Testreihe: Tiefenschärfe vs. Sensorformat

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CALYPTRA

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Hallo Gemeinde.
Immer wieder taucht die Frage von neuem auf, wie es sich denn mit der Tiefenschärfe an den unterschiedlichen Sensorformaten verhält. Die einen glauben noch, dass ein kleineres Format bei gleicher KB-Brennweite eine geringere Tiefenschärfe hat, weil der Zerstreuungskreis bei gleicher Schärfe kleiner sein muss. Die anderen sind bereits ein Stück schlauer und glauben das Gegenteil:)
Vielen (darunter habe ich bis dato auch gezählt) dürfte diese Erkenntnis jedoch mehr vom Hörensagen zugefallen sein, Mangels anschaulicher Gegenüberstellungen im WWW oder weil nicht jeder ein kleiner Physikprof ist und sich die dazu nötigen Formeln selbst herleiten kann.
Da das Thema heute nun mal wieder hier
aufgegriffen wurde und das Wetter sowieso keine Outdooraktivitäten zulässt, wollte ich obigem Umstand Rechnung tragen, habe mein Stiefkind Kompaktkamera aus dem Schrank gekramt und eine kleine Testreihe gemacht.

Die Testkandidaten:
-DSLR Nikon D200, APS-C Sensor (25,1mm X 16,7mm), Cropfaktor 1.5
-Kompaktkamera Canon:eek: Powershot S50, 1/1.8" Sensor (7.2mm X 5.35mm), Cropfaktor 4.9

Der Testaufbau:
Beide Kameras wurden fest montiert und so angebracht, dass der Abstand Motiv<->Sensorebene bei beiden Kameras und bei jeder Aufnahme immer gleich war. Die Brennweite wurde so gut es ging auf das KB-Format bezogen gleich eingestellt jedoch nicht immer exakt getroffen. D.h. die Bildwinkel und folglich auch der Bildausschnitt waren ebenfalls gleich. Kleine Abweichungen sind jedoch aber denke ich zu tolerieren. Als Objektiv war an der D200 das 18-70 drangeschraubt. Die S50 besitzt ein 7.1-21.3mm (KB äquivalent 35-105mm) 1:2.8-4.9. Die Blenden waren durchgehend auf f/4.5 eingestellt. Ausnahme am langen Ende der S50 bei 105mm, hier mußte ich auf f/4.9 runter.
Die Aufnahmen sind gecroppt, um das eigentliche Motiv möglichst groß abzubilden. Und hier sind sie:

958846d6962ac16a3.jpg

958846d6962adfee3.jpg

958846d6962b0721f.jpg

958846d6963bdf0f0.jpg

958846d6963c1044e.jpg


Das Ergebnis sollte deutlich sichtbar sein. Geht es um große Tiefenschärfen, liegen Minisensoren vorne:winner: Vorteil oder Nachteil? Wohl eine Geschmackssache
 
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CALYPTRA schrieb:
Frägt sich, wie stark man abblenden muss und ob der dadurch entstehende Lichtverlust dann noch durch einen höheren ISO Wert des größeren Sensors kompensiert werden kann. Das bezweifle ich. Ich glaube nun mal, was ich sehe.

Also, Testreihen werde ich Dir da jetzt nicht knipsen, da fehlt mir die Motivation, da wir das schon zig-mal ausdiskutiert haben. Oft war das Thema speziell der Unterschied zwischen DX und 35FF-Sensoren.

Bei gleicher Pixelzahl hat man pro Größenfaktor 1,4 (oder 1,5 für den Zweck) mit dem größeren Sensor eine Blende Rauschvorteil (wegen der größeren Pixel), eine Blende mehr Freistellungspotential (wegen des größeren Abbildungsmaßstabes) und eine Blende weniger Beugungslimit (wegen der geringeren Pixeldichte). Sprich konkret, Du kannst eine 5D bis f/16 abblenden ohne Beugung zu sehen, während eine D2X bei f/11 die Grenze hat. Du mußt sie aber auch auf f/16 abblenden, um dieselbe Schärfentiefe zu erreichen, da Du für denselben Bildwinkel eine entsprechend höhere Brennweite benötigst. Damit die Verschlußzeit dann gleich bleibt, ziehst Du bei der 5D ISO eine Stufe hoch, womit die Bilder auch vom Rauschen her identisch sind (theoretisch).

