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Aufbaukurs, Lektion 2

Darf’s ein bisschen mehr sein: 6 Millionen Megapixel

Zur Einleitung gibts diesmal keinen Spargel, sondern eine wahre Geschichte: Am Silvesterabend 2006 waren wir indisch essen (lecker…). Im Restaurant kamen wir mit einem netten Jungen vom Nachbartisch ins Gespräch, weil er die Gruppe dort mit einer Digitalkamera fotografierte. Wir erfuhren, dass er Robin heißt, 9 Jahre alt ist, und seine eigene Digitalkamera habe „6 Millionen Megapixel“!

Nun, Robin ist ein cleverer Junge und kennt sich z.B. mit Astronomie sehr gut aus. Aber bei den Megapixeln ist er ein wenig durcheinandergekommen. Macht aber nix, denn das geht selbst Profis in dem Geschäft manchmal noch so, wie ich im übernächsten Abschnitt zeigen werde. Deshalb erkläre ich hier mal für alle die Sache mit den Pixeln und Megapixeln. Und dazu noch das mit den Sensorgrößen.

Kilo- Mega- Gigapixel

Die Umrechnerei mit „Kilo“ gibt es ja in vielen Bereichen des täglichen Lebens. Der Weg zur Arbeit betägt beispielsweise 8 Kilometer. Wer sagt da schon 8000 Meter? Oder die 500 Gramm Mehl werden auch als 1/2 Kilogramm bezeichnet. Soweit, so einfach. Aber mit den Megas und Gigas tun wir uns manchmal ein bisschen schwerer. Man braucht sie halt nicht so oft. Kaum ein Mensch sagt beispielsweise, die Fahrt in den Urlaub sei 1 Megameter lang gewesen. Unter „1000 Kilometer“ kann man sich viel leichter was vorstellen (nämlich Kreuzschmerzen, quengelnde Kinder auf dem Rücksitz, horrende Benzinrechnungen, massig tote Fliegen auf der Windschutzscheibe, etc.). :-)

Die Umrechnung von Längen-Einheiten funktioniert genauso wie bei den Pixeln:

  • 1000 Pixel sind 1 Kilopixel.
  • 1000 Kilopixel sind 1 Megapixel oder 1 Million Pixel.
  • Und 1000 Megapixel sind 1 Gigapixel.
  • 1000 Gigapixel ergeben ein Terapixel.

Der Begriff „Kilopixel“ hat sich jedoch nicht durchgesetzt. Statt 300 Kilopixel sagt man lieber 0,3 Megapixel – dies ist z.B. die typische „VGA-Auflösung“ von 640×480 Bildpunkten. Und mit Gigapixeln oder gar Terapixeln braucht man als Digitalfotograf gewöhnlich auch nicht rechnen (wenn man mal von diversen Gigapixel-Panoramen absieht, wie z.B. hier von diesem: www.koeln.de/gigapixel). Wer also nicht gerade solche zusammengesetzten Riesenpanoramen erstellt oder bei Google Earth bzw. Streetview arbeitet, kommt mit Giga- bzw. Terapixeln kaum in Berührung. Für den Hausgebrauch reichen die Megapixel völlig aus.

Doch zurück zu Robins Kamera. Hätte sie wirklich „6 Millionen Megapixel“, dann wären dies ja 6000 Gigapixel bzw. 6 Terapixel. Er meinte jedoch die bei Digitalkameras teilweise noch üblichen 6 Megapixel. Ein Foto mit ca. 3000 mal 2000 Pixeln ist ein 6-Megapixel-Bild. 6 Terapixel wären demnach 3 Millionen mal 2 Millionen Bildpunkte, also 6 Billionen Pixel. Welche Speicherkarte soll so eine Datei nur fassen können?

Auch wenn derzeit meist noch mit möglichst hohen Megapixel-Zahlen geworben wird, setzt sich langsam aber sicher die Erkenntnis durch, dass die Bildpunktezahl nicht das Entscheidende ist. Eine 6 Megapixel-Kamera macht unter Umständen bessere Fotos als eine 10 Megapixel-Kamera. Warum das so ist, erläutere ich später.

Saublöd und saubillig

ZeitungsprospektEine Umkehr des Trends zu immer mehr Megapixeln zeigte sich übrigens im Dezember 2006 in einem Zeitungsprospekt. Dort verkaufte der Ich-bin-doch-nicht-blöd-Markt die rechts abgebildete Kamera mit der traumhaften Auflösung von 6,1 Pixel! :-) Einmal abgesehen davon, dass es Zehntelpixel nicht gibt, hat ein Sensor mit 3 mal 2 Bildpunkten natürlich den Vorteil, dass seeeehr viele Bilder auf die Speicherkarte passen. Dem Fotografen verlangt allerdings die Beschränkung auf 3×2 Pixel einiges an Abstraktionsvermögen ab. Hier mal einige Beispiele von (20fach vergrößert dargestellten) Bildern in der 0,000006-Megapixel-Klasse:

Abendhimmel über dem Schwarzen Meer.

Nacht über dem Roten Meer.

Türme des Kölner Doms vor blauem Himmel.

