Foto-Grundlagen: Auflösung von Sensoren und Filmen

Immer wieder treffe ich auf Artikel, wo Äpfel mit Birnen verglichen werden. Dies hat mich zu diesem Artikel veranlasst und ich versuche mich so einfach wie möglich auszudrücken.

Auflösung

Die Auflösung ist die Menge an Informationen, die ich mit einem Sensor, oder einem Film aufnehmen kann, also die Anzahl der Bildpunkte in einer bestimmten Farbe, oder Grauschattierung. Vergrößere ich diese Menge an Bildpunkten, bekomme ich nicht mehr Bildpunkte, sondern vergrößere lediglich diese vorhandenen Bildpunkte. Diese Bildpunkte werden aber unterschiedlich berechnet.

Sensoren

Bei Sensoren werden immer Anzahlen in Megapixel angegeben, nur hier werden alle einzelnen Sensorenelemente gezählt. Bei den meissten Sensoren hat man jeweils 3 Sensorenelemente für einen farbigen Bildpunkt, die als Triplette wie ein Kleeblatt angeordnet sind. Jeweils einen für die Grundfarben RGB (Rot, Grün, Blau), die dann zusammen den eigentlichen Bildpunkt ergeben. Dies kann man sich mit einer Lupe an einem Farbfernseher ansehen, wo es in die andere Richtung Verwendung findet. Diese Megapixelanzahl kann man also getrost erst einmal durch 3 teilen.

Etwas andere Wege gehen einige Sensoren der Leica M-Serie. Dort ist in der Mitte der Triplette (Kleeblatt) ein weiterer, kleinerer Sensor für Graustufen. Man muss also in diesem Fall durch 4 teilen. Auch gibt es in der M-Serie eine Monochrom mit speziellen Schwarz/Weiss-Sensoren (ohne Bayermaske, die die Pixel den einzelnen Farben zuordnet), bei denen alle Elemente des Sensors einzelne Bildpunkte in Graustufen liefern. Nur in diesem Fall ist Sensorelement = Bildpunkt.

Der Foveon-Sensor, der in den Sigma-Cameras verbaut ist, geht etwas andere Wege, hier liegen die einzelnen Sensoren für die Farbwerte, wie bei einem Farbnegativfilm, übereinander, werden aber trotzdem einzeln gezählt.

Für Cameras mit Farbsensoren, die Farbbilder in Schwarz/Weiss-Bilder umrechnen können, gilt das Gleiche, wie für die Farbcameras. Hier werden schlichweg Farbwerte in Graustufen umgerechnet.

Kurz gesagt, bei einer 12 Megapixelkamera hat man 12.000.000/3 = 4.000.000 effektive Bildpunkte im RAW-Format. Dies kann man sich dann selbst für Sensoren mit 15, 18, 20.4, 24 Megapixeln usw. ausrechnen. Verschiedenen Komprimierungsformen reduzieren diese noch weiter. Ein weiterer Artikel über verschiedene Komprimierungsverfahren soll noch folgen.

Filme

Bei Filmen wird die Auflösung in lp/mm (Linienpaare pro Millimeter) gerechnet. Ein Linienpaar sind zwei Linien nebeneinander, die man deutlich unterscheiden kann. Übersetzen könnte man dies mit 2 Pixel. Einige Beispiele aus Datenblättern:

Nun rechnen wir mal nach:

Dabei sind noch nicht einmal die Plattencameras mit Planfilm berücksichtigt.

Wofür brauche ich dies?

Dies ist jetzt die Kernfrage und damit wird deutlich, dass Äpfel mit Birnen verglichen werden.

Digitale Aufnahmen

Wie man sieht habe ich bei digitalen Aufnahmen eine deutlich geringere Auflösung und damit einen deutlich geringeren Informationsgehalt. Dafür sind sie sofort verfügbar, lassen sich problemlos digital weiter verarbeiten und kosten zunächst einmal wenig bis nichts. Die Auflösung ist immer noch höher, als die gängiger Monitore. Dies kann man bei Beispielaufnahmen auf meinen Seiten summilux-25mm und zuiko-12mm sehen. Klickt man auf die betreffende Briefmarke erhält man das Foto 1 zu 1 Bildpunkt zu Bildschirmpunkt.

Skaliert man diese Bilder herunter (wie in den Briefmarken) geht Information verloren. Genauso geht Information bei verschiedenen Komprimierungsverfahren, wie z.B jpg verloren. Dort werden Pixel mit gleicher Information zusammengefasst und die Farben gestaucht. Dies umso mehr, je stärker man komprimiert. Dafür spart man dann Plattenplatz. Damit sind die skalierten Vergleichsbilder in den Foto-Foren eigentlich überhaupt nicht mehr aussagekräftig, da die Skalierung stärker verfremdet, als die Unterschiede der verglichenen Objektive ausmacht.

