Schärfentiefe...
Wenn wir ein Motiv
fotografieren wählen wir mit Bedacht eine Schärfeebene. Motivteile, welche in dieser Ebene liegen erwarten
wir als im Bild scharf abgebildet. Diese 
Tatsache der begrenzten Schärfe impliziert jedoch auch, dass sich
bei Motiven mit Tiefenausdehnung einzelne Bildbereiche vor oder hinter und damit ausserhalb des
Schärfebereiches finden.
Der optimal scharf abgebildete Bereich bildet im Motivraum eine Ebene.
Solange die Unschärfe ausserhalb dieser exakten Schärfeebene ein gewisses Mass nicht überschreitet, werden wir gewillt sein, diesen Teil des Bildes ebenfalls als scharf zu anerkennen. Die Ebene weitet sich dadurch im Motiv zu einem Tiefenbereich aus, den wir als scharf abgebildet betrachten. Die Ausdehnung dieses Bereichs in die Tiefe wird Schärfentiefe genannt.
Auf dieser Seite:
- Die Formeln für die Schärfentiefe, das Leben, das Universum und alles.
- Zerstreukreis? So was hat es an meiner Kamera nicht...
- Abhängige, formatabhängige, elende...
- Hyperfokaldistanz (Beam me up, Scotty)
- Will uns das was sagen?
Weitere Themen, welche die Tiefenschärfe betreffen werden auf folgenden separaten Seiten besprochen:
- Gestalterische Aspekte zur Schärfentiefe.
- Cropfaktor
Untenstehend sind (einfache) Formeln zur Berechnung der Schärfentiefe angegeben. Deren "fotografischer Gehalt" wird weiter unten besprochen werden.
| Hyperfokaldistanz | h=f²/(n*e) |
|---|---|
| alles scharf von... | asv = h*d/(h+(d-f)) |
| ...bis | asb = h*d/(h-(d-f)) |
| Schärfentiefe | st = asb - asv |
dabei ist:
e = Zerstreukreis (in Meter)
f = Brennweite (in Meter)
d = Eingestellte Distanz (in Meter)
n = relative Öffnung der Blende (z.B. 5.6)
Schauen wir uns kurz die einzelnen Grössen an. Die Distanz ist gegeben durch unser Motiv. Die Brennweite ergibt sich aus der Sensorgrösse und dem von uns gewünschten Bildwinkel. Über die Blende können wir verfügen, wir erwarten, damit die Ausdehnung der Schärfentiefe beeinflussen zu können. Was ist mit dem Zerstreukreis?
Zerstreukreis? Sowas hat meine Kamera nicht...
Der Zerstreukreis dient uns hier als Kriterium zur Unterscheidung von scharf und unscharf, in dieser Diskussion kommt ihm somit eine zentrale Bedeutung zu.
Was ist ein Zerstreukreis?
Dazu müssen wir uns unser Motiv vorstellen als bestehend aus lauter kleinsten Punkten, welche in ihrer Gesamtheit das ergeben, was wir als Motiv wahrnehmen.
In der Abbildung
wird jeder dieser Punkte zum Kreis, dessen Durchmesser umso grösser wird, je mehr er von der exakten
Schärfeebene entfernt ist. Nur Punkte exakt in der Schärfeebene werden als ebensolche abgebildet. Dieser
in der Bildebene (Sensor oder Film) als Kreis abgebildete Punkt wird Zerstreukreis genannt.
Zur Unterscheidung zwischen scharf und unscharf wird ein maximal zulässiger Durchmesser für den
Zerstreukreis festgelegt, grösser abgebildete Punkte werden fortan als unscharf betrachtet.
Die Wahl des maximal zulässigen Zerstreukreisdurchmessers wurde allgemein als 1/1500 der Bilddiagonale
getroffen, was ungefähr unserer Schärfeempfindung aus normaler Betrachtungsdistanz, bei welcher wir das
ganze Bild unangestrengt überblicken, entspricht. Für das Kleinbildformat entspricht dies einem
(gerundeten) Durchmessern von 1/30mm.