Unvergrößert sehen die 6-Pixel-Bilder übrigens so aus:

Vielleicht kann Robin sein überschüssiges „Mega-“ an den „Fach“markt verkaufen (vielleicht für 1 Megaeuro). Dann passen die Bilder von Robins Kamera auch wieder auf normale Speicherkarten. Und der besagte Markt wird seine Kameras vermutlich besser verkaufen können, wenn sie statt 6,1 Pixeln dann mit 6,1 Megapixeln beworben werden könnten. Beiden wäre also geholfen… :-)

Filmformate und Sensorgrößen

Um den Zusammenhang zwischen Megapixelzahl und Bildqualität besser einschätzen zu können, ist ein Blick auf die üblichen Sensorgrößen von Digitalkameras ganz hilfreich. Ich habe dazu einmal die folgende Grafik vorbereitet. Das Bild zeigt einige der üblichen Aufnahmeformate von analogen und digitalen Kameras. Ich habe mich bemüht, es etwa in Originalgröße erscheinen zu lassen, aber je nach Monitorgröße und -einstellung kann es natürlich sein, dass es größer oder kleiner erscheint (siehe vorige Lektion). Im Zweifel einfach mal ein ungerahmtes Dia oder ein Lineal vor den Bildschirm halten, dann sieht man, ob die Größen in etwa stimmen.

Vergleich verschiedener Film- und SensorgrößenDie Grafik zeigt deutlich, dass es sehr große Unterschiede in der Film- bzw. Sensorgröße verschiedener Kameras gibt. Ein genauerer Blick lohnt sich:

Größenvergleich, 6x7 MittelformatDie beiden blauen Rechtecke der obigen Grafik zeigen zwei typische Mittelformat-Fotoformate. Die Negative oder Dias haben eine Größe von ca. 70 x 60 mm oder 60 x 60 mm. In der Digitalfotografie spielen sie nur im „unbezahlbaren“ Profi-Bereich eine Rolle, auf die ich hier nicht näher eingehe.

Der Name „Mittelformat“ zeigt schon an, dass es auch noch größere Aufnahmeformate gibt. Und auch das Mittelformat ist – wie man deutlich erkennen kann – wesentlich größer als das Kleinbildformat, das ja gerne als „Vollformat“ bezeichnet wird.

6×7-Mittelformatfotos auf Rollfilm haben gewöhnlich eine belichtete Fläche von 56 mal 68 Millimetern. Dies ergibt mit 3808 mm2 eine 4,4fach größere Fläche als die 864 mm2 des Kleinbildformats, das als nächstes vorgestellt wird.

Größenvergleich, Kleinbildformat 24x36mmIn obiger Grafik orange dargestellt ist das bekannte Kleinbildformat von 36 x 24 mm. In diesem Format werden Dias oder Negative in den üblichen „analogen“ Spiegelreflexkameras auf Kleinbildfilm belichtet. Daher habe ich das Filmmaterial mit Perforation ebenfalls dargestellt, was einen Größenvergleich erleichtert.

Einige digitale Spiegelreflexkameras haben einen Sensor, der ebenfalls (fast) diese Größe aufweist (z.B. Canon EOS 5D). Diese Kameras haben daher keinen Crop-Faktor (bzw. „Crop-Faktor 1“), denn sie geben das Bild so wieder, wie es auch eine analoge Kamera mit gleicher Brennweite tun würde. Weil der Sensor (annähernd) die gleiche Größe wie das Kleinbildformat hat, wird dieser Sensortyp häufig als „Vollformat-Sensor“ bezeichnet.

Größenvergleich, APS-C-FormatGrößenvergleich, APS-C-FormatWeitaus üblicher bei digitalen Spiegelreflexkameras ist das sogenannte APS-C-Format, in obiger Grafik durch die beiden grünen Kästchen dargestellt. Die beiden Schwanenfotos rechts zeigen, dass zwischen dem echten APS-C Filmformat mit seinen 25,1 mal 16,7 mm und dem etwas kleineren, was in DSLRs eingebaut wird, auch noch ein gewisser Unterschied besteht, obwohl sich beides „APS-C-Format“ nennt.

Das kleinere der beiden Bilder zeigt die Sensorgröße der Canon EOS 20D und 30D, deren Sensoren 22,5 x 15 mm groß sind, was genau rechnerisch einem Cropfaktor von 1,6 entspricht. In den Kameras Canon EOS 350D und EOS 400D ist der Sensor mit 22,2 x 14,8 mm geringfügig kleiner, was aber in der Praxis nicht auffällt, denn der Cropfaktor liegt auch bei 1,6 (rechnerisch 1,62). Für meine neue EOS 60D wird er mit 22,3 x 14,9 angegeben (also auch Crop 1,6). Da die Unterschiede nicht bedeutend sind, werden alle diese Sensorgrößen mit Cropfaktor 1,5 oder 1,6 als „APS-C-Formate“ bezeichnet.

Sensoren dieser Größe haben gegenüber dem „Vollformat“ mehrere Vorteile: Sie sind preiswerter herzustellen. Auch haben sie weniger Probleme mit Vignettierung (Ecken des Fotos erscheinen dunkler), womit das Vollformat manchmal seine Probleme hat. Durch den kleineren Bildkreis, den das Objektiv aufzeichnen muss (kleinere Sensordiagonale), werden bei Vollformat-Objektiven die kritischeren Randbereiche sozusagen ausgelassen. Auch lassen sich dadurch preiswertere Objektive herstellen, die nur für den kleineren Bildkreis von Kameras mit APS-C Sensor gerechnet sind. Und außerdem freuen sich Tele-Fotografen, wenn sie ein 300mm-Objektiv kaufen und der Blick durch den Sucher fast wie bei einem 500mm-Objektiv aussieht.

