Grafik einer berechneten BeugungsscheibeDer Sommer naht, die Sonne lacht, das Meer ruft – und wir machen uns hier Gedan­ken, wie man anhand der Mee­res­bran­dung die Beu­gung ver­steht, wes­halb kleine Pixel schlecht mit klei­nen Blen­den­öff­nun­gen har­mo­nie­ren, warum Groß­for­mat­fo­to­gra­fen fein raus sind, und was all das, und noch viel mehr, für die foto­gra­fi­sche Praxis bedeu­tet:

„Am Anfang war das Licht“ – ein viel bekann­ter und gerne zitier­ter Satz und doch stimmt er nicht ganz, denn zumin­dest für uns Foto­gra­fen muss es heißen: „Am Anfang ist das Licht“. Jene Ener­gie, die wir mal als Teil­chen, mal als Welle inter­pre­tie­ren und die es uns erlaubt, mit Kame­ras ein Abbild unse­rer Umge­bung zu machen und so die von uns so hoch geschätz­ten Bilder zu erstel­len. Aber wie so viele Dinge, die uns Nutzen brin­gen, ver­langt es auch Auf­merk­sam­keit und zeigt uns Gren­zen auf.

Eine oft dis­ku­tierte Wel­len­ei­gen­schaft ist das Pro­blem der Auf­lö­sungs­be­gren­zung durch Beu­gung. In der Praxis bedeu­tet dies, sehr ver­ein­facht aus­ge­drückt, dass der Wel­len­cha­rak­ter des Lichts dafür sorgt, dass es beim „Durch­zwän­gen“ durch eine kleine Öff­nung zuneh­mend seine Prä­zi­sion ein­büßt, so dass dar­ge­stellte Bilder immer unschär­fer werden, jede klei­ner eben diese Öff­nung ist. Ein etwas anschau­li­che­res Bild der Physik dahin­ter ergibt sich aus fol­gen­der Erklä­rung:

Man stelle sich eine weite Bucht vor, in der die ein­fal­len­den Mee­res­wel­len direkt auf den Strand auf­tref­fen. Die brei­ten unbe­hin­der­ten Wellen fallen ganz gerade, par­al­lel und prä­zise auf den Strand. Ver­engt man den Ein­gang der Bucht links und rechts durch eine Mauer, so werden die Wellen, die die Enden der Mauer strei­fen, etwas gebro­chen. Von diesen Enden laufen dann gebeugte Wellen ring­för­mig weiter und über­la­gern sich mit den unge­stör­ten, par­al­le­len Wellen, die die Mitte der Mau­er­öff­nung durch­lau­fen haben. Ist die Öff­nung groß, so wirkt sich diese Stö­rung kaum aus. Je mehr man jedoch die Mau­er­öff­nung ver­klei­nert, umso gerin­ger wird der prä­zise Anteil der unge­stör­ten mitt­le­ren Wel­len­front gegen­über dem an den Maue­ren­den gebro­che­nen Stör­an­teil. Das anrol­lende Wel­len­bild wird immer kab­be­li­ger und unprä­zi­ser. Konnte man bei einer großen Mau­er­öff­nung noch große und kleine ankom­mende Wellen spüren und erken­nen, so wird bei einer klei­nen Mau­er­öff­nung der kab­be­lige Stör­an­teil immer größer und es zeich­nen sich nur noch die ursprüng­lich großen Mee­res­wel­len erkenn­bar ab: Das Bild der Mee­res­wel­len ver­liert an Auf­lö­sung.

Dieser Effekt tritt ebenso an der Blen­den­öff­nung des Objek­ti­ves ein und macht uns – als Beu­gung –  zuneh­mend Schwie­rig­kei­ten. Dabei sind meh­rere Fak­to­ren ent­schei­dend, wie stark sich die Beu­gung aus­prägt – es lohnt sich ein Blick in die ana­loge Erfah­rungs­ki­ste:

Kar­di­nals­dis­zi­plin ist die im Abbild erfor­der­li­che Auf­lö­sung und die wird durch die räum­li­che Abtast­fre­quenz des Auf­nah­me­me­di­ums bestimmt. Bei – immer noch ver­füg­ba­ren und von einem klei­nen Kreis geschätz­ten – Plan­fil­men der For­mate 9x12 cm bis 20x25 cm hatte Beu­gung prak­ti­sch keine Bedeu­tung. Auf diesen For­ma­ten reichte es in der Regel aus, wenn das Licht 5 bis 10 Lini­en­paare pro Mil­li­me­ter dif­fe­ren­zie­ren konnte, und Groß­for­mat­fo­to­gra­fen haben sich bei Blen­den­wer­ten von bis zu 1:45, 1:64 oder auch 1:90 teil­weise recht wohl gefühlt. Bei Mit­tel­for­mat­film ging man oft bis Blende 1:32; selten gab es visu­elle Ein­schrän­kun­gen.