Die Bilder aus einer
5D mit 75mm, f/16, ISO 200 und einer
D2X mit 50mm, f/11, ISO 100
sehen im Prinzip identisch aus. (Konkrete Produkte können abweichen, das Prinzip gilt trotzdem.)

Der Vorteil der größeren Sensoren liegt am anderen Ende, wie gesagt. Ein Bild mit der 5D mit 50mm f/1,4 bei ISO 100 kann ich mit einer D2X nicht nachbilden, was die Schärfentiefe angeht.

Und diese Verhältnisse mit dem Sensorgrößen lassen sich im Prinzip so weiter spinnen. Dasselbe Verhältnis gilt grob auch für DX gegen 4/3 Sensoren. Das Verhältnis von 1,5 gegen 4,9 kann irgendwer anders ausrechnen :)

Maik
 
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CALYPTRA schrieb:
Frägt sich, wie stark man abblenden muss und ob der dadurch entstehende Lichtverlust dann noch durch einen höheren ISO Wert des größeren Sensors kompensiert werden kann. Das bezweifle ich. Ich glaube nun mal, was ich sehe.
Sehr schöne Fragestellung! :up: Bei gleichen Pixelzahlen ergeben sich sehr elegante Antworten:

Zum ersten Teil: Man muss in beiden Fällen gleich abblenden relativ zur "Beugungsgrenzblende".

Der zweite Teil ist noch verblüffender: Wähle ich die Blenden wie in der Antwort zum ersten Teil beschrieben, erhalte ich pro Zeiteinheit die gleiche Anzahl von Photonen pro Pixel! D.h. Unterschiede in der Belichtungszeit ergeben sich lediglich durch unterschiedliche Tonwertumfänge (=Sättigungswerte).

Gruß,
Burkhard

PS: Wenn sich die Pixelzahlen der beiden Kameras um den Faktor r unterscheiden, habe ich noch eine Korrektur von sqrt(r) für die Blende und r für die Photonen pro Zeiteinheit.
 
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Maik Musall schrieb:
Der Vorteil der größeren Sensoren liegt am anderen Ende, wie gesagt. Ein Bild mit der 5D mit 50mm f/1,4 bei ISO 100 kann ich mit einer D2X nicht nachbilden, was die Schärfentiefe angeht.
Genau dieses Ende interessiert mich praktisch.
Gibt es eine Tabelle oder Kurve, an der ich sehe, mit welcher Sensorgröße welche Blende einen ähnlichen Effekt ergibt - bei jeweils ähnlichem Bildwinkel?

Ich vernachlässige auch mal die ISO, es geht mir nur rein praktisch um freistellende Aufnahmen wie z.B. Portraits.
 
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Martin F. schrieb:
Genau dieses Ende interessiert mich praktisch.
Gibt es eine Tabelle oder Kurve, an der ich sehe, mit welcher Sensorgröße welche Blende einen ähnlichen Effekt ergibt - bei jeweils ähnlichem Bildwinkel?
Na Du kannst einen ja erden... ;) Bei gleicher Pixelzahl ist das doch das alte Spiel: Blende skaliert wie Brennweite bei Größenveränderung. Also:


...........CF.....f........k
35mm VF....1,0....160mm....f/16
APS-C......1,5....106mm....f/10,6
4/3........2,0.....80mm....f/8
1/1.8".....4,9.....33mm....f/3,3

usw.

Was bleibt also erhalten? => Size matters, aber nur die vom Objektiv!

Wenn die Pixelzahl differiert, müssen wir uns erst noch über den Schärfebegriff einigen...

Gruß,
Burkhard
 
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CALYPTRA schrieb:
Geht es um große Tiefenschärfen, liegen Minisensoren vorne:winner: Vorteil oder Nachteil? Wohl eine Geschmackssache
Die Visualisierung ist gut und ehrenhaft, die Tiefenschärfe allerdings ist keine Geschmackssache, sondern bei den Crops schlicht und einfach zu groß und für die bildmäßige Fotografie nicht zu gebrauchen.
 
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Naja, darueber liesse sich ja streiten.
Es ist schoen, dass man etwas freistellen kann, wenn man will.

Aber, ich moechte oefter etwas komplett scharf haben.