Analoge Aufnahmen mit Film

Das Ergebnis an Farbumfang und Auflösung ist deutlich höher. So habe ich einmal einen Dia-Vortrag mit 6*6 Dias vom Deutschen Alpenverein über eine 8000er Besteigung im Audi-Max auf einer Leinwand in Breitwand und einer Höhe über zwei Stockwerke gesehen. Gestochen scharf, kein Korn zu sehen und Sichtweiten von 140km. Ein Erlebnis!

Nur dies erkauft man sich mit einigem Aufwand. Die Aufnahmen sind nicht sofort verfügbar, sondern müssen erst einmal entwickelt werden. Damit kann man die Aufnahmen auch nicht sofort beurteilen und der Materialpreis kann auch beachtlich werden. Die Aufnahmen kann man nicht digital weiter verarbeiten, denn dazu müssen sie erst einmal gescannt werden, was wiederum stark verlustbehaftet ist. Ich hatte mit meiner Voigtländer Bessa und dem 15mm Objektiv auf einem Kleinbilddia einen Weg in einem Rapsfeld fotografiert. Auf dem Dia waren die Rapsblüten einzeln aufgelöst. Ich wollte einen Poster-großen Abzug davon haben und bin von einer echten Vergrößerung ausgegangen. Leider wurde das Dia gescannt und der Abzug war ein Print und die einzelnen Rapsblüten waren nur noch gelber Matsch. Eigentlich mochte ich dieses Poster gar nicht mehr leiden. Im Büro war es dann aber doch noch besser, als die Betonwand.

Kann ich die Möglichkeiten überhaupt ausnutzen?

Wie man am Beispiel der Rapsblüten sieht, ist das Ergebnis nur so gut wie das schwächste Glied in der Kette. Nehmen wir einen klassischen analogen Abzug. Da haben wir folgende Komponenten:

Spielt eine der Komponenten nicht mit, dann habe ich Verluste. Nehme ich z.B. als Aufnahmeobjektiv ein KMZ Industar-50, dann hat dies einen tollen Vintage-Effekt, löst aber nur 38 lp/mm auf. Ein Film der höher auflöst, wäre völlig verschwendet. Genauso kann es ein zu einfaches Vergrößerungsobjekiv sein dass nicht genug auflösen kann. Dabei sage ich nicht billig, denn ein einfaches Rodenstock Trinar kann bei einem Preis von unter 100 Euro laut Datenblatt bereits bei einer Blende von 5,6 locker 100 lp/mm vergrößern und damit mehr als andere wesentlich teurere Fernostprodukte mit deutlich mehr als 3 Linsen. Zuletzt kommt dann noch das Fotopapier. Es gibt Papiere, die gerade mal 8 lp/mm (dann allerdings bereits vergrößert) auflösen. Ersetzt man Vergrößerungsobjektiv und Papier durch Scanner und Printer, sieht die Bilanz noch schlechter aus. Einfacher ist da noch der Diaprojektor. Der ist zwar aus der Mode, aber mit einem guten Objektiv immer noch die beste Methode die Fotos in vollem Umfang zu geniessen.

Nicht umsonst schreibt der Hersteller des Gigabitfilms in seinen Unterlagen, dass die Ansprüche bei Verwendung dieses Films dramatisch ansteigen und damit beträchtliche Folgekosten nach sich ziehen.

Wozu brauche ich was?

Hier kommt es darauf an die jeweilige Stärken auszunutzen. Sehen wir es mal militärisch. Eine Aufklärungsdrohne (die es bei der Bundeswehr als Aufklärungsrakete bereits vor über 40 Jahren gab), bzw. ein Jagdbomber in einer Recee Mission (Reconnaissance = Aufklärung) -- wie die Tornados im Kampf gegen den IS -- kann mit einem 6*6 hochauflösenden S/W-Film ausgerüstet sein und macht in Intervallen Fotos. Diese Filme werden nach der Rückkehr entwickelt und dann die Vergrößerungen ausgewertet. Da ist es ein einfaches Spiel einen Tischtennisball auf dem Rasen als solchen zu erkennen.

