Montag, 11. Februar 2013

Grundlagen und Begriffe der Digitalfotografie

Da ich mich hier nun in letzter Zeit viel mit dem Auswählen der richtigen Kamera beschäftigt habe, wollte ich nochmal für die unbedarften Ottonormalmenschen, die von der Materie gar nichts verstehen, ein paar Zusammenhänge und Begriffe (vereinfacht) erklären, die einem beim Verständnis der Materie helfen. Damit kann man dann auch viel leichter eine eigene Kaufentscheidung treffen.

Erstmal ein paar Grundlagen und Begriffe aus der Fotografie:

Blende:
Die Blende ist das lamellenförmige Gebilde innerhalb des Objektivs welches den Lichteinfall in das Objektiv bzw. auf den Sensor regelt. Wird "abgeblendet" schieben sich die Lamellen ringförmig von außen in das Objektiv und machen die Öffnung durch die das Licht kommen kann kleiner. Bei offener Blende (auch Offenblende) kann das Licht ungehindert auf den Sensor einströmen. Schließt man diese wird bei gleicher Belichtungszeit das Bild dunkler weil weniger Licht auf den Sensor kommt.
Zudem wird dadurch die Schärfentiefe beeinflusst. Dazu gleich mehr.

Lichtstärke des Objektivs, Blendenwert:
Wird in Blendenstufen angegeben. Z.B. "f/2.8" oder bei Objektiven auch "1:2.8".
Je niedriger dieser Wert desto mehr Licht kommt durch das Objektiv, umso Lichtstärker ist es.
Niedriger deshalb, weil er beschreibt wie groß die Blende ist, die in das Objektiv hineinragt und die Blendenöffnung schließt. Also je größer die Zahl, desto größer die Blende und um so kleiner die Blendenöffnung und um so weniger Licht kommt durch das Objektiv auf den Sensor.
Größere Blende (höhere Zahl) = abgeblendet = weniger Licht.
Kleinere Blende (nidrigere Zahl) = offenere Blendenöffnung = mehr Licht.
Lesen sie diesen Part ruhig mehrmals.
Bis man das begriffen hat, klingt es für den Leien nämlich zunächst furchbar unlogisch und kompliziert.
(Vor allem weil meist fälschlich von offener Blende, statt von offener Blendenöffnung geredet wird.)

Wichtig für den Kauf ist die Lichtstärke nun aus zwei Gründen.
Erstens dafür dass mehr Licht durch das Objektiv kommt, so dass bei Dunkelheit kürzer belichtet werden kann und es nicht so schnell zu Bewegungs- oder Verwacklungsunschärfe kommt. Zweitens weil die Blendenöffnung Einfluss auf die Schärfentiefe hat. Bei Zoomobjektiven ist die Lichtstärke selten über die gesamte Brennweite gleich. Deswegen wird hier die Anfangs als auch die Lichtstärke im Telebereich angegeben. Etwa so: 6.2-66.7mm 1:2.8-5.6 (Das wären im Tele vier mal weniger Licht)

Schärfentiefe:
Dies ist der Bereich in dem das Bild rund um den fokussierten Punkt scharf ist.
Bei "offener Blende" (kleinere Zahl) ist der Bereich kleiner, blendet man ab, wird er größer.

Will man nun z.B. bei Portraits ein Gesicht scharf, den Hintergrund aber unscharf haben, so braucht es eine offene Blende bzw. eine kleine Blendenzahl und eine hohe Lichtstärke. Ebenso ist dieser Effekt des Freistellens größer, je größer der Sensor, je näher das Motiv und je höher die Brennweite ist.

Will man jedoch eine Landschaft fotografieren, wird i.d.R. eine größere Schärfentiefe gewünscht.
Man möchte also sowohl den Vordergrund als auch den Hintergrund gleich scharf haben.
Es wird also abgeblendet und der Bereich der Scharf abgebildet wird (die Schärfentiefe) wächst.
Hier haben es kompakte Kameras mit kleineren Sensoren ausnahmsweise mal leichter!

