Streetphotography: Zonenfokus und Bildschärfe

In der Straßenfotografie wird gern mit voreingestellten Werten für Belichtungszeit, Blende und Fokuspunkt gearbeitet, um jederzeit auslösen und sich dabei voll und ganz auf das Motiv konzentrieren zu können. Eine besonderen Bedeutung kommt dabei der Frage zu, welcher Bereich scharf abgebildet werden kann.

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Welches FOTO ist scharf?

Die Frage welches Foto wirklich scharf ist, liegt buchstäblich im Auge des Betrachters. Er bestimmt, welches Bild er als scharf empfindet und letztlich bestimmt das Auflösungsvermögen des Auges, was scharf ist und was nicht. Da beim Betrachten eines Bildes der Abstand des Betrachters zum Bild eine Rolle spielt, wird das Auflösungsvermögen des Auges in Winkeleinheiten angegeben.

Größtmögliche Schärfe

Fotografie gibt es schon lange, weshalb auch ein Blick in die Quellen der Profis lohnt.

Das Auge kann kleinste Details voneinander trennen, wenn sie unter einem Sehwinkel von mindestens einer Bogenminute erscheinen. Dies ist der physiologische Grenzwinkel des menschlichen Auges.

H. H. Nasse, 2010, Schärfentiefe und Bokeh, Carl Zeiss – Geschäftsbereich Photo-Objektive

Das klingt sehr theoretisch. Gemäß o.g. Quelle kann eine Bogenminute in folgende griffige Werte umgesetzt werden:

• Bildgröße = 12 x 18 cm / Diagonale = 21,6 cm
• Betrachtungsabstand = 25 cm / Sehwinkel der Diagonale ca. 50°
• Sehwinkel eines Details = ca. eine Bogenminute = 1/3000 der Diagonalen.

Mit diesen Randbedingungen können ebenfalls nach o.g. Quelle noch ca. 8 Linienpaare pro mm (LP / mm) erkannt werden. Eine höhere Auflösung macht unter Normalbedingungen keinen Sinn und stellt die obere Anforderungsgrenze dar.

Hinreichende Schärfe

Ab einem Sehwinkel von ca. zwei Bogenminuten beginnt das Auge Unschärfe wahrzunehmen, woraus sich die untere Anforderungsgrenze ergibt:

• Bildgröße = 12 x 18 cm / Diagonale = 21,6 cm
• Betrachtungsabstand = 25 cm / Sehwinkel der Diagonale ca. 50°
• Sehwinkel eines Details = ca. zwei Bogenminuten = 1/1500 der Diagonalen.

Diese untere Anforderungsgrenze wird oftmals als üblicher Zersteuungskreis für alle Kameraformate angeführt und entspricht für das Kleinbildformat 0,029 mm auf Filmebene. Ausschnittvergrößerungen und das Betrachten von Details in Großvergrößerungen sind damit nicht mehr möglich. Der Zersteuungskreis von 0,029 mm entspricht in etwa den Entfernungsskalen auf den KB – Praktica – Objektiven.

In den 50er Jahren hat man die Schärfentiefe bei Kleinbildobjektiven oft mit einem Zerstreuungskreis von 0.05 mm berechnet, also sogar 1/865 der Bilddiagonale. Den sieht man unter 2 Bogenminuten, wenn man ein Postkartenbild 10×15 cm aus 35 cm Entfernung betrachtet. Das entsprach damals im Amateurbereich schon den etwas kritischeren Sehgewohnheiten, als man noch überwiegend Kontaktabzüge von Rollfilmkameras in die Fotoalben geklebt hat.

H. H. Nasse, 2010, Schärfentiefe und Bokeh, Carl Zeiss – Geschäftsbereich Photo-Objektive

Der Zerstreuungskreis ist das Maß zum Erzeugen scharfer Fotos.

Welches OBJEKTIV ist scharf?

Ein Objektiv muss die Anforderungen an eine scharfes Foto transportieren können. Die relativen Darstellungsanforderungen von 1/1500 der Bilddiagonale (Minimum) und 1/ 3000 der Bilddiagonale (Maximum) bleiben erhalten. Die Darstellungsanforderungen in absoluten Werten (Linienpaare pro mm) steigen an wie nachfolgende Tabelle zeigt. Besonders betrifft dies kleine Sensoren.