Klein­bild­fo­to­gra­fen (Film, 24x36 mm) waren so die ersten, die merk­ten, dass viel (Abblen­den) doch nicht viel hilft. Die Güte des Objek­tivs und vor allem die Fähig­kei­ten des Foto­gra­fen beim Ver­grö­ßern bescher­ten manch­mal die Erkennt­nis, dass die Blende 1:22 bei der Land­schafts­auf­nahme in den Sträu­chern und Stei­nen nicht mehr so schön dif­fe­ren­zierte wie die Kon­kur­renz­auf­nahme bei Blende 1:16.

Wes­halb hier dieser rus­ti­kale Blick auf die aus­ster­bende (oder nur zu vor­ei­lig tot gesagte) Sil­ber­frak­tion?

Der Schlüs­sel liegt in den gerade oben genann­ten gefor­der­ten Fähig­kei­ten, das Bild kom­pe­tent zu ver­grö­ßern. Bei den 99 % aller geprin­te­ten 9x13-Fotos war Beu­gung bestimmt eines der letz­ten Pro­bleme, das den Anwen­der schi­ka­nierte – und das ist heute auch noch so. Nur bei denen, die grö­ßere Auf­nah­men mach­ten, und die es auch ver­stan­den, die Ver­wack­lung zu beherr­schen, schlug die Beu­gung merk­lich zu. Kleine Anmer­kung: die berüch­tigte 1/60 Sekunde aus der Hand mag bei 9x13 ja in Ord­nung sein, aber bei 30x40 ver­grö­ßert man nicht nur die Beu­gungs- son­dern auch die Bewe­gungs­un­schärfe mit – wovor erstaun­lich viele Anwen­der tapfer die Augen ver­schlie­ßen.

Aber jetzt end­lich zu den Freu­den und Leiden der neuen digi­ta­len Welt.

Mit der Ein­fach­heit, einen Bild­aus­schnitt nahezu belie­big aus­zu­schnei­den und zu ver­grö­ßern, eröff­nen digi­tale Bilder eine neue Zugäng­lich­keit zur Sicht­bar­keit von Feh­lern. Grenz­leis­tun­gen werden unge­niert gefor­dert und Gren­zen unbe­küm­mert aus­ge­lo­tet. Doch nicht nur die neue Fle­xi­bi­li­tät eröff­net uns die Grenz­ho­ri­zonte, son­dern auch die tech­ni­sche Ent­wick­lung trägt ihren Teil bei, Leis­tungs­gren­zen groß­zü­gig aus­zu­lo­ten und über das Maß zu bean­spru­chen.

Der erste Wech­sel ist der bereits indi­rekt erwähnte von der Gesamt­bild­be­trach­tung zur Aus­schnitts­nut­zung. Bei Film wurden nur bei einem Bruch­teil der Auf­nah­men teure Ausch­nitts­ver­grö­ße­run­gen gemacht, bei digi­ta­len Bil­dern ist „Crop­pen“ völlig normal. Weil bei Film so fast immer das ganze oder fast ganze Nega­tiv (= Auf­nah­me­me­dium) ver­wen­det wurde, stand für Auf­nah­men auch immer der maxi­male Infor­ma­ti­ons­ge­halt des Nega­tivs oder Dias zur Ver­fü­gung. Bei exzes­si­ven Aus­schnitts­ver­grö­ße­run­gen sieht das ganz anders aus, denn dann muss ein klei­ner Aus­schnitt des Auf­nah­me­me­di­ums – sprich Sen­sors – genug Reser­ven für das gewünschte Bil­d­er­geb­nis haben. Des­halb macht es erst­mals auch Sinn, die Auf­lö­sung von Sen­so­ren deut­lich anzu­he­ben. Aus einem 16-Mega­pi­xel-APS-Sensor kann ich mehr Details ver­grö­ßern als aus einem mit 6 Mega­pi­xeln. Die hier­bei not­wen­dige Ver­klei­ne­rung der Pixel bedeu­tet aber auch einen Bedarf an höhe­rer opti­scher Auf­lö­sung des Objek­tivs und damit eine höhere Emp­find­lich­keit gegen­über Ver­lus­ten der Auf­lö­sung, wie durch die Beu­gung.