Brennweite:
Der Abbildungsfaktor der Kamera.
Zum besseren vergleich oft als Äquivalent zum 35mm Kleinbildformat (KB) angegeben.
Bei Zoomobjektiven z.B. 24mm Weitwinkel - 300mm (Telebereich).
Wie viel Zoom ein Objektiv hat sagt noch nichts über die Vergrößerung aus.
Wichtig ist wie groß der Brennweitenbereich ist der vom Objektiv abgedeckt wird.
24mm-28mm ist normales Weitwinkel, für Innenaufnahmen bei Partys, Landschafts und Architekturaufnahmen (um z.B. den ganzen Dom auf das Bild zu bekommen).
200mm ist schon gutes Tele und kann die Objekte schon "näher heranholen".
Moderne Superzoomkameras schaffen bis zu 1200mm (KB), damit kann man noch auf einen Kilometer ein Autokennzeichen lesen. Das ist aber ein sehr extremer Wert. Meistens wird es bei normalen Kameras nicht über 300mm (KB) hinausgehen. Je höher die Brennweite desto Lichtschwächer wird die Optik sein. Außerdem ist es sowieso schon leicht bei diesen Vergrößerungen die Aufnahme zu verwackeln, weshalb die Kamera bei Brennweiten über 100mm schon besser über
einen optischen Bildstabilisator verfügen sollte, will man nicht immer ein Stativ verwenden.
Zu bedenken ist auch das Objektive mit einem höheren Brennweitenbereich (mehr Zoom) meist auch zu mehr Abbildungsfehlern wie Verzerrungen, Unschärfen und Lila Farbverläufen bei kontrastreichen Bildteilen am Rand neigen.

Belichtungszeit:
Je länger belichtet wird, also je größer die Zeitspanne ist auf der Licht auf den Sensor fällt, desto heller wird das Bild. Schließt man die Blende oder wird es dunkler muss diese Zeit angepasst bzw. verlängert  werden. Da das schließen der Blende noch andere Effekte hat, wird man zum regeln der Bildhelligkeit meistens die Belichtungszeit anpassen. Je höher oder länger diese wird, desto wahrscheinlicher ist es aber auch dass das Bild verwackelt. Die Belichtungszeit wird in Sekunden und Sekundenbruchteilen angegeben. 1" ist eine Sekunde. 1/4 ist eine viertel Sekunde und 1/250 halt eine zweihundertfünzigstel Sekunde. Beim Kamerakauf ist sowohl die maximale als auch die minimale Belichtungszeit wichtig. Wer Langzeitbelichtungen machen möchte (Nachtaufnahmen von Städten oder verwischende Lichter von Autos) sollte mindestens 15 Sekunden belichten können. Wer am Strand bei gleißender Sonne noch mit offener Blende Fotos machen möchte für den ist 1/2000 Sekunde noch zu lang. 1/4000 wären besser.

Sensorgröße, Megapixel , Pixelgröße und Cropfaktor:
Hier kommen wir nun zum Pudels Kern der Digitalfotografie.
Die Sensorgröße ist neben der güte des Objektivs der größte Einflussfaktor auf die Bildqualität.
Je größer der Sensor und um so größer die Pixel darauf, desto besser ist in der Regen die Bildqualität.