	Foto	KB-Film	Foto	MFT-Sensor
Abmessungen B x H (mm)	180 x 120	36 x 24	180 x 135	17,3 x 13
Diagonal D (mm)	216	43,3	225	21,6
Zerstreuungskreis ZK Minimum (mm)		0,029		0,014
Zerstreuungskreis ZK Maximum (mm)		0,014		0,007
Linienpaare / mm Minimum	4	20	4	41,6
Linienpaare / mm Maximum	8	40	8	83,3

Die Frage, wieviel Linienpaare pro Millimeter eine Objektiv wirklich transportieren können, ruft immer wieder Diskussionen hervor, weil wenig Hersteller wirklich reale Messungen dazu vornehmen, sondern diese Werte meist durch Berechnung ermitteln. Die Darstellung der Messungen erfolgt über sogenannte MFT – Diagramme (MFT = Modulationstransferfunktion), die für verschiedene Auflösungsmuster (z.B. 5 / 10 / 20 / 40 LP / mm) und Blenden (z.B. F1,4 / F2.8 / F5.6) die vorhandene Rest – Kontrastdarstellung über die Bildhöhe abtragen. Hochwertige Optiken übertragen einen höheren Kontrast.

Die umfangreichsten Untersuchungen gibt es wahrscheinlich zu Leica M Objektiven (Quelle: Erwin Puts, September 2002, Leica M Objektive – Ihre Seele und ihre Geheimnisse, Leica Camera AG). Leica beschränkt sich bei den MFT – Diagrammen auf eine Auflösung von 40 LP/mm. Es finden sich im Internet Angaben zu möglichen Auflösungsvermögen von 80 LP / mm und darüber.

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Die allermeisten Angaben zum Auflösungsvermögen von Objektive werden durch pures empirisches Auszählen der noch erkennbaren Linienpaare auf „Ausdrucken“ von Fotos / am Bildschirm ermittelt, wobei hier die gesamte „Lieferkette“ eingeht. Für das Olympus M.Zuiko Digital ED 17mm 1.2 PRO, welches eines der hochwertigsten Objektive für den Micro Four Thirds – Standard darstellt, finden sich im auf der Webseite LensTip.com auch Angaben zum Auflösungsvermögen (durch Auszählen der erkennbaren Linienpaare) basierend auf einem MFT50-Standard (offensichtlich basierend auf 50% Restkontrast).

Blende	F1.2	F1.4	F2	F2.8	F4	F5.6	F8	F11	F16
LP/mm Zentrum	66	76	94	98	92	80	68	52	40
LP/ mm Rand	58	64	68	72	69	65	58	46	35

Ab Blende F8 macht sich der Beugungseffekt bemerkbar, der durch Brechung / Zerstreuung / Beugung des Lichts an der Blende des Objektives entsteht. Hintergrund: Das Bildsignal wird vom Objektiv nicht diskret als Null-Eins-Information sondern wellenförmig mit einem Maximum im Zentrum übertragen.

Die Ausdehnung/ Breite dieser Welle wird durch Schließen der Blende erhöht, da diese das Licht beugt.

Den Durchmesser der entstehenden Strukturen nennt man Beugungsscheibchen. Der Effekt wird als Physikalischen Grenzauflösung von Objektiven bezeichnet.

Effektive Blende	Blau 470 nm	Grün 530 nm	Rot 650 nm	IR 890 nm
2	2,3	2,6	3,2	4,3
2,8	3,2	3,6	4,5	6,1
3,5	4,0	4,5	5,6	7,6
4	4,6	5,2	6,4	8,7
5,6	6,4	7,2	9,0	12,2
8	9,2	10,3	12,9	17,4
11	12,6	14,2	17,7	23,9
16	18,3	20,7	25,8	34,7
22	25,2	28,5	35,4	47,8

Wenn sich diese Beugungsscheibchen überlappen, kann ein Bilddetail nicht mehr separat dargestellt werden. Dieser Überlappungseffekt wird mit stärkerem Schließen der Blende zunehmend zum Problem, da der Durchmesser der Beugungsscheibchen stark zunimmt. Zu beachten ist, dass die Beugungsscheibchen größer sind als die Auflösung vieler moderner Sensoren. Doch es ist ohnehin Unsinn, Details auf dem Niveau der Sensorauflösung und somit pixelgenau darstellen zu wollen.

Welcher SENSOR ist scharf?

Die theoretische Sensorauflösung von Digitalkameras hat über die Jahre ständig zugenommen, was dazu verleiten könnte, die jeweilige maximalen Sensorauflösungen mit dem real erzielbaren Bildauflösungsvermögen gleichsetzen zu wollen. Das ist leider nicht der Fall, obwohl viel (Auflösung) trotzdem viel hilft (schärfere Bilder produziert).