Der zweite Aspekt, der eben­falls zu immer klei­ne­ren Pixelab­mes­sun­gen und damit zu höhe­ren not­wen­di­gen opti­schen Auf­lö­sun­gen und einem frü­he­ren Ein­fluss der Beu­gung führt, ist die Minia­tu­ri­sie­rung von Sen­so­ren. Um auf einem FourT­hirds-Sensor 12 Mega­pi­xel unter­brin­gen zu können, muss jedes Pixel halb so breit sein wie auf einem Klein­bild-Voll­for­mat­sen­sor. Damit hat ein 4/3-Bild bei glei­cher Blende einen um zwei Blen­den­stu­fen stär­ke­ren Ein­fluss der Beu­gung – bzw. die Beu­gung greift zwei Blen­den­stu­fen früher als bei einem Klein­bild-Voll­for­mat­sen­sor glei­cher (!) Pixel­zahl.

Wer darin den Beweis der Über­le­gen­heit großer Sen­sor­for­mate sieht, greift jedoch zu kurz.

Klei­nere Sen­so­ren erlau­ben kür­zere Brenn­wei­ten und damit klei­nere Objek­tive. Deren klei­nere Abmes­sun­gen und Wege erlau­ben – neben dem gerin­ge­ren Auf­wand zum Ein­hal­ten nied­ri­ger Tole­ran­zen – vor allem eins: höhere Licht­stär­ken bei ver­tret­ba­rem Auf­wand und eine ein­fa­chere Umset­zung beson­de­rer digi­ta­ler Kor­rek­tu­ren der opti­schen Modelle. In der Praxis stelle ich regel­mä­ßig fest, dass bei sehr guten Objek­ti­ven klei­ne­rer For­mate nicht nur die Anfangs­licht­stärke höher ist, son­dern auch die nutz­bare Blende früher beginnt. Der echte Nutzen bei einem Objek­tiv der Licht­stärke 1:2,8 ist deut­lich gerin­ger, wenn es erst bei 1:5,6 eine hohe Leis­tung erreicht! Gerade das begrenzt viele sehr licht­starke Fest­brenn­wei­ten der späten Fil­mära, die manch­mal bis zu vier Blen­den geschlos­sen werden müssen, um hohe Abbil­dungs­leis­tung zu erzie­len.

Ein Vor­teil der Sen­so­ren, oder besser gesagt Trick, liegt in den Mög­lich­kei­ten der digi­ta­len Signal­auf­be­rei­tung. Da Beu­gung nicht mit einem Schlag eine Struk­tur oder Kante schluckt, son­dern sie erst­mal wei­cher zeich­net, kann man mit einer geschick­ten hoch­fre­quen­ten Scharf­zeich­nung oder Low-Pass-Fil­te­rung den frühen Ein­fluss der Beu­gung abfe­dern. Dies geht aber nur in einem klei­nen Bereich von ca. 1 bis 2 Blen­den.

Es zeigt sich aber auch, dass kein Scha­den ohne Nutzen ent­steht. So manch einem Tech­nik­be­geis­ter­ten mag das Herz stehen blei­ben, wenn pro­fes­sio­nelle Por­traitfo­to­gra­fen ihre sünd­teu­ren Hoch­leis­tungs­ob­jek­tive mit Spray oder Vase­line auf der Front­linse ver­ge­wal­ti­gen. Der Zweck hei­ligt hier die Mittel, ver­schwin­den durch die beu­gungs­ähn­li­che Weich­zeich­nung doch die uner­wünsch­ten Fält­chen auf den Gesich­tern der Abge­bil­de­ten. Heut­zu­tage weicht die Vase­line meist dem Weich­zeich­ner auf dem Rech­ner, eine Ver­wandt­schaft dieser Bild­kor­rek­tur zur gefürch­te­ten Beu­gung sollte den­noch nicht ver­leug­net werden.