Mal vereinfacht: Der Sensor besteht aus vielen einzelnen Fotozellen, den Sensorpixeln die je einen Bildpunkt (Pixel) des Fotos erzeugen. Je mehr Pixel, desto größer die Auflösung, weil das Foto nachher um so mehr Bildpunkte hat. In der Praxis ist es aber alles andere als einfach. Müssen mehr Pixel (Megapixel) auf die gleiche oder eine kleinere Sensorfläche, verringert sich deren Größe und erhöht sich das Bildrauschen. Deshalb haben digitale Spiegelreflexkameras (DSLRs) die besser Bildqualität und deutlich weniger Rauschen bei gleicher Pixelzahl.
Analoger Kleinbildfilm hatte eine Diagonale von 35mm. Dieses Maß haben Vollformat DSLRs auch heute noch. Kleiner ist APS-C welches von Einsteiger DSLRs und Spiegellosen Systemkameras verwendet werden. Kompaktkameras haben in der Regel einen 1/2,3 Zoll Sensor. Dieser hat lediglich 3,3% der Fläche eines KB-Sensors. Die "Edelkompakten" mit ihrem 1/1,7" Sensor immerhin 5%.
1" Sensoren haben 13%, APS-C Kameras immerhin schon 40% der Fläche eines Vollformat Sensors.

Dies macht deutlich dass die Pixelgröße bei gleicher Megapixelzahl auf einem kleinen 1/2,3" Sensor aberwitzig klein sein muss. Was dazu führt dass jeder Pixel im vergleich zur DSLR ungleich weniger Licht bekommt und sich die Pixel auch noch gegenseitig stören, was zu Bildrauschen führt, welches durch kamerainterne Nachbearbeitungen wie Rauschfilter versucht wird abzuschwächen. Dies führt wiederum zu einem verwischten oder verwaschenen Bildeindruck (oft auch an ein Aquarell erinnernd) in der 100% Ansicht der Aufnahmen. Dieser Effekt steigt mit höherer ISO Empfindlichkeit exponentiell an. Auch können kleinere Sensorpixel nicht so viel Ladung aufnehmen und haben deswegen einen geringeren Dynamikumfang.

Deshalb ist eine höhere Megapixelzahl bei so kleinen Kompaktsensoren alles andere als wünschenswert, auch wenn die Marketingabteilungen der Kamerahersteller in der Vergangenheit genau diese Megapixelzahl als Qualitätsmerkmal angepriesen haben und diese immer höher geschraubt wurde. Dabei wurden eigentlich 6MP als das Optimum für 1/2,3" Sensoren angesehen,
wogegen sie durch Weiterentwicklung des Sensortechnik und der Rauschreduktion heute auch gerne noch 9-12MP haben können. Darüber wird es aber zusehends unansehnlicher in der 100% Ansicht.

Wieso werden nun also so kleine Sensoren überhaupt verwendet?
Im wesentlichen um kompakte Kameras mit großen Brennweitenbereich günstig zu bauen.
Die Sensorgröße hat nämlich durch den Cropfaktor Einfluss auf die Verwendung des Objektivs.
Kleinbildkameras brauchen große und qualitativ hochwertige Objektive, die schwer und teuer sind.
Das gilt um so mehr wie man mit der Brennweite in den Telebereich geht. Eine Superzoomkamera mit 1/2,3" Sensor hat mit 108mm Brennweite (dank des Cropfaktors von 5,6) die selbe Vergrößerung, wie eine KB Kamera mit 600mm Brennweite und kostet dabei lediglich 300 €. Ein gutes 600mm Teleobjektiv einer Vollformat DSLR kostet alleine schon 10000 €! Gewicht und Größe sind dabei dann ähnlich ausladend. Das selbe 500mm Objektiv der Vollformatkamera an einer APS-C Kamera hätte aufgrund des Cropfaktors von 1,6 den Bildausschnitt eines 800mm APS-C Objektivs, also ein KB Äquivalent von 800mm.

Außerdem hat die Sensorgröße erheblichen Einfluss auf die Schärfentiefe.
Mit einer Vollformat oder APS-C DSLR lassen sich Motive relativ einfach Freistellen und der Hintergrund verschwimmt ein ein schön diffuses Bokeh ohne störende Konturen. Einen solch guten Effekt kann man mit einem Kompaktsensor nicht erreichen. Man kann durch das Wählen einer niedrigen Blende, mittleres heranzoomen und größerem Abstand zum Hintergrund versuchen den Effekt hin zu bekommen, aber das wird halt nie ein Vergleich zu dem sein was mit einem Vollformatsensor möglich ist.