Man kann sich einen Sensor, wie einen Lattenrost vorstellen, durch den eine Information (Schwarz oder Weiss) hindurchgeschossen werden muss, um wirksam werden zu können. Wenn man sich diese Information als Pfeilspitze vorstellt, kann eine geringe Abweichungen bereits einen Unterschied von einem Raster ergeben. Die theoretisch Sensorauflösung ist zwar theoretisch vorhanden, jedoch stark zufallsabhängig und muss gerastert werden.

Da die Bildinformation (Schwarz oder Weiss) blendenabhängig im Durchmesser der Beugungsscheibchen auf den Sensor trifft, sollten also zumindest 2 bis 3 Sensoreinheiten (Pixel) für eine Bildinformation (Beugungscheibchen) vorgehalten werden.

Hier ein Beispiel beim Einsatz von zwei Sensoreinheiten (Pixel) für eine Bildinformation (Beugungscheibchen). Die volle Auflösung des Sensors wird genutzt, solange der Durchmesser eines Beugungsscheibchens maximal doppelt so groß ist wie ein Pixel. Die eigentliche Bildinformation in Beugungsscheibchen pro Bild ist jedoch deutlich geringer als die Sensorauflösung (50% der Auflösung linear und 25% der Auflösung in der Fläche).

Wie kommt man in der Streetphotography zu hinreichend scharfen Bildern?

Wie allgemein bekannt ist, kann beim Fotografieren eigentlich nur eine einzige Entfernung exakt fokussiert werden. Diese eine Ebene liegt parallel zur Film-/ Sensorebene in Fokusentfernung. Details die davor oder dahinter liegen, werden in Abhängigkeit von der eingestellten Blende abgebildet mit:

• größtmöglicher Schärfe (Fotoauflösung = 1/3000 der Bildschirmdiagonale)
  Hierbei ist eine 50% Ausschnittsvergrößerung möglich, was noch eine hinreichende Schärfe des erzeugten Ausschnittes generiert.
• hinreichender Schärfe (Fotoauflösung = 1/1500 der Bildschirmdiagonale)
  Eine Ausschnittsvergrößerung ist nicht mehr möglich. Der Ausschnitt wird im Druck unscharf.
• wahrnehmbarer Unschärfe (Fotoauflösung < 1/1500 der Bildschirmdiagonale).

(Vergleiche hierzu ebenfalls: Reinhard Wagner, 5. Juni 2020, GfO: Schärfentiefe, https://pen-and-tell.de/2020/06/gfo-schaerfentiefe/)

Mit dem Zonenfokus stellt man eine gewünschte Schärfentiefe manuell am Objektiv ein, um unabhängig von Autofokusoperationen sofort auslösen zu können. Die Kamera wird im Prinzip zu einer Schnappschussbox und der Fotograf kann sich voll auf das Motiv und den Augenblick konzentrieren. Eine große Schärfentiefe ist dabei von Vorteil. Diese erreicht man durch Abblenden bei Beachtung der zentralen Anforderung ØBeugungsscheibe (Blende) < ØZersteuungskreis (angestrebte Bildschärfe).

Welche Ergebnisse kann man mit verschiedenen Systemen erreichen? Beispielhaft werden hier drei Systeme von MFT, Leica und Hasselblad mit annähernd gleichen Festbrennweiten verglichen und dabei eine Schärfentiefe im mittleren Steetphoftography – Bereich zwischen ca. 1,5 und 8 m angestrebt. Dabei wird ein Zerstreuungskreis von 1/2250 der Fotodiagonale zugrundegelegt, was bei einem 25% Beschneiden/ Croppen des Bildes noch eine hinreichende Schärfe ermöglicht.

	OMD EM1 Mark III Voigtländer 15mm F/4.5	Leica Q3 Summilux 28  F/1.7	Hasselblad X2D 100C XCD 38 mm F/2.5
Brennweite, absolut	15 mm	28 mm	38 mm
Brennweite, KB-Äquivalent	30 mm	28 mm	30 mm
Sensorgröße	17,3 x 13,0 mm	36,0 x 24,0 mm	43,8 × 32,9 mm
Sensordiagonale	21,64	43,27	54,78
Zersteuungskreis (1/3000) Abblenden möglich bis Blende	0,0072 mm 5,0	0,0144 10,0	0,018 12,0
Zersteuungskreis (1/1500) Abblenden möglich bis Blende	0,0144 mm 10,0	0,0288 20,0	0,0365 25,0
Zersteuuungskreis (1/2250) Abblenden möglich bis Blende	ca. 0,010 mm 7,1	ca. 0,019 mm 12,0	ca. 0,024 mm 16,0
Sensorauflösung	5184 x 3888	9520 x 6336	11656 × 8742
Pixelpitch	3,3 µm	3,8 µm	3,76 μm
Kameraauflösung bei 2,5 Pixelpitch / Blendscheibchen	21,8 MPx	60,3 MPx	100 MPx
Eingestellte Blende	6,3	9	12
ø Blendscheibchen	0,00852 mm	0,01205 mm	0,01704 mm
Fokuspunkt	2,50 m	2,50 m	2,50 m
Schärfentiefe	ca. 1,5 m bis 8,5 m	ca. 1,5 m bis 9,0 m	ca. 1,5 m bis 8,0 m
Effektive Auflösung	19,1 MPx	34,9 MPx	29,8 MPx