Im Gegen­satz zu Film beschrän­ken sich bei digi­ta­len Sen­so­ren die „Fält­chen“ nicht auf die Haut von Men­schen, son­dern sind erheb­lich viel­fäl­ti­ger. Moiré, Alia­sing und Arte­fakte an Linien und Kanten sind der Tribut, ein natür­li­ches Bild in eine ortho­go­nale Pixel­ma­trix zu zwän­gen. Hier hat der Infor­ma­ti­ons­ver­lust durch Beu­gung eine durch­aus heil­same und oft ästhe­ti­sche Wir­kung, denn all diese Arte­fakte grei­fen in der Grenz­auf­lö­sung nahe dem Pixelpitch der Sen­so­ren. Also genau dort, wo die Beu­gung die Auf­lö­sung kappt und dann die Arte­fakte ver­schwin­den lässt. Hier ist die Beu­gung dem spä­te­ren Weich­zeich­nen übri­gens deut­lich über­le­gen, da sie die schad­hafte Bild­in­for­ma­tion schon schnei­det, bevor sie ins Bild gelangt.

Für die wahr­ge­nom­mene Rele­vanz der Beu­gung im täg­li­chen Ein­satz kommt ein zunächst schein­bar para­do­xer Aspekt der Schad­wir­kung von Beu­gung: Je besser das Objek­tiv, desto schlim­mer fallen die Nach­teile und sicht­ba­ren Auf­lö­sungs­schwan­kun­gen und –ver­luste aus und auf. Natür­lich hängt die Beu­gung nicht von der Auf­lö­sung des Objek­ti­ves ab, aber wer hoch sitzt, wird tief fallen: Hat ein APS-Objek­tiv bei Blende 1:4 eine Spit­zen­auf­lö­sung, so greift die mess­bare Beu­gungs­be­gren­zung mög­li­cher­weise schon bei 1:8 und bei 1:11 wird sie in der Detail­ver­grö­ße­rung sicht­bar. Ein mit­tel­mä­ßi­ges Objek­tiv dage­gen hält den Ball flach und zeigt dem Anwen­der gar nicht, was sein höchs­t­auf­lö­sen­der Sensor brin­gen kann – und lie­fert visu­ell deut­lich homo­ge­nere Ergeb­nisse über ver­schie­dene Blen­den­werte.

Neben all den bisher genann­ten Ursa­chen und Wir­kun­gen der Beu­gung liegt der Wurm aber vor allem in einer zu hohen Minia­tu­ri­sie­rung.

Die Kleinst­sen­so­ren moder­ner Kom­pak­ter (1/1,8 bis 1/2,7 Zoll) bräuch­ten theo­re­ti­sch hoch­licht­starke Objek­tive, um die gefor­derte opti­sche Modu­la­tion auf den Sensor zu brin­gen. Sowohl die Abmes­sun­gen als auch das Gewicht, und vor allem die Kosten, sol­cher Opti­ken sind jedoch mit den Markt- und dem Gros der Kun­den­an­for­de­run­gen nicht ver­ein­bar. In unse­ren Tests beob­ach­ten wir unzwei­fel­haft, dass moderne Super­kom­pakte mit 12 bis 16 Mega­pi­xeln gerade mal in der kurzen Brenn­weite bei offe­ner Blende an die Grenz­auf­lö­sung des Sen­sors gelan­gen. Und das meist nur in der Bild­mitte, denn neben den opti­schen Ver­lus­ten zum Bild­rand hin macht häufig die Inter­po­la­tion der digi­ta­len Ver­zeich­nungs­kor­rek­tu­ren der Rand­auf­lö­sung den Garaus. Hat so ein Zoom ab der mitt­le­ren Brenn­weite dann eine Licht­stärke von 1:4,5 oder weni­ger, ist es schon vorbei mit der hohen Pixel­zahl. Man spricht von einem beu­gungs­be­grenz­ten System. Immer­hin ver­schlech­tert das Abblen­den bei vielen Kom­pak­ten die Auf­lö­sung nicht weiter, denn um Details nicht kom­plett zu ver­lie­ren, redu­zie­ren viele Modelle das Licht nicht mehr über eine Ver­en­gung des Licht­we­ges, son­dern durch Ein­schwen­ken eines Neu­tral­grau­fil­ters.