Größenvergleich, Four ThirdsEin Stück kleiner als in APS-C-Digitalkameras ist der Sensor bei digitalen Spiegelreflexkameras des Four-Thirds-Standards (und auch bei der neuen Entwicklung Micro Four Thirds). Four Thirds wurde von Olympus und Kodak entwickelt, aber auch andere Hersteller bauen Kameras mit dieser Sensorgröße und nach diesem Standard, nämlich derzeit Panasonic und Leica.

Die Diagonale des FourThirds-Sensors ist nur halb so groß wie im ‚Vollformat‘. Dieser Sensortyp hat daher einen Crop-Faktor von 2. Dies ist zwar einfacher zu rechnen (ein 14-45mm Zoom entspricht beispielsweise einem Kleinbildformat-Zoom mit Brennweite 28-90mm). Wer jedoch gerne Objekte mittels geringer Schärfentiefe vor unscharfem Hintergrund ‚freistellt‘, wird den Cropfaktor von 2 allerdings eher als Nachteil sehen, weil die geringeren Brennweiten und die kleinere Sensorfläche eine höhere Schärfentiefe mit sich bringen.

Da die Bauweise von FourThird-Kameras keine Rücksichten auf ältere ‚analoge‘ Objektive, Objektivbajonette, etc. nehmen musste, sondern eine Neuentwicklung für Digitalkameras war, hat dieses Format einige Vorteile gegenüber digitalen Spiegelreflexkameras mit größeren Sensoren. Auch die Verwendbarkeit von FourThirds-Objektiven der verschiedenen Hersteller ist natürlich sehr praktisch.

Bei den bisher betrachteten Sensorgrößen von Vollformat über APS-C bis zu FourThirds werden die Objektive mit ihrer jeweiligen echten Brennweite angegeben, und es wird zum Vergleich mit dem Kleinbildformat ggf. mit einem Cropfaktor gerechnet. Bei den beiden kleinsten Sensoren in obenstehender Grafik verhält es sich jedoch anders:

Größenvergleich, Kompaktkamera-SensorGrößenvergleich, Kompaktkamera-SensorDiese winzigen Flächen zeigen typische Sensorgrößen gängiger Kompakt-Digitalkameras. In der obenstehenden Grafik habe ich diese Sensoren pink bzw. rot eingezeichnet. Sie haben gerade mal ca. 4×6 bzw. 5×7 Millimeter Kantenlänge, und dies ist in fast allen Kompaktkameras, Superzoomkameras, Bridgekameras, etc. der Fall – von Handykameras wollen wir hier gar nicht reden.

Dem einfallenden Licht steht durch den winzigen Sensor auch nur ein Bruchteil der lichtempfindlichen Fläche zur Verfügung, die die größeren Sensoren von Spiegelreflexkameras einfangen können. Umso stärker muss das Sensor-Signal verstärkt werden, was zu erhöhtem Bildrauschen führt. Dies wird noch deutlicher, wenn man mal die Flächen berechnet. Die winzigen Sensoren kommen gerade mal auf ca. 38 mm2 bzw. 25 mm2. Verglichen mit den ca. 330 mm2 des APS-C-Formates sind sie also ca. 9 bis 13fach kleiner.

Wie im vorletzten Absatz schon angedeutet, wird bei den kleinen Sensoren von Kompaktkameras nicht mit echter Brennweite und Crop-Faktor gerechnet, sondern man gibt die auf Kleinbildformat umgerechnete Brennweite des Objektivs an.

Beispielsweise klebte auf meiner früheren Immerdabei-Kompaktknipse Ricoh Caplio R5 ein fetter Aufkleber mit großen Ziffern 28-200. Aber ein näherer Blick auf die klein gedruckten Zahlen am Objektiv verrät, dass es sich in Wirklichkeit um eine Brennweite von 4,6-33mm handelt. Wenn man 28 geteilt durch 4,6 (oder 200 durch 33) rechnet, erhält man den ungefähren Cropfaktor von 6. Nur der Bildwinkel entspricht einem 28-200-Zoom im Kleinbildformat. Was hingegen die Schärfentiefe betrifft, verhält es sich ganz wie ein 4,6-33mm-Zoom, was es ja auch ist. Es ist also schon schwierig, damit das Motiv vor einem möglichst unscharfen Hintergrund freizustellen, da man maximal eine Brennweite von 33mm (und Offenblende 4,8) zur Verfügung hat.

Mini-Megapixel

Größenvergleich, APS-C-FormatGrößenvergleich, Kompaktkamera-SensorInzwischen gibt es auch Kompaktkameras mit 8, 10 oder gar 14 Megapixeln. Ähnlich viele Megapixel haben auch die aktuellen ‚bezahlbaren‘ Spiegelreflexkameras mit APS-C-Sensor. Was kann man daraus über die Bildqualität schließen?

Machen wir eine (grob vereinfachte, aber im Prinzip dennoch zutreffende) Rechnung: Der kleine Sensor der Kompaktkamera hat nur 1/9 der Größe des Spiegelreflex-Sensors, aber gleich viele Bildpunkte. Jedes einzelne Kompaktkamera-Pixel hat somit auch nur ca. 1/9 der Größe seines Kollegen in der Spiegelreflexkamera. Es bekommt daher im Vergleich zu seinem großen Vorbild auch nur ca. 1/9 des Lichts ab. Demnach muss das elektrische Signal, dass das Mini-Sensorelement erzeugt, auch ca. 9fach höher verstärkt werden. Dabei verstärkt sich bekanntlich das Bildrauschen mit. Eine neunfache Verstärkung entspricht aber mehr als 3 Blendenstufen. Schon im ‚Grundzustand‘ mit niedriger ISO-Zahl (z.B. ISO 100) muss die Kompaktkamera das Signal in etwa so verstärken, als wäre ISO 800 eingestellt. Das ist der Grund, warum Bilder einer modernen Kompaktkamera mit hoher Megapixelzahl viel stärker rauschen als Bilder einer Spiegelreflexkamera mit gleich viel Megapixeln.