ISO Empfindlichkeit:
Neben Blende und Belichtungszeit kann man zum Aufnehmen in dunklen Umgebungen noch die Lichtempfindlichkeit des Sensors erhöhen. Wird die ISO Zahl verdoppelt, muss bei gleicher Blende und Helligkeit des Motivs nur noch halb so lange belichtet werden. Die meisten Sensoren fangen bei ISO 80 - ISO 100 an und gehen bis zu ISO 1600 und höher. 1/2,3" Sensoren rauschen allerdings oft schon bei ISO 200-400 merklich und sind bei ISO 1600 kaum noch zu gebrauchen. Wogegen DSLRs sich bei ISO 1600 noch Pudelwohl fühlen, bis ISO 6400 noch sehr gute Bilder machen und bis ISO 25600 und mehr gehen.

Dynamikumfang:
Gibt an wie viel Blendenstufen unterschied von Helligkeit in einem Bild dargestellt werden kann.
Stellen wir uns Folgendes Motiv vor: Ein Haus was vor einem Blauen Himmel mit Wolken steht.
Im Optimalfall sieht man das Haus, den blauen Himmel und die weißen Schäfchenwolken mit allen Details. In der Realität wird ein geringer Dynamikumfang aber dazu führen dass entweder das Haus unterbelichtet sprich zu dunkel, oder der Himmel oder mindestens die Wolken Überbelichtet, sprich zu hell sein. Man sieht dann das Haus mit Details, den Himmel aber als weiße Masse, oder zumindest in den Wolken keine Details mehr, weil diese überstrahlt sind. Oder halt der Himmel ist perfekt Blau, die Wolken detailreich dargestellt aber das Haus nur als schwarze Silhouette erkennbar.
Der Dynamikumfang wird jedoch bis bei Labortests kaum angegeben.
Heutzutage besitzen Digitalkameras aber oft eine Funktion um die Tonwertkurve anzupassen, Details aus den Schatten zu holen und Lichter nicht im Weiß absaufen zu lassen. Active D-Lighting bei Nikon, Dynamic Range Correction bei Canon etc. genannt. Hierzu wählt die Kamera dann ISO und Belichtung entsprechend aus.

Autofokus:
Digitale Spiegelreflexkameras sind neben dem geringeren Bildrauschen und dem größeren Einfluss auf die Schärfentiefe zum Freistellen von Motiven aber noch in einem anderen Bereich deutlich im Vorteil,
nämlich beim Autofokus. Hier wird nämlich mit speziellen Kreuzsensoren die Schärfe gemessen und sind dabei nicht auf das langsamere und oft ungenauere Kontrast AF System anderer Kameras angewiesen. Außerdem verfügen sie meist auch über deutlich mehr Fokuspunkte.
Darum sind wenn es darum geht Sportler oder andere sich bewegende Objekte zu fotografieren DSLRs immer im Vorteil.

Display und Sucher:
Bei DSLRs wird das Bild vom Objektiv in den optischen Sucher gespiegelt.
Hier hat man die beste Auflösung, realistischte Umgebungshelligkeit, keinerlei Probleme mit Parallaxe oder Latenz. Dafür ist eine 100% Abdeckung des Bildausschnitts dort nur bei Hochwertigen Modellen gegeben. Hat man einen elektronischen Sucher (EVF), bekommt man meist eine Vorschau wie das Bild belichtet wird und gleichzeitig kann man sich wie auf dem großen Display noch Zusatzinformationen wie Einstellungen, elektronische Wasserwagen oder ein Histogramm anzeigen lassen. Auch ist hier 100% des Bildes zu sehen und man kann sich zur Beurteilung der Schärfe oft einen Ausschnitt vergrößert anzeigen lassen. Helligkeit, Verzögerungen, gerade bei wenig Licht oder hoher Blende und vor allem die Auflösung limitieren die Vorteile aber etwas. Für das Display gilt das selbe. Bei beiden solle die Auflösung möglichst hoch sein. 900.000 Pixel sind zur Zeit eigentlich stand der Dinge. In höheren Preisklassen gibt es aber auch schon Displays und Sucher die über 2 mio. Pixel  auflösen. Die klassischen Sucher in Kleinbildkameras sind meist bessere Gucklöcher und leiden oft an Abdeckungen durch das Objektiv und durch die versetzte Achse sieht man nicht genau das was nachher auf dem Bild landet. Sie sind eigentlich nur Notbehelfe wenn man z.B. wegen Sonneneinstrahlung auf dem Display nichts mehr sieht.