Anwendungsfall 2. Eine Drohne ist mit einem digitalen Sensor ausgerüstet. Die Auflösung ist zwar um Längen schlechter, aber sie kann die Daten als Video in Echtzeit an eine Bodenstation funken, die sofort darauf reagieren kann. So konnte z.B. Barack Obama live am Bildschirm dabei sein, als Osama bin Laden aufgespürt wurde. Kurz gesagt militärisch wird beides ergänzend genutzt.

Sehen wir es mal zivil. Wenn es nur darauf ankommt, dass man Tante Frieda beim Kaffetrinken erkennen soll, oder das Frühstück auf Facebook posten möchte, braucht man keine Camera, sondern nur ein Handy, dass in eher mittelprächtiger Auflösung mit großer Tiefenschärfe (durch das kleine Format und der kurzen Brennweite) die Sache aufnimmt. Fotografische Glanzleistungen kann man damit nicht machen und dies erwartet auch keiner.

Nächster Schritt wäre eine kompakte Digitalcamera. Damit ist man bereits wesentlich besser aufgestellt, als mit dem Handy, ist aber meist durch kreative Programme in der eigentlichen Fotografie stark eingeschränkt. Die kleine Kiste folgt ihren Programmen und nicht Deinen Ideen.

Kommen wir zu den digitalen Spiegelreflexcameras und den spiegellosen Cameras mit Wechselobjektiven. Allerdings haben diese oft kleinere Sensoren. Da gibt es Cameras mit Vollformat, also dem Kleinbildformat zu Profipreisen, Cameras wie meine Nikon D80 mit dem kleineren APS-C Format und Cameras mit Halbformat, also die Hälfte vom Kleinbild, wie meine Olympus Pen. Dies bedingt erst einmal einen Crop-Faktor. Dies bedeutet, dass das Objektiv nur ein kleineres Feld belichten muss. Das Normalobjektiv (der Bildwinkel, den ein Mensch normalerweise sieht) ergibt sich aus der gerundeten Bilddiagonalen als Brennweite in mm. Also ist das Normalobjektiv einer Mittelformat 6*6cm Camera 80mm. Einer Kleinbildcamera 50mm, einem APS-C Sensor 30mm und bei Halbformat 25mm. Jetzt kann ich immer downsizen aber niemals upsizen. D.h. ich kann ein Mittelformatobjektiv an eine Kleinbildcamera adaptieren und habe dann bei einem 80mm Normalobjektiv an der Kleinbild ein hervorragendes Portraittele, allerdings auch einen großen Klopper an meiner Kleinbildcamera. Bei der Nikon ist es noch einfacher, denn die F80 hat das gleiche Bajonett wie die D80. Für welches Format das jeweilige Objektiv gebaut ist, erschliesst sich z.B. bei den Sigma Objektiven für Nikon an den Baureihen DG und DC. DG ist etwas größer und für Kleinbild-Film und Vollformat optimiert und nutzt dieses bei optimaler Auflösung voll aus. Sie lassen sich ohne Probleme an die D80 mit dem APS-C Sensor anschliessen, man muss nur größer denken, da der Sensor kleiner ist. Die DC-Serie ist für den APS-C Sensor optimiert. D.h. sie muss nicht mehr als die Fläche des APS-C Sensors ausleuchten. Dies würde bei Kleinbild vignetieren. Das Objektiv muss nicht wesentlich stärker auflösen, als die auf dem Markt befindlichen Sensoren. Damit kann das Objektiv kleiner und billiger ausfallen, als das für Kleinbild optimierte. Es ist also qualitativ schlechter, aber trotzdem völlig ausreichend für diese Camera. Ein Problem ergibt sich nur bei der Verwendung von Weitwinkelobjektiven der DG Reihe an einer DC-Camera. Ein 35mm Weitwinkel des Kleinbildformates ist bereit ein leichtes Tele beim APS-C-Sensor, für den das Normalobjektiv 30mm Brennweite hätte. Extreme Weitwinkelobjektive für Kleinbild wären nur leichte Weitwinkel beim APS-C Sensor.

Betrachten wir die Sache nun Ergebnis-orientiert

Will ich Tante Frieda beim Kaffeetrinken dokumentieren, oder mit einem Selfi beweisen, dass ich einen Promi getroffen habe, oder mich bei einer Sehenswürdigkeit befunden habe, dann reicht völlig ein Handy und der künstlerische Anspruch ist gleich Null.

Will ich einfach nur einen Blechschaden, oder eine Verkabelung dokumentieren, bzw. die vor einer Sehenswürdigkeit aufgestellte Familie ablichten, reicht völlig eine kompakte Digicam. Auch hier ist der künstlerische Anspruch eher dürftig.