Natürlich versuchen die Hersteller der ‚Minimegapixler‘, dieses Problem mit allerlei elektronischen Tricks zu kaschieren. Aufwändige Rauschunterdrückungsberechnungen sollen das Rauschen schon in der Kamera auf ein Minimum reduzieren. Dabei verschwinden allerdings auch feine Details aus dem Foto, wenn die Rauschunterdrückung zu aggressiv zu Werke geht.

Ein Ausweg aus dem Dilemma wäre ein Verzicht auf einige Megapixel. Für die meisten Anwendungen, bei denen überhaupt Kompaktkameras in Frage kommen, reichen 4 bis 6 Megapixel locker aus. Auch die Optiken der meisten Kompaktkameras sind mit höheren Auflösungen schon an der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit. So verwundert es nicht, dass die Tests vieler Fotozeitschriften immer wieder zum Ergebnis kommen, dass mehr Megapixel meist nicht mehr Bildqualität bringen. So heißt es beispielsweise in ColorFoto 1/2007: „Auffällig: die nominelle Pixelauflösung sagt wenig über die tatsächliche Bildqualität aus. Bei der Bildqualität stehen nicht die drei 10-Megapixel-Kameras vorn, sondern zwei […] Modelle mit 6 Megapixeln.“

Vermutlich wird es aber noch einige Zeit dauern, bis die meisten Verbraucher erkannt haben, dass das Megapixel-Wettrüsten vor allem Marketing-Gründe hat. Eine Kamera nur nach ihren Megapixeln zu beurteilen ist etwa ähnlich sinnlos wie z.B. ein Auto nur nach dem Hubraum zu bewerten. Weitere Infos hierzu gibt es auf der sehr interessanten (wenn auch leider nicht weiter aktualisierten) Website www.6mpixel.org.

Kompaktkamera-Rauschvergleich

Ein Vergleich des Bildrauschens von Kompaktkameras zeigt deutlich, dass mehr Megapixel nicht mehr Bildqualität bedeuten. Die obere Bildreihe zeigt 100%-Ausschnitte der 6-Megapixel-Kamera Ricoh Caplio R4 (300×200 Pixel aus einem Bild von 2816×2112 Pixeln), während die untere Reihe 100%-Ausschnitte von der R5 zeigt, die einen 7-Megapixel-Chip hat (3072×2304 Pixel). Links jeweils die ISO-100-Version, rechts war eine Empfindlichkeit von ISO 400 eingestellt:

Obern Caplio R4, unten R5Zwar war dies kein Test unter Laborbedingungen, sondern nur ein privater Vergleich dessen, was die Automatiken dieser beiden Kameras so draufhaben. Aber bezüglich des Rauschens sieht man deutlich, dass die zusätzlichen Pixel der R5 den Nachteil höheren Bildrauschens mit sich bringen. Die R4 war zu diesem Zeitpunkt preiswerter und macht trotzdem die besseren Fotos. Hätte ich die besseren Video-Qualitäten der R5 damals nicht öfters gebraucht, dann wäre ich bei der R4 geblieben. Zumal die R5 auch sonst ein paar kleinere Macken hatte, die bei der R4 noch nicht vorhanden waren. Ein typischer Fall von „Verschlimmbesserung“. Aber was interessiert heute noch die R4 oder R5? Zur Photokina 2008 ist Ricoh bei der R10 angelangt, leider mit 10 Megapixeln. Hätte sie 6 Megapixel, würde ich sie vielleicht kaufen. Leider bekommt man 6-Megapixel-Sensoren inzwischen nur noch in Handys…

Vergleich ISO 100 und 3200Ganz interessant ist auch ein Vergleich der obigen Bilder mit dem Bildrauschen-Vergleich der digitalen Spiegelreflex. Man kann deutlich erkennen, dass die DSLR wegen ihres größeren Sensors selbst bei höheren Empfindlichkeiten wesentlich weniger rauscht. Ihre Ergebnisse selbst bei ISO 1600 können durchaus mithalten bei ISO 400 an allzu megapixeligen Kompaktkameras.

Neben den möglichst rauscharmen Megapixeln (also der Bildgröße) bestimmt noch ein anderer Wert die Qualität eines Digitalfotos bzw. einer Rastergrafik: Die Anzahl der möglichen Farben, auch Farbtiefe genannt. Darum geht es in der folgenden Lektion.

Mittelformat (Rollfilm 6x6) Mittelformat (Rollfilm 6x6) Mittelformat (Rollfilm 6x6)

Mittelformat: Japanischer Garten Bonn auf Rollfilm 6×6

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Anfängerkurs, Lektion 3

Näher ran: Brennweite und Perspektive

Nach den grundsätzlichen Erläuterungen zu Brennweite und Crop-Faktor in der vorigen Lektion wird es nun endlich Zeit für etwas mehr Praxis. Wir wollen untersuchen, inwiefern es einen Unterschied macht, ob ich ein Motiv ’näher ran‘ zoome, oder ob ich die Kamera näher zum Motiv bringe. Dazu habe ich folgende Bildserie aufgenommen, die eigentlich schon fast alles hierzu verrät:

55mm (88mm)
35mm (56mm)
24mm (38mm)
18mm (29mm)
Angegeben sind die jeweils eingestellten Brennweiten des Zoomobjektivs und dahinter in Klammern die Umrechnung auf Kleinbild-Brennweite (Cropfaktor 1,6).