HDR, High Dynamic Range:
Um den Dynamikumfang eines Fotos massiv zu erhöhen werden 2, 3 oder mehr Bilder direkt Hintereinander mit unterschiedlicher Belichtung aufgenommen und zusammengerechnet. "Früher" machte man das Aufnehmen auf dem Stativ per Hand, dann konnte man bei den Kameras das
per Bracketing (Belichtunsreihe) automatisch aufnehmen lassen um die Bilder dann am PC zusammenzurechen. Mittlerweile bieten die meisten Kameras eine HDR Funktion, die HDR Bilder intern zusammenrechnet.

PASM Modi, Manuelle Einstellungen etc.:
Anfänger Fotografieren meist erstmal im Automatikprogramm.
Dies regelt von Belichtung, über Blende und Fokus bis ISO alles und man muss sich zum Foto machen nur um dem richtigen Bildausschnitt und den Zeitpunkt zum Auslösen kümmern. Für Knipser reicht das. Für diejenigen die mehr Einfluss auf das Bild haben wollen gibt es noch weitere Modis: PSAM.
P steht für Programm Automatik. Hier kümmert sich die Kamera um Blende und Belichtung, man kann jedoch meist bestimmen wie die Belichtungsmessung erfolgen soll, auf was man Fokussieren will und welchen ISO wert man verwenden will. Außerdem kann die Belichtung in 1/3 EV Schritten korrigiert werden. Darüber hinaus gibt es "A" für Aperture Priority (Blendenpriorität) in dem Modus man die Blende selbst bestimmen und damit Einfluss auf die Schärfentiefe nehmen kann. Und "S" für Speed Priority (Geschwindigkeits- / Belichtungspriorität) in dem man die Belichtungszeit selber wählen kann. (Bei Canon heißt die Blendenpriorität "Av" und die Belichtungspriorität "Tv".) Bei M für Manuell kann man dann alle Werte im Rahmen die die Kamera einem bietet selber festlegen.

RAW Format:
Mittlerweile nehmen auch viele Kompakt und Bridge Kameras optional im RAW Format auf.
Hierbei wird das Bild so wie es vom Sensor kommt unkomprimiert auf die Speicherkarte abgelegt, noch bevor es durch die Bildverbesserungs und Bearbeitungsroutinen des Bildprozessors geht.
Dies hat den Vorteil dass man die Bilder dann am PC selbst "entwickeln" kann, und so Weißabgleich, Rauschreduzierung, Kontrast und Sättigung selbst einstellen kann. Auch bei .jpg Bildern aus der Kamera überstrahlte oder Unterbelichtete Bildteile können so oft noch gerettet werden, da RAW einem noch mehr Reserven in der Dynamik bietet. Da die Bilder unkomprimiert sind sind sie allerdings ca. 4 mal so groß wie ein .jpg Bild auf höchster Qualitätstufe.


So, das sollte wohl erstmal als Übersicht über die Materie und für einen Grundlagenartikel reichen.
Fragen und Anmerkungen (z.B. wenn ich hier irgendwo totalen Quatsch erzählt habe) gerne in die Kommentare. ;)

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