Will man im Wesentlichen seine Fotos am Computerbildschirm, oder am Ferseher betrachten. Die Fotos digital für Dokumentationen, oder für das Internet weiter verarbeiten, kann man je nach Anspruch eine digitale Compactcamera, eine Bridgecamera, oder eine SLR-Camera verwenden.

Will man künstlerisch wertvolle große Abzüge von Aufnahmen bei schwierigen Lichtverhältnissen, oder ungewöhnlichen Perspektiven machen, dann ist wohl analoger Kleinbildfilm angesagt. Dabei kann man dann zwischen einer eher sperrigen Spiegelreflex, oder einer kompakten Kleinbildcamera wählen. Beispiel Bergsteigen: Da habe ich so manches mal eine Spiegelreflex im Rucksack mitgeschleppt und klasse Aufnahmen vom Einstieg und am Gipfel gemacht. Dazwischen war sie zu unhandlich. Diese Lücke hat dann eine kompakte Kleinbildcamera geschlossen, die leicht zugänglich in der Jackentasche war. Beide haben schöne Dias gebracht.

Will man jetzt professionell Modeaufnahmen, Bilder für große Plakate usw. machen führt kein Weg an Mittelformatcameras und Rollfilm vorbei. Nur wer macht dies schon täglich? Ich habe zwar vor lauter Stolz Babyaufnahmen meiner Kinder im Mittelformat gemacht, aber ehrlich gesagt hatte Kleinbild völlig ausgereicht.

Alles lässt sich noch steigern und so kann man mit einer Mittelformatcamera, Stativ und einem Shift und Tilt Objektiv noch den optische Mittelpunkt verschieben und nach Scheimflug stürzende Linie bei der Aufnahme entzerren. Da sind wir jetzt aber bei den höchsten Ansprüchen.

Naja ich habe von allem etwas. Ich muss aber auch sagen, dass ich mir viel öfter kleine Fotoalben mit Abzügen, als Bilder am Computer ansehe und diese damit präsenter sind. Die eigenen Ansprüche für eine bestimmte Aufnahmesituation muss jeder für sich selbst definieren und rechtfertigen.

Probleme mit der Entwicklung und der Vergrößerung von Filmen

Mit der starken Abnahme der analogen Filme, wird das Service-Angebot verschwindend gering. Viele Groß- und Kleinlabore machen zu, die verbleibenden verringern das Angebot und erhöhen drastisch die Preise.

Es macht keinen Sinn, wenn ich in einem Großlabor einen Farbnegativfilm für 4 bis 5 Euro entwickeln lasse, der Film dort im Standard mit 75dpi gescannt wird und das Ergebnis dann im besten Fall digital belichtet wird. Noch schlechter wäre ein Print auf sogenanntem Fotopapier mit Tintendruckern, dessen Tinte in kurzer Zeit ausbleicht. Ein Scann mit 150dpi, oder gar 300dpi wäre dann schon eine teure Sonderleistung. Ein Trommelscan in etwa der Filmauflösung wird dann von einem Speziallabor für ca. 70 Euro pro Negativ angeboten. Wie gesagt, wir sprechen hier über Kleinbild und Farbnegativ mit C41 Entwicklung.

Noch schwieriger wird es mit Diafilm. Den Kodachrom-Prozess bekommt man nach meinen Informationen in Deutschland gar nicht mehr entwickelt. Den E-6 Prozess bekommt man noch mit viel Wartezeit in 2 bis 3 Großlaboren entwickelt. Wie es mit Abzügen aussieht versuche ich noch herauszufinden.

Schwarz-Weissfilme kann man eigentlich nur noch selbst entwickeln. Naja ganz so schwierig ist es in der Dose nicht und der Feinkorn-Ausgleichsentwickler Neofin-blau ist noch zu bekommen. Schwieriger wird es mit den Abzügen. Da gibt es die Möglichkeit die Abzüge als Farbnegativ-Abzüge machen zu lassen, oder professionelle Schwarz-Weisslabore mit Profi-Preisen von 20 bis 30 Euro pro Handabzug eines Bildes. Ich habe zwar noch ein eingemottetes Fotolabor, aber den Keller bekomme ich nicht sauber genug und das Badezimmer nicht lichtdicht. Damit wird es wohl weiter eingemottet bleiben. Da kann man nur versuchen bei Kursen Zugang zu noch bestehenden Laboren (z.B. an Hochschulen) zu bekommen.

Will ich jetzt die alte Qualität für Mittelformat-Rollfilme haben, werden die Probleme noch um einen wesentlichen Faktor größer.