Wir sehen auf allen vier Bildern einen Brunnen mit einer schweren Weltkugel, die auf einem dünnen Wasserfilm schwimmt. Diese Kugel ist auf allen Fotos (fast) gleich groß abgebildet. Doch unterscheiden sich die Brennweiten, mit denen die Bilder aufgenommen wurden. Beim ersten Bild war die Kamera am weitesten entfernt, dafür wurde mit der längsten Brennweite dieses Objektivs (55mm) fotografiert. Nach dem Foto wurde die nächst kleinere Brennweite eingestellt (35mm) und ein paar Schritte in Richtung des Brunnens gegangen, bis die Kugel im Sucher wieder gleich groß erschien. Genauso wurde dann noch für die Brennweiten 24mm und 18mm verfahren. Mit jedem Foto wurde die Brennweite kürzer, aber dafür der Abstand zum Hauptmotiv verringert.

Wenn man die Bilder nun vergleicht, dann sieht man deutlich, dass sich Vordergrund und Hintergrund der Fotos stark unterscheiden. Beim linken Foto, das mit einem leichten Tele aufgenommen wurde, wirkt das Gebäude im Hintergrund (das historische Straßenbahn-Depot Köln-Thielenbruch) vergleichsweise riesig. Je kürzer die Brennweite wird, desto kleiner erscheint das Gebäude. Und das, obwohl die Kamera ja näher dran war!

Perspektive und Motiv-Abstand

Wie kommt es zu dieser Veränderung der Perspektive? Es hat NUR mit dem relativen Abstand zum Betrachter bzw. zur Kamera zu tun, und NICHT mit der Brennweite. Ohne jetzt zu sehr mit optischen Regeln langweilen zu wollen, versuche ich es möglichst einfach zu erklären:

Stellen wir uns vor, wir stehen 2 Meter vor dem Brunnen. Von da, wo wir stehen, sind es 100 Meter bis zu dem Gebäude dahinter. Die echten Zahlen bei der obigen Bilderserie sind natürlich anders, aber mit den angenommen Werten von 2 Metern und 100 Metern wird es deutlicher.

Wenn man sich (ob mit oder ohne Kamera) nun 1 Meter nähert, dann hat man nur noch 1 Meter Abstand zum Brunnen, aber noch immer 99 Meter Abstand zum Gebäude. Es ist klar, dass der Brunnen jetzt wesentlich größer erscheint, da man nur noch halb so weit davon entfernt ist. Zum Gebäude im Hintergrund macht der eine Meter hingegen nicht viel aus – 99 Meter Entfernung oder 100 Meter Entfernung sind mit bloßem Auge wohl kaum zu unterscheiden.

Perspektive und Brennweite

Wieso kann man aber sagen, es habe NICHT mit der Brennweite zu tun? Um dies deutlich zu machen, wenden wir uns noch einmal den Brennweiten-Vergleichsfotos aus dem vorigen Abschnitt zu. Aus zwei Bildern, die ich hier noch einmal zeige, habe ich jeweils einen quadratischen Ausschnitt herausgenommen und so weit in der Größe angepasst, dass sie hier gleich groß erscheinen. Beide Fotos sind vom gleichen Kamerastandort aufgenommen, allerdings mit unterschiedlicher Brennweite:

Brennweite 50mm (80mm)
Bildausschnitt aus 50mm
Brennweite 200mm (320mm)
Bildausschnitt aus 200mm

Deutlich kann man erkennen, dass sich die Perspektive nicht verändert hat. Lediglich die Schärfe und Detail-Auflösung ist natürlich bei dem Foto mit der längeren Brennweite deutlich besser. Die Brennweite beeinflusst also nicht die Perspektive, sondern ’nur‘ die Darstellungsgröße bzw. den Bildwinkel.

Perspektive und Bildgestaltung

55mm (88mm)

Kommen wir noch einmal auf unser Brunnen-Beispiel zurück und vergleichen die längste mit der kürzesten Brennweiten-Einstellung: Bei der Tele-Einstellung erscheint der Abstand zwischen Brunnen und Gebäude kleiner, während die Weitwinkel-Aufnahme die Weitläufigkeit des Platzes betont. Diese unterschiedliche Wirkung kann man sich als Fotograf natürlich kreativ zunutze machen. Wie stark die Eigenschaft von Tele-Brennweiten ist, die räumliche Distanz zwischen Objekten optisch zu verkürzen, zeigt beispielsweise auch das schon im vorigen Abschnitt verlinkte Rom-Foto. Auch wenn es nicht so aussieht, aber bestimmt ist zwischen den einzelnen Gebäuden auf dem Bild Platz für Straßen, etc. Durch das starke Tele wirkt es jedoch fast so, als hätte man jedes Gebäude einzeln fotografiert, ausgeschnitten und dann daraus eine Collage gemacht.