Durch die Festlegung des Schärfekriteriums in Bezug zur Bilddiagonale wird der Zerstreukreisdurchmesser abhängig von der Sensorgrösse, wohl bemerkt, momentan sprechen wir noch von der Abbildung des Objektivs, da liegt das Bild auf dem Sensor resp. Film und hat dadurch zwangs- und logischerweise auch dessen Grösse. Zur Berechnung der Schärfentiefe ist deshalb jeweils auch ein der Bildgrösse (z.B. Mittelformat, Kleinbild, APS, Digitalchip) angepasster Zerstreukreisdurchmesser zu verwenden. Durch die "Vergrösserung" vom Bildformat der Kamera zum Papierabzug wächst dann auch der Zerstreukreis gleichermassen mit, sein Grössenverhältnis im Bezug zur Bilddiagonale wird somit bleiben - Umstände, unter welchen wir dann die Ausdehnung der Schärfentiefe im fertigen Bild auch objektiv beurteilen können.
Abhängige, Formatabhängige, Elende...
Bevor wir weiter diskutieren, wollen wir rechnen:
Weit verbreitet sind momentan 3 Chipgrössen. Um später den Vergleich anzustellen, seien auch zwei Formate
aus der analogen Filmwelt angefügt:
| Format | Abmessungen | Bilddiagonale |
|---|---|---|
| 1/1,8" | 9mm | |
| 2/3" | 11mm | |
| APS-Chip | 28.4mm | |
| Kleinbild | 24x36 mm² | 43.3mm |
| 6x6 Mittelformat | 56x56 mm² | 80mm |
Die untenstehende Tabelle bestimmt die Schärfentiefe für die verschiedenen Bildformate. Bei den Optiken wurde identischer Bildwinkel (Normalbrennweite = Bilddiagonale) und identische Lichtstärke (rel. Blendenöffnung) gewählt. Ebenfalls identisch ist die eingestellte Distanz. Der Zerstreukreis wurde dem Bildformat angepasst. Ich hab ihn so gewählt, dass er immer den identischen Bruchteil der Bilddiagonale ausmacht, ausgehend von 1/30mm für das Kleinbildformat.
Brennweite: identisch der Bilddiagonale, ergibt identische Bildwinkel
gewählte Blende: 5,6
Distanzeinstellung: 2,08m
| Bildformat | scharf von... |
...bis | Schärfentiefe |
|---|---|---|---|
| Chip 1/1,8" | 1,040m | unendlich | unendlich |
| Chip 2/3" | 1,144m | 11,15m | 10,00m |
| Chip APS-C | 1,581m | 3,02m | 1,438m |
| Kleinbild | 1,722m | 2,610 | 0,888m |
| 6x6 | 1,837m | 2,327m | 0,454m |
Was ist geschehen? Die Kamera mit dem kleinen 1/1.8" Bildsensor bildet den gesamten Bereich von gut 1m bis unendlich scharf ab, während die Kleinbildkamera bei gleicher Blende gerade eine Schärfentiefe von nicht ganz einem Meter erreicht. Die Aufnahme mit der Mittelformatkamera weist gar nur eine Schärfentiefe von etwas weniger als einem halben Meter auf.
Kein Problem, werden sie sagen, Digitalkameras sind recht lichtstark. Wir wollen auch nett sein und eine Kompaktkamera mit der grandiosen Lichtstärke 2.0 und den "grossen" 2/3"-Bildsensor wählen (entspricht z.B. einer Sony F828). Maximale Öffnung der Optik bei 11mm Brennweite (Normalbrennweite) ergibt jetzt eine Schärfentiefe von 1,216m. Erstaunlicherweise sind dies immer noch gute 50% mehr als bei der Kleinbildkamera bei Blende 5.6.
Um mit beiden Kameras auf identische Schärfentiefe zu kommen müsste die Kleinbildkamera auf Blende 8 abgeblendet werden. Bei der digitalen Kompaktkamera besteht leider keine Einstellreserve mehr, Blende 2.0 ist bereits die Maximalöffnung.
Eine digitale Kompaktkamera mit 2/3"-Chip weist also bei Blende 2.0 die gleich hohe Schärfentiefe auf wie eine Kleinbildkamera bei Blende 8.0. Dazwischen liegen stolze 4 Blendenwerte. Schärfe in Überfluss, dafür einen merklichen Mangel an Unschärfe. Notabene, dem Beispiel liegt die Chipgrösse einer bereits gehobenen digitalen Kompaktkameraklasse zugrunde.