Wie zu erwarten war, ist bei größeren Sensoren und längeren physischen Brennweiten ein stärkeres Abblenden notwendig, was die Unterschiede in den effektiven Sensorauflösungen zwischen den Systemen vermindert, jedoch nicht aufhebt. Aus Sicht der Straßenfotografie unter Einsatz von Zonenfokus sind großflächige Sensoren mit moderaten Auflösungen sicher am effektivsten, da hier im Fall der Fälle quasi bedenkenlos auf kleinste Blenden abgeblendet werden kann, ohne das ein Auflösungsverlust eintritt (z.B. KB-Kamera mit einem Objektiv mit Blende 16). Wer mit MFT unterwegs ist sollte sich i.d.R auf Blende 8 beschränken.

Einstellungen Voigtländer 15mm F4.5

Mit dem Voigtländer 15mm F4.5 Version II für Leica M kann man mit einer Olympus praktisch wie mit einer Messsucherkamera arbeiten. Gearbeitet wird im Modus S = 1/320″ (in der Kamera) und Blende 8 (am Objektiv) mit ISO Auto (bis 6400), woraus sich folgende Bereiche der Schärfentiefe geben. Ein geringfügiges Beschneiden / Croppen des Bildes ist möglich.

Bereich	Blende	øBS	øZK	Nah	Fokus	Fern	MPx
0.7	8	10,74 µm	11 µm	0,6 m	0,7	1,0 m	12,3
1	8	10,74 µm	11 µm	0,7 m	1	1,7 m	12,3
	5,6	7,59	8	0,85 m	1	1,25	20,2
	4,5	6,04	7	0,90 m	1	1,15	20,2
2	8	10,74 µm	11 µm	1,1 m	2	9,1 m	12,3
	5,6	7,59	8	1,4	2	3,3	20,2
	4,5	6,04	7	1,5	2	2,8	20,2
2,5	8	10,74 µm	11 µm	1,3 m	2,5	114 m	12,3
	5,6	7,59	8	1,7	2,5	5,0	20,2
	4,5	6,04	7	1,85	2,5	3,9	20,2
3	8	10,74 µm	11 µm	1,4 m	3	999 m	12,3
	5,6	7,59	8	1,9	3	7,5	20,2
	4,5	6,04	7	2,1	3	7,0	20,2

Einstellungen für Olympus 17mm F1.2

Mit dem Olympus 17mm F1,2 wird mehrheitlich im Autofokus-Modus gearbeitet. Hierbei wird im Modus A bei ISO Auto (bis 6400) und einer vorgegeben Blichtungszeit < 1/320″ gearbeitet. Über den manuell voreinstellten Fokus (PreMF) wird ein definierter Schärfentiefenbereich vorgehalten, der bei Bedarf schnell ausgewählt werden kann. Das kann situationsbezogen vorgewählt (Kneipe PreMF = 1 m / Markt PreMF = 3 m) oder auch auf die Sonderprogramme gelegt werden. Mit einer Olympusfestbrennweite kann man an einer Olympus praktisch wie mit einer Leica Q2 arbeiten, indem man schnell und komfortabel zwischen Autofokus und manuellem Zonenfokus wechselt.