18mm (29mm)

Interessant ist es auch, die Form des Brunnen-Grundsteins auf den beiden rechts gezeigten Aufnahmen zu vergleichen. Aus der Ferne fotografiert (in Tele-Einstellung des Objektivs) hat er eine recht ‚harmonische‘ Form. Demgegenüber bewirkt die (Weitwinkel-)Aufnahme aus der Nähe, dass die vorderen Partien überbetont werden. Ein Effekt, der vor allem bei Portraits und sonstigen Personen-Aufnahmen zu berücksichtigen ist, und der gerne von besonders hippen und coolen Musiksendern überstrapaziert wird. Ein Beispielfoto habe ich mittlerweile dafür auch geschossen: Man kann dies recht deutlich an dem Foto Wallis Bird Double in der Fotogalerie sehen.

Doch nun zum nächsten Thema: Ab Lektion 4 geht es um Schärfe. Automatische und manuelle Scharfstellung, Verwacklungs- und Bewegungsunschärfe, Schärfentiefe, etc. Ein weites Feld mit vielen kreativen Möglichkeiten. Denn oft macht gerade eine gewisse Unschärfe den Reiz eines Bildes aus – besonders dann, wenn sie nicht zufällig entstanden ist, sondern gekonnt eingesetzt wird.

Alien-Perspektive: „Visitors“, Pansevitz 2008

 

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Anfängerkurs, Lektion 2

Der Bildwinkel: Über Brennweite, Weitwinkel, Tele und Zoom

Bleiben wir noch etwas bei Objektiven: Neben der Blende, um die es in Lektion 1 ging, ist eine weitere (und noch wichtigere) Größe zur Unterscheidung von Objektiven die sogenannte „Brennweite“. Sie entscheidet gewissermaßen, ob das Fotomotiv groß oder klein abgelichtet wird. Also, wie nah man etwas ‚heranholen‘ kann, bzw. wie viel Vordergrund und Umgebung mit auf das Foto kommt. Um das Wichtigste, was man zum Thema Brennweite und den dazugehörigen Begriffen (Weitwinkel, Tele, Zoom, etc.) wissen sollte, geht es auf dieser Seite.

Bevor wir uns aber genauer mit diesen Begriffen beschäftigen, sollte man sich jedoch Folgendes klar machen: Auch wenn das Ding vorne an der Kamera „Objektiv“ genannt wird, ist Fotografie eigentlich nur sehr selten wirklich objektiv. Denn schon alleine durch Veränderung des Bildausschnitts kann sich die Aussage und Wirkung eines Fotos gewaltig verändern. Ob ich (wie im Beispiel rechts) ein interessantes Detail an einer Mauer des Bonner Münsters zeige, oder ob ich deutlich mache, wie die Kunst zwischen Bauholz und Dixiklos fast verschwindet, ist hier nur eine Frage der Brennweite bzw. des Bildwinkels des Objektivs.

Ein anderes Beispiel für die unterschiedliche Wirkung zweier Fotos bei gleichem Kamera-Standort sind zwei Fotos auf meiner Rom-Seite. Ob man das Forum Romanum nun mit 28mm-Weitwinkel oder mit 200mm-Tele zeigt, macht einen riesigen Unterschied.

Brennweite

Damit sind wir auch schon bei der Maßeinheit, in der die Brennweite eines Objektivs gemessen wird, nämlich in Millimeter. Je größer die Millimeterzahl der Brennweite, desto ’näher‘ erscheint das Motiv auf dem Foto. Betrachten wir die folgenden Bilder, die den Blick von der Kennedybrücke in Bonn auf den Posttower zeigen: Das linke Foto wurde mit einer Brennweite von 80 Millimetern aufgenommen, das rechte mit 200 mm. Wie bei einer Betrachtung durch ein Fernglas wird bei dem rechten Foto nur ein kleiner Bildwinkel aus der gesamten Szene betrachtet, der dadurch umso größer abgebildet wird:

Vergleich 80mm und 200mm Brennweite

Der Begriff „Brennweite“ erinnert an den „Brennpunkt“ einer Linse (Vergrößerungsglas), mit der man vielleicht früher im Physikunterricht oder Pfadfinderlager versucht hat, nur durch das Sonnenlicht ein Stück Papier zu entzünden. Und tatsächlich hat die Brennweite eines Objektivs etwas mit dem Abstand des Brennpunktes zu tun. Darauf wollen wir jetzt hier jedoch nicht näher eingehen.

Wichtig für den Fotografen ist vielmehr die Tatsache, dass der Bildeindruck, also wie ’nah‘ oder ‚fern‘ das Motiv auf dem Foto erscheint, nicht nur von der Brennweite des Objektivs abhängig ist, sondern auch von der Größe des Films bzw. des Bildsensors der Kamera.

Dies kann man sich ganz einfach klar machen, wenn man das Bild rechts betrachtet: Stellen wir uns vor, das Bild rechts wäre mit einem ganz normalen „Kleinbildfilm“ aufgenommen worden, der Dias bzw. Negative im üblichen Format von 24 mal 36 Millimetern erzeugt. Die Brennweite des Objektivs wurde so gewählt, dass auf dieser Filmfläche von 24x36mm das gesamte Motiv (also das Schiff und der Posttower) abgebildet wird – angedeutet durch den aufgehellten Bereich des Fotos.

Wenn nun jemand in die gleiche Kamera mit der gleichen Objektiv-Brennweite einen kleineren Film mit einer Größe von 15 mal 22,5 Millimetern einlegen würde (mit einiger Bastelarbeit wäre das durchaus möglich), dann hätte er logischerweise trotz gleicher Brennweite nur den mittleren Bildausschnitt auf seinem Film. Die äußeren Bereiche würden also einfach fehlen und weder der Posttower noch das Schiff wären komplett im Bild.