Damit der tap­fere Leser dieses aus­schwei­fen­den Bli­ckes auf die Beu­gung und ihr Umfeld nun nicht frei nach Goethe „… so viel weiß als wie zuvor …“ möchte ich ein paar Erfah­rungs­werte aus Jahren der Kamera- und Objek­tiv­mes­sung anbie­ten:

Wich­tig sind primär moderne und licht­starke Objek­tive, um den bei hoch inte­grier­ten Sen­so­ren (= hohe Packungs­dichte – siehe auch Pixelpitch) früher ein­tre­ten­den Ver­lust beim Abblen­den durch Erwei­te­rung der Offen­blend­eig­nung zu kom­pen­sie­ren. Hier bieten auch klei­nere Sen­sor­for­mate inter­es­sante Lösun­gen und die neuen sehr licht­star­ken Edel­kom­pak­ten à la Panasonic Lumix LX5 oder Olympus XZ-1 zielen auf anspruchs­volle Anwen­der ab und bieten nicht umsonst ver­gleichs­weise wenig Pixel auf einem nicht ganz klei­nen Kom­pakt­sen­sor.

Bei aktu­el­len Klein­bild-Voll­for­mat­ka­me­ras sollte man nicht weiter abblen­den als 1:13 bis 1:16 . Höchst auf­lö­sende APS-Kame­ras begren­zen teil­weise schon bei 1:9,5 bis 1:11 und bei FourT­hirds beginnt es in der Regel bei 1:8 bis 1:9,5.

Wer kon­stante Bil­d­er­geb­nisse vor­zieht, sollte sich wieder mit der Zeit­au­to­ma­tik oder der manu­el­len Ein­stel­lung beschäf­ti­gen, denn hier wird die Blende bei­be­hal­ten und nicht wie bei Pro­gramm- oder Blen­den­au­to­ma­tik je nach Hel­lig­keit ver­scho­ben, und damit die Beu­gung vari­iert.

Bei Super­kom­pak­ten sollte man sich von den hohen Pixel­zah­len nicht mehr zu viel erwar­ten. Tat­säch­lich hat sich der Markt durch die Mar­ke­ting­stra­te­gien, aber auch durch die Illu­sion des „höher, schnel­ler, weiter“ bei den Sen­sor­zu­lie­fe­rern in eine echte Sack­gasse manö­vriert. Toll ist dabei aller­dings eine Option: ein 16-Mega­pix­ler kann jetzt auch in der zweit­höchs­ten Auf­lö­sungs­stufe ver­wen­det werden. Die ver­klei­nernde Inter­po­la­tion (in der Kamera! – siehe Anhang *) auf z. B. 8 Mega­pi­xel ver­bes­sert nicht nur Rau­schen und ver­rin­gert Moiré und Arte­fakte, son­dern belässt immer noch genug Spiel­raum auch für grö­ßere Abzüge.

Und wer schließ­lich seine Bilder beim Online­ser­vice auf Post­kar­ten­for­mate prin­ten lässt oder bei einem Online-Portal ver­öf­fent­licht, darf kom­plett ent­spannt sein. Die Daten­re­duk­tion, sei es für den Bilder-Upload ins Netz oder für die Aus­be­lich­tung auf den Maschi­nen, und beson­ders die über­schau­bare Größe der Aus­ga­be­for­mate, lassen Beden­ken zur Beu­gung zu einer Klage auf sehr, sehr hohem Niveau werden.

(Anders Uschold)
 
 
* Die ver­klei­nernde Inter­po­la­tion sollte unbe­dingt in der Kamera statt­fin­den, nicht in der Bild­be­ar­bei­tung! Ver­klei­ne­rung in der Kamera kor­ri­giert das Alia­sing, da es im güns­tigs­ten Fall gar nicht mehr auf­tritt oder sinn­voll gemit­telt wird. Ver­klei­nern in der EBV hin­ge­gen greift nicht mehr auf die Roh­da­ten zu und ver­schmiert des­halb nur die vorher ent­stan­de­nen Moiré- und Alia­sing-Arte­fakte (was bei Trep­pen und Schrä­gen sehr häss­lich ist).
 
 
Siehe auch: Bildsensor und Bildgestaltung