Sei es einen Kopf oder einen Delphin auf 10 Metern Entfernung.

Das geht mit einer Spiegelreflex gar nicht.

Auf 10 Metern mit 200mm an einer D80 komme ich auf einern Schaerfebereich von ca. 9,50 Metern bis ca. 11 Meter bei Blende 16!
Also kanpp 1,5 Meter - zu wenig um einen ganzen Delphin draufzubekommen!
 
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TJA schrieb:
Auf 10 Metern mit 200mm an einer D80 komme ich auf einern Schaerfebereich von ca. 9,50 Metern bis ca. 11 Meter bei Blende 16!
Also kanpp 1,5 Meter - zu wenig um einen ganzen Delphin draufzubekommen!

Versuche es doch mit einem Hering!
 
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Ist dasselbe!


Der Hering, wenn Formatfuellend abgelichtet benoetigt ebenfalls eine kleine Blende um voellig scharf zu sein.

Leider.

Wie gesagt, ich haette gerne beide Moeglichkeit, aber dafuer benoetigt man zwei Kameras. Eine mit einem sehr kleinen und eine mit einem sehr grossen Sensor.
 
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TJA schrieb:
Auf 10 Metern mit 200mm an einer D80 komme ich auf einern Schaerfebereich von ca. 9,50 Metern bis ca. 11 Meter bei Blende 16!
Also kanpp 1,5 Meter - zu wenig um einen ganzen Delphin draufzubekommen!

Mit einem 12mm Weitwinkel hast Du bei Blende 11 von 0,66m - unendlich alles scharf, auch Deinen Delphin:D

Grüßle Michel
 
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TJA schrieb:
Aber, ich moechte oefter etwas komplett scharf haben.
Sei es einen Kopf oder einen Delphin auf 10 Metern Entfernung.
Das geht mit einer Spiegelreflex gar nicht.

Anscheinend ist die Message noch nicht angekommen: das geht dann auch mit einer anderen Kamera gar nicht. Auch die müßte man über die Beugungsgrenze hinaus abblenden.

Da müßtest Du halt die SLR auf f/25 oder so abblenden und die Beugungsunschärfe akzeptieren.

Abgesehen davon verschenkst Du bei einem Delphin, der auf Dich zu kommt, natürlich Schärfentiefe, wenn Du auf den Kopf fokussierst. Den Delphin auf genau 1/3 seiner Länge zu fokussieren ist in der Praxis wohl die größere Herausforderung.

Maik
 
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Maik Musall schrieb:
Abgesehen davon verschenkst Du bei einem Delphin, der auf Dich zu kommt, natürlich Schärfentiefe, wenn Du auf den Kopf fokussierst. Den Delphin auf genau 1/3 seiner Länge zu fokussieren ist in der Praxis wohl die größere Herausforderung.
Hej, aber genau aus diesem Grund hat man den Viechern doch mittig so eine Fokusierhilfe (aka Rückenflosse) montiert... :hehe:
 
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TJA schrieb:
Ist dasselbe!


Der Hering, wenn Formatfuellend abgelichtet benoetigt ebenfalls eine kleine Blende um voellig scharf zu sein.

Ja, ja, da müsstest Du mit deinem 200er Mofa aber auch näher heran gehen.
Um den Hering Formatfüllend.. und... Vielleicht Makrele?
Räucherlachs kann man sehr gut vom Stativ aus fotografieren. Oh my godness...
 
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MichelRT schrieb:
Mit einem 12mm Weitwinkel hast Du bei Blende 11 von 0,66m - unendlich alles scharf, auch Deinen Delphin:D

Grüßle Michel


Jow, stimmt :p :p

Aber der Delphin wird ein bisschen klein sein :)
200mm sind da schon besser ...
 
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Zille schrieb:
...Weder Digiknipse noch 1/2.5" Sensor ist das Problem – die zu lösende Aufgabe ist: welches Objektiv mit welcher Blendeneinstellung?
...
Aha, jetzt kommen wir einen Schritt voran.

Lt. der Auflistung von "Retina" bräuchte ich also für eine Kompaktdigi (in seiner Tabelle mit 1-1/8" Sensor) eine Optik mit 18mm Brennweite und f/0.9 (!), um die vergleichbare, freistellende Wirkung eines klassischen 90mm Portraitobjektives bei f/4.5 (auf 35mm Filmformat) zu erhalten.