Würde man aber nun hingehen und von beiden Fotos je einen Abzug im Format 10x15cm bestellen, dann sähe das Bild mit dem kleineren Negativ-Format so aus, als sei das Motiv von der Kamera ’näher‘ abgebildet. In Wirklichkeit ist es aber nur im Fotolabor stärker vergrößert worden. Genausogut hätte man von dem 24×36-Negativ einen größeren Abzug bestellen können und dann mit der Schere die Randbereiche abschneiden können.

Genau das gleiche geschieht übrigens in den meisten Digitalkameras: Der Bildsensor ist fast immer kleiner als die Filmfläche eines Kleinbildfilms – im obigen Beispiel um den Faktor 1,6 (24/15 bzw. 36/22,5). Dadurch entsteht der Eindruck, als sei mit einer größeren Brennweite fotografiert worden, was allerdings nicht zutrifft, obwohl sich dafür der irreführende Begriff „Brennweiten-Verlängerungsfaktor“ eingebürgert hat. Am Objektiv und seiner Brennweite ändert sich ja nichts, egal ob man es an eine analoge oder digitale Spiegelreflex-Kamera ansetzt. Passender finde ich daher den englischen Begriff Crop-Faktor, denn „to crop“ bedeutet so viel wie „beschneiden“ oder zuschneiden eines Fotos – und dies trifft wesentlich genauer, was durch den kleineren Bildsensor mit dem Foto geschieht.

Die folgende Tabelle zeigt 6 Aufnahmen auf Negativfilm und 6 Aufnahmen mit einer Digitalkamera, deren Crop-Faktor 1,6 beträgt (Canon EOS 20D). Es wurden jeweils Fotos mit einer Objektiv-Einstellung von 28, 35, 50, 80, 135 und 200mm Brennweite gemacht. Deutlich ist zu erkennen, dass das Motiv auf der Digitalkamera-Bildern bei gleicher Brennweite des Objektivs deutlich näher erscheint. Beispielsweise zeigt bereits das 50mm-Bild der Digitalkamera sozusagen den gleichen Bildausschnitt wie das 80mm-Bild auf Kleinbildfilm. Kein Wunder, denn wenn man die 50mm mit dem Cropfaktor von 1,6 mulipliziert, kann man ganz einfach ausrechnen, dass es einem Bildeindruck von 80mm auf Kleinbildfilm entspricht. Dieses Beispiel habe ich in der Tabelle rot markiert. Auch die grün bzw. blau gekennzeichneten Bildpaare zeigen jeweils einen fast gleichen Bildausschnitt trotz unterschiedlicher Brennweite – wegen des Crop-Faktors von 1,6.

Brennweite Kleinbildfilm-Format
Negativgröße 24×36 mm
EOS 60D/500D-Format
Bildsensorgröße 15×22,5 mm
28 mm Brennweite 28mm 28mm KB x 1,6 ≈ 45mm
35 mm Brennweite 35mm 35mm KB x 1,6 ≡ 56mm
50 mm Brennweite 50mm 50mm KB x 1,6 ≡ 80mm
80 mm Brennweite 80mm 80mm KB x 1,6 ≡ 128mm
135 mm Brennweite 135mm 135mm x 1,6 ≡ 216mm
200 mm Brennweite 200mm 200mm x 1,6 ≡ 320m

Normalobjektive

Wenn man die obenstehenden Kleinbildfilm-Fotos vergleicht, dann stellt man leicht fest, dass die Brennweite von 50mm wohl am ehesten unseren normalen Sehgewohnheiten entspricht. Die Bilder darüber (mit kleinerer Brennweite) zeigen einen größeren Bildwinkel, als man gewöhnlich mit den Augen bewusst und scharf wahrnimmt, ohne die Augen zu bewegen. Und die darunter stehenden Bilder (mit größerer Brennweite) wirken zunehmend ‚wie durch ein Fernglas fotografiert‘.

Objektive, deren Darstellung der menschlichen Wahrnehmung am ähnlichsten sind, werden daher „Normalobjektive“ genannt. Für Kleinbildfilm, was ja die mit Abstand weitverbreitetste Filmgröße ist, hat ein Normalobjektiv eine Brennweite von ca. 50mm. Bei einer Kamera wie der Canon EOS 20D mit einem Crop-Faktor von 1,6 entpricht eine Brennweite von ca. 31mm am ehesten dem Normalobjektiv. Die üblichen Brennweiten von 28 oder 35 mm sind an dieser Digitalkamera also als Normalobjektive anzusehen.

Weitwinkelobjektive

Wie oben schon angedeutet, werden Objektive mit einer kürzeren Brennweite als Normalobjektive als „Weitwinkel-Objektive“ bezeichnet. Sie nehmen einen wesentlich größeren Bildwinkel auf das Foto, wodurch gerade Motive im Hintergrund oft winzig klein erscheinen.

Teleobjektive

Als „Tele-Objektive“ bezeichnet man Objektive mit Brennweiten, die deutlich größer als bei Normalobjektiven sind. Dadurch wird der Bildwinkel kleiner (wie beim Blick durch ein Fernrohr), aber dafür erscheinen die Objekte auch größer, wirken also ’näher‘.