Bereich	Blende	øBS (real)	øZK (möglich)	Nah	Fokus in Realität	Entfernung in Kamera	Fern	MPx
1	10	13,53 µm	14 µm	0,7 m	1,0 m	(1,7 m)	2 m	7,4
	8	10,74	11	0,8	1,0		1,4	12,3
	5,6	7,59	8	0,85	1,0		1,2	20,2
	4	5,37	7	0,9	1,2		1,1	20,2
2	10	13,53 µm	14 µm	1,0 m	2,0	(3,4 m)	85 m	7,4
	9	12,05	13	1,1	2,0		10,4	9,7
	8	10,74	11	1,25	2,0		5,1	12,3
	7,1	9,56	10	1,35	2,0		3,9	15,5
	6,3	8,52	9	1,45	2,0		3,3	19,5
	5,6	7,59	8	1,5	2,0		2,9	20,2
	4	5,37	7	1,7	2,0		2,5	20,2
3	8	10,74 µm	11 µm	1,6 m	3,0	(5,5 m)	34 m	12,3
	7,1	9,56	10	1,7	3,0		11,5	15,5
	6,3	8,52	9	1,9	3,0		7,4	19,5
	5,6	7,59	8	2,0	3,0		5,6	20,2
	4	5,37	7	2,3	3,0		4,3	20,2
	2,8	3,80	7	2,5	3,0		3,8	20,2
4	8	10,74 µm	11 µm	1,8	4,0 m	(7,0 m)	Inf.	12,3
	7,1	9,56	10	2	4,0		364	15,5
	6,3	8,52	9	2,2	4,0		19	19,5
	5,6	7,59	8	2,5	4,0		11	20,3
	4	5,37	7	2,9	4,0		6,5	20,2
	2,8	3,80	7	3,1	4,0		5,5	20,2

PS: Die in der Kamera zu hinterlegenden PreMF – Entfernungen wurden experimentell mit Bandmaß ermittelt und sind nur mit der verwendeten Festbrennweite reproduzierbar, d.h. für mein 17mm Objektiv entspricht eine PreMF – Entfernung von 7,0 m in der Kamera einer realen Entfernung von 4,0 m. Für andere Festbrennweiten sind die Werte separat zu ermitteln. Mit Zoomobjektiven funktioniert es nicht bzw. nur mit für einen festdefinierten Zoomwert.

PSS: Die PreMF – Entfernungen können den verschiedenen Sonderprogrammen C1 bis C4 zugewiesen werden. Man stellt die gewünschten Parameter zuerst in der Kamera ein, d.h. beispielsweise

• Modus M (Zeit 1/320″ und Blende 8) bei ISO Auto (bis 6400)
• Fokusmethode PreMF mit eingestellter Entfernung von 1 m (Entfernung in Kamera = 1,7 m)

und weist diese dann über das Kameramenü dem Programm C1 wie folgt zu:

• Menü 1 > Zurücksetzen/ Anwendermodi
  • An Anwendermodus zuweisen
    • Anwendermodus C1
      • Einstellung „Übernehmen“ wählen, was im späteren Betrieb einen dauerhafte Anpassung der Einstellungen des Anwendermodus ermöglicht, wenn man zwischen verschiedenen Anwendermodi hin- und her wechselt und möchte, das die während des Fotografierens vorgenommenen Änderungen erhalten bleiben.

und erhält ein Objektiv, dass einerseits ganz normal mit Autofokus und bei Bedarf als manuell vorfokussiertes Objektiv analog zu Messucherkameras durch Umschalten von M/S/A/P in C1 = 1m / C2 = 2m / C3 = 3m oder C4 = 4 m betrieben werden kann. Mehr braucht man eigentlich nicht. Falls doch kann man für die Normalprogramme M/S/A/P noch einen 5. Wert bei PreMF hinterlegen. Leistungsfähiger als eine Q2 bei der auf der manuellen Enfernungsskala zwischen 2 m und Unendlich keine weitere Differenzierung möglich ist.

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Links:
H. H. Nasse, 2010, Schärfentiefe und Bokeh, Carl Zeiss – Geschäftsbereich Photo-Objektive
https://lenspire.zeiss.com/photo/app/uploads/2018/04/Article-Bokeh-2010-DE.pdf

Erwin Puts, September 2002, Leica M Objektive – Ihre Seele und ihre Geheimnisse, Leica Camera AG
https://www.koecher.it/lib/exe/fetch.php/manuals/leica_m-objektive_-_ihre_seele_geheimnisse_de.pdf

OPTIK – Fehlerfreie Abbildung des Sichtbereichs, Grenzauflösung und MTF
https://www.vision-doctor.com/optische-qualitaet/mtf-aufloesung.html

Arkadiusz Olec 29 January 2019, Olympus M.Zuiko Digital ED 17 mm f/1.2 PRO, LensTip.com
https://www.lenstip.com/554.4-Lens_review-Olympus_M.Zuiko_Digital_ED_17_mm_f_1.2_PRO_Image_resolution.html

Reinhard Wagner, 5. Juni 2020, GfO: Schärfentiefe,
https://pen-and-tell.de/2020/06/gfo-schaerfentiefe/

David Quiles Amat, f/Tools