Du hast Recht: nicht die Kamera bzw. der Sensor sind das Problem, es gibt einfach nur keine Geräte, die solche Objektive (Blendenöffnungen) enthalten.
 
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Zille schrieb:
Ja, das was Du siehst ist die Wahrheit. Und die Erde ist eine Scheibe. Bis zu diesem Punkt kein Problem, schließlich sind Gedanken frei.

Wenn ich in ein Flugzeug steige um von A nach B zu fliegen, dann interessiert mich wie lange der Flug dauert. Ob die Flugzeit aus einer geraden oder einer gekrümmten Flugbahn resultiert interessiert mich nicht.
Ich sehe im Eingangsthread Bilder die geweils denselben Bildausschnitt zeigen, die unter denselben Lichtbedingungen aufgenommen wurden, dieselben Blendeneinstellungen haben und bei vermutlich denselben ISO-Einstellungen und Belichtungszeiten aufgenommen wurden. Ergebnis: Das Bild aus der Kompaktkamera zeigt die größere Tiefenschärfe.
Das es vielleicht möglich ist mit 200mm Brennweite an einer Kamera mit 1/1.8-Zoll-Sensor genauso schön freizustellen wie mit 200mm einer 35mm-Kamera - das kann ja sein, solange es aber keinen Adapter gibt um das 200mm Objektiv an die Kompakte anzuflanschen und Fußballplätze sich noch nicht als bevorzugte Portrait-Location durchgesetzt haben: Was nutzt diese Erkenntnis dann für die praktische Photographie?

Gruß
Dirk

Edit: Ich habe etwas länger gebraucht zum tippen, Martins letzter Satz geht wohl in dieselbe Richtung.
 
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Martin F. schrieb:
Du hast Recht: nicht die Kamera bzw. der Sensor sind das Problem, es gibt einfach nur keine Geräte, die solche Objektive (Blendenöffnungen) enthalten.
Na, ist doch schön, dass wir wieder an den gleichen Punkt kommen, den wir hier, in einem der unzähligen "DX vs. VF" Theads schon ´mal erreicht hatten... ;) Übrigens dort auch erst nach kontroversen Diskussionen.

Gruß,
Burkhard
 
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TJA schrieb:
MichelRT schrieb:
Mit einem 12mm Weitwinkel hast Du bei Blende 11 von 0,66m - unendlich alles scharf, auch Deinen Delphin

Grüßle Michel
Jow, stimmt :p :p

Aber der Delphin wird ein bisschen klein sein :)
200mm sind da schon besser ...

Ha, d.h. es gibt eine optimale Brennweite bei gegebenen Sensor für die maximale Ausbeute an scharfen Delphinpixeln, oder? Cool. D.h. in der Retinaschen Portraitnäherung für die Schärfentiefe gibt es eine absolute, maximale Anzahl scharfer Delphinpixel unabhängig vom Kamerasensor (naja, mehr Auflösung als diesen Wert sollte der natürlich haben...) bzw. der Pixelgröße. Dabei ist die Perspektive beliebig (aber fest... :D ). Anders formuliert: Bei gegebenem Abstand (und Kamerasensor) gibt es eine optimale Brennweite für die maximale Anzahl scharfer Delphinpixel...

Konkret: Wenn ich einen Delphin habe, dessen Körper einen Durchmesser von 50cm hat, der 2m lang ist, auf die Rückenflosse fokusiert wurde und der so abgebildet ist, dass die projizierte Delphinbildfläche dem Doppelten des Querschnitts entspricht, komme ich auf 0,8 MP. Bei einem Abstand zum Delphin von 15m ergibt sich daraus eine optimale Brennweite für eine D200/D80/D40x von 130mm, für die D70/D50/D40 sind´s 165mm.

Für Heringe gilt Ähnliches. Die absoluten Zahlen variieren natürlich ein bisschen mit der Fischart und mit der Auflösungsdefinition der Beugung.

Gruß,
Burkhard
 
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Retina schrieb:
Die absoluten Zahlen variieren natürlich ein bisschen mit der Fischart...
Da sieht man mal wieder das man auch mit falschen Grundannahmen zu richtigen Ergebnissen kommen kann: Delphine sind nämlich gar keine Fische! :fahne:

SCNR
Dirk
 
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