Zoomobjektive und Festbrennweiten

Als Festbrennweite wird die Weite oder Entfernung bezeichnet, bis zu der sich Fettspritzer aus einer heißen Pfanne noch auf dem Herd festbrennen. :-)

Scherz beiseite, es geht ja hier um Fotografie: Es gibt Objektive mit jeweils einer festen Brennweite, also beispielsweise ein 50mm Normalobjektiv, oder ein 200mm Teleobjektiv. Und es gibt Zoom-Objektive, bei denen sich die Brennweite durch Drehen oder Schieben eines Einstellringes am Objektiv verstellen lässt. Bei Sucherkameras wird der Zoom, also die Veränderung der Brennweite, meist über eine Wipptaste bedient, die einen Motor im Objektiv steuert.

Hauptvorteil von Zoomobjektiven ist natürlich die Flexibilität im Alltag. Alle 12 Bilder in der obigen Brennweiten-Vergleichstabelle wurden beispielsweise mit einem einzigen (wenn auch einem nicht besonders guten und leicht defekten) Zoom-Objektiv aufgenommen. Die Brennweite lässt sich daran von 28mm bis 200mm stufenlos verstellen. Daher sind die Zwischenschritte oben auch nicht ganz genau. Auch wenn ich mich bemüht habe, das Objektiv beispielsweise auf 135mm einzustellen, kann es durchaus sein, dass es z.B. nur 130mm sind. Dies spielt aber im fotografischen Alltag nur selten eine Rolle.

Auch Kostengründe sprechen für Zoom-Objektive. Das eine Zoom war deutlich günstiger als der Kauf von 6 oder mehr verschiedenen Festbrennweiten.

Allerdings haben Zoomobjektive auch gewisse Nachteile. Dazu gehören meist eine etwas reduzierte Abbildungsqualität, beispielsweise weniger Lichtstärke (also eine kleinere Maximalblende), leichte Verzerrungen bei manchen Brennweiten-Einstellungen (Tonnen- bzw. Kissenverzerrung), leichte Abdunklungen an den Bildrändern, etc. Eine gute Festbrennweite zu konstruieren ist wesentlich einfacher als ein gutes Zoom-Objektiv. Dennoch haben die Zooms in den letzten Jahren technisch gewaltig aufgeholt, so dass viele Fotografen heute lieber raus- und reinzoomen als ständig Objektive zu wechseln.

Bei Zoom-Objektiven wird der Brennweiten-Bereich angegeben, innerhalb dessen sie sich verstellen lassen, und oft auch noch das Verhältnis von größter zu kleinster Brennweite. Mein Sigma-Zoom (mit defektem Autofokus und Blenden-Problemen an der EOS 20D) hat beispielsweise einen riesigen Brennweitenbereich von 28-200mm, also ungefähr einen 7fach-Zoom. Ein Objektiv mit 35-105 nennt man Dreifachzoom, eines mit 35-350 ein Zehnfachzoom.

Daraus lässt sich folgern, dass ein Begriff wie ‚Dreifachzoom‘ noch nicht besagt, ob es sich um ein Weitwinkel-, Tele- oder Universalzoom handelt. Denn sowohl ein 15-45mm Weitwinkelzoom als auch das genannte 35-105mm Universalzoom oder ein 100-300mm Telezoom sind alles Dreifachzooms, wenn auch in völlig unterschiedlichen Brennweitenbereichen.

Vor- und Nachteile des Crop-Faktors

Bevor wir das Thema ‚Brennweite‘ verlassen, noch ein paar Worte zum oben erklärten Crop-Faktor, den die meisten digitalen Spiegelreflexkameras aufweisen:

Für Paparazzi und Tierfotografen ist der Crop-Faktor natürlich eine tolle Sache: Sie kaufen sich beispielsweise ein Teleobjektiv mit 300mm Brennweite, und es zeigt die fotoscheuen Adligen bzw. Gelbschwanzlibellen fast wie ein 500er Tele.

Wer allerdings auf echte Weitwinkel-Objektive angewiesen ist, dem macht der Crop-Faktor eventuell zu schaffen: Denn je kürzer die Brennweite, desto teurer i. A. die Objektive – zumindest dann, wenn sie so konstruiert sind, dass sie bei ihrer kurzen Brennweite dennoch das komplette Kleinbildfilmformat belichten können. Daher hat beispielsweise Canon begonnen, Objektive zu bauen, die nur für Digitalkameras mit verkleinertem Chip geeignet sind.

Wenn man jedoch ein ’normales‘ Objektiv an eine Kamera mit Crop-Faktor setzt, erfordert dies von dem Objektiv eine höhere Schärfe. Denn die 8 Megapixel der EOS 20D ’schauen‘ ja gewissermaßen nur durch den mittleren Bereich des Objektivs auf die Außenwelt, und sie sitzen wesentlich dichter zusammen. Daher muss dieser Bereich höher auflösen, als wenn sich die 8 Megapixel über die Fläche von 24x36mm verteilen würden.

Andererseits machen beispielsweise Objektivfehler wie Abdunklungen oder Unschärfen in den Randbereichen, die nicht selten bei Zoom-Objektiven auftreten, an einer Digitalkamera mit verkleinertem Bildsensor nicht so große Probleme. Denn die Ränder, wo die Probleme auftreten, werden ja einfach nicht mitbelichtet.

Nachdem wir nun auf dieser Seite gesehen haben, dass eine größere Brennweite das Motiv ’näher‘ heranholt, stellt sich natürlich die Frage: Welchen (fotografischen) Unterschied macht es, ob ich per Objektiv heranzoome, oder ob ich den ‚Zweibein-Zoom‘ :-) benutze und die Kamera ‚zu Fuß‘ näher zum Motiv bringe? Dies ist das Thema der Lektion 3: Brennweite und Perspektive.

Weitwinkel und Tele: Wallis Bird Worms 2007