Hyperfokaldistanz
Das Beispiel hat allerdings auch einen kleinen Haken. Die Distanzeinstellung ist derart gewählt, das sie beim 1/1.8"-Sensor gerade der hyperfokalen Distanz entspricht. Die Hyperfokaldistanz ist die Entfernung, die bei der entsprechenden Kombination von Brennweite und Blende die grösstmögliche Schärfentiefe ergibt. Diese erstreckt sich ab der Hälfte der Hyperfokaldistanz bis zum Horizont - die Tiefenschärfe fällt in unserem Beispiel genau so aus, hätten sie's bemerkt?
Die Hyperfokaldistanz wird bei kleinen Sensoren ebenfalls sehr klein und kriegt deshalb einen wesentlichen Einfluss auf die Fotografie. 2 Meter haben in unserem Beispiel bei Blende 5,6 und Normalbrennweite bereits gereicht um das Bild von vorne bis zum Horizont scharf zu kriegen. Hier liegt der eigentliche Hauptgrund für die hohe Schärfentiefe kleiner Bildformate verborgen. Wenn der Sensor 5 mal kleiner ist im Vergleich zu einem anderen Format, so fällt für gleiche Verhältnisse alles entsprechend kleiner aus, nicht nur Zerstreukreise und Brennweite, sondern auch die Hyperfokaldistanz. Kleine Sensoren sind somit etwas für die kleine Welt. Dass sie dies durchaus wörtlich verstehen können zeigt sich oft eindrücklich an den Makrofähigkeiten von Kompaktkameras mit kleinen Sensoren.
Die Sache hat auch etwas praktisches: Bei Objektiven mit brauchbarer Schärfentiefenskala lässt sich die Hyperfokaldistanz einstellen um bei Aufnahmen die Schärfe bis zum Horizont optimal zu nutzen, wie dies geschieht können sie hier lesen.
Will uns das was sagen?
Digitale Spiegelreflexkameras
Wenn sie eine digitale Spiegelreflexkamera
mit APS-C-Bildsensor verwenden, ergibt sich meines Erachtens
nach aus dem Umstand, dass die Schärfentiefe etwas grösser ausfällt als beim Kleinbildformat kein Problem
zum Gestalten mit selektiver Schärfe. Selten war beim Kleinbildformat dafür die maximale Offenblende
notwendig. Weiterhin bedeutender für das Ergebnis ist der Abbildungsmassstab und die Distanzverhältnisse
von Motiv und Hintergrund zur Kamera (Perspektive). Die eine Blende Differenz betreffend der Schärfentiefe
stört somit keinen grossen Geist (frei nach Karlsson vom Dach).
Der (geringe) Zuwachs an Schärfentiefe durch die Verwendung von Optiken mit kürzerer Brennweite dürfte im Gegenzug überall dort willkommen sein, wo geringste Schärfentiefe eher ein Problem als eine Lösung darstellt, z.B. bei Available-Light-Fotografie, bei der Makrofotografie und beim Einsatz von sehr langen Teleobjektiven bei Sportanlässen.
Digitale Kompaktkameras
Der Gestaltungsnotstand tritt dort ein wo mickrige Sensoren in digitale Kompaktkameras verbaut wurden. Der Begriff Schärfentiefe beschreibt dann eher ein Faktum als eine Gestaltungsmöglichkeit.
Wenn sie grosse Schärfentiefe anstreben, können sie sich darüber freuen. Hingegen sind damit Bilder mit geringer Schärfentiefe schwer möglich, betreffend Gestaltung sind sie damit nicht zu beneiden. Porträtfotografen haben mit solchen Kameras einen schweren Stand, glücklicherweise machen die meisten Fotografen keine Porträts.
Was lässt sich machen, wenn trotz Kleinstsensor mit selektierender Schärfe gestalten werden soll? Versuchen sie folgendes:
- Gehen sie möglichst nah ans Motiv heran.
- Wählen sie die Brennweite so lang wie möglich.
- Vorteilhaft ist das Motiv möglichst entfernt vom Hintergrund.
- Erklären sie die erhöhte Schärfentiefe zum bewussten stilistischen Mittel.