Repetitorium OPTIK 11: Praktische Objektivprüfung

In der letzten Folge haben wir uns mit der Prüfung der Leistungsfähigkeit von Objektiven auseinandergesetzt und gesehen, dass das Prinzip der Modulationsübertragungs-Funktion den einzig verlässlichen Vergleichswert bietet. Das Verfahren, an das sich alle Objektivhersteller halten, ist nach DIN und ISO normiert. Zu bemängeln ist höchstens, dass die meisten Objektivhersteller keine allgemein zugänglichen Kurven veröffentlichen. Für den Endverbraucher ist jedoch nicht die Bilderbuchkurve wesentlich, sondern vielmehr das praktisch erreichbare Bildresultat.

 

Praktische Mängel der MTF

Die Modulationsübertragungs-Funktion eines Objektivs macht zwar die bestmöglichste Qualitätsaussage über dessen Qualität, sagt jedoch letztlich nichts über die Qualität des endgültigen Bildes aus. Eingerechnet werden müssen noch die Auflösungsmöglichkeiten des Filmmaterials bzw. des Bildsensors, des Vergrösserungsobjektivs, der Kontrastfaktor des Printmaterials und – nicht zu vergessen – die Übertragungsfähigkeit des menschlichen Auges, das schliesslich das Bild betrachtet.

Das Auge weist bei gleichmässigen Strukturen und ausreichendem Betrachtungslicht einen Modulationsübertragungs-Faktor von 1 bei 8 Linienpaaren pro Millimeter auf. Zu bedenken ist jedoch, dass jeweils ein vergrössertes Bild betrachtet wird und daher die Übertragungsfähigkeit des Objektivs um ein Vielfaches höher sein muss!

Den oft gehörten Einwand, ein Objektiv liesse sich grundsätzlich nicht prüfen, indem man damit fotografiere, erachte ich persönlich als nicht korrekt, selbst wenn dann natürlich sämtliche Unzulänglichkeiten mitberücksichtigt werden. Aber was nützt mir ein hervorragendes Objektiv, wenn der Hersteller dazu eine Kamera verkauft, deren Scharfeinstellhilfen und deren Mattscheibe unpