedene Sensoren verschiedene Ergebnisse. Das kann aber mit dem T-stop nichts zu tun haben, da hier (Stichwort Graufilter) das Licht gleichmäßig unabhängig vom verbauten Sensor oder Filmtyp auf diesen geworfen werden müsste. Da es sich um einen „Fehler“ im Objektiv handelt, ist das Ergebnis (geringere Lichtmenge) für alle Sensoren identisch.
Die lt. Grafik unterschiedliche Wirkung je nach Bildsensor könnte über den ebenfalls im Text beschriebenen nicht parallelen Lichteinfall oder zum Lichteinfall nicht passende Microlinsen oder eine auf das Objetiv schlecht abgestimmte Kameraelektronik verursacht sein. Das hat allerdings nur Auswirkungen auf Pixel, die nicht in der Bildmitte liegen (sonst hätte der Kamerahersteller seine Hausaufgaben schlecht gemacht) – es gibt im Text (ich finde es zumindest nicht) keinen Hinweis darauf, an welcher Stelle des Bildes der Lichtabfall gemessen wurde.
Mein Fazit: automatische ISO-Erhöhung wegen F-/T-stop-Problemaitk ist zwar denkbar, dieses „Lichtschlucken aufgrund der verbauten Gläser“ müsste sich aber bei allen Blendenwerten (auch größer als F 2,8) und allen Objektiven (auch lichtschwachen Objektiven) bemerkbar machen.
Die ersten beiden Grafiken sind für mich ohne Kenntnis darüber, auf welcher Bildhöhe die Messung bei den Sensoren vorgenommen wurde (war das auch unabhängig von der Sensorgröße überall identisch) nicht hilfreich (oder ich habe da etwas nicht verstanden).
Alles in allen denke ich, dass hier Ursache und Wirkung von F-stop / T-sop / Vignettierung ziemlich wüst miteinander vermischt wurden.
Viele Grüße
Manfred
moin,
Manfred, Du hast die Unplausibilitäten, welche mir auch aufgefallen sind, sehr schön dargestellt.
Nur beim T-stop bist Du etwas "zu kurz gesprungen":
Der f-stop ist eine rein geometrische Größe, welcher Reflexion, Absorption und Streuung ignoriert.
An jeder Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex wird ein Teil des Lichts abhängig vom Einfallswinkel reflektiert, dieser Effekt kann durch Vergütung (z.B. lambda/4-Schichten mit zwischen den beiden Brechungsindices der Grenzfläche liegendem Brechungsindex) deutlich vermindert werden. Dieser Effekt ist winkel- und damit auch Krümmungsabhängig.
Innerhalb eines Mediums (Glas) findet zudem eine Absorption statt, ein Teil des Lichts wird "verschluckt" und in Wärme umgewandelt. Dieser Effekt hängt von der Länge des Lichtweges im Medium ab, und ist damit auch winkelabhängig und natürlich von der Dicke der Linsen. Dieser Effekt kann nur durch Wahl hochransmissiver Glassorten etwas gemildert werden, Medien mit Transmission 1 können keinen Brechungsindex ungleich 1 haben.
Diese beiden Effekte sind physikalisch unvermeidlich und treten auch in idealen Objektiven auf.
Streuung dagegen ist ein "technischer" Fehler, sie tritt an Fehlstellen im Glas und an den Grenzflächen auf. Sie ist per se unabhängig vom Einfallswinkel, aber anhängig von der Zahl der Grenzflächen und der Länge der Lichtwege im Glas. Streuung hat noch den unangenehmen Nebeneffekt, dass sie als statistischer Effekt den Kontrast vermindert, da Licht aus völlig unvorhersehbarer Richtung das Bild aufhellt. Dieser Effekt kann nur durch hohe Fertigungsqualität und strenge Selektion vermindert werden.
Der T-stop ist dagegen der real gemessene Wert der Lichtmenge, den ein reales Objektiv durchlässt, normiert auf die geometrische Öffnung f-stop. Dieser Wert ist nur für das jeweils vermessene Exemplar exakt, und kann niemals höher sein als der f-stop. Zeiss bietet z.B. in der CP.2-Reihe Cine-Objektive an, welche optisch mit den bekannten MF-Festbrennweiten identisch sind, aber T-stop verwenden. Typisch hat ein f/2.0-Objektiv dort einen T/2.1, die Abweichung ist also idR kleiner als 1/3EV (in der Baureihe sind manche Objektive "künstlich" auf T/2.1 begrenzt).
Auch bei den Minolta/Sony-Objektiven gibt es eines, welches T-stop verwendet. Das STF hat f/2.8, aber T/4.8 (4.5 ist "falsch", bei Offenblende beträgt der Verlust 1,5EV, nicht 1+1/3EV).
Und genau dieses Objektiv kann sehr gut zum Verständnis des hier diskutierten Effektes beitragen!
Das STF dämpft durch den Apodisationsfilter die Randstrahlen mit einem Gaussprofil vom Achsenstrahl=ungedämpft zum extremsten Randstrahl=vollständig gedämpft. Aber dieser Effekt betrifft gleichmäßig das gesamte Bildfeld, ganz im Gegenteil ist das STF (allerdings auch durch seine übergroße Frontlinse, welche den geometrischen Randabfall vermeidet) vignettierungsfrei!
Wenn die aufgestellte Behauptung korrekt ist, dann würde der beschriebene Effekt wie eine schwache Apodisation mit einem vmtl. trigonometrischen Profil wirken. Der Effekt wäre ähnlich wie bei Zentralverschlüssen und Belichtungszeiten, bei denen die Zeit für die Öffnung des Verschlusses in der Größenordnung der Zeit der maximalen Öffnung liegt (dort hat der Effekt ein ungefähr quadratisches Profil), ein eigentlich unbeabsichtigter Dreckeffekt. Wir wissen alle, dass dies der Bildanmutung eher zuträglich ist, daher verstehe ich das Geschimpfe von LL nicht so ganz.
Nur die behauptete verdeckte ISO-Kompensation wäre zu bemängeln. Einen harten Beweis für diesen Teil der Behauptung kann ich dem Artikel aber nicht entnehmen.
ps: die ROMs der Minolta/Sony-Objektive enthalten einen Wert, von dem ich annehme, dass es der T-stop bei Offenblende ist. Da die Auflösung des Belichtungssystems (zumindest bzgl. der Objektiv-ROMs) nur 1/8 EV beträgt, ist bei vielen Objektiven dieser Wert identisch mit dem f-stop, aber beim STF weicht er wie erwartet deutlich ab. Aber Achtung, dies ist bislang nur eine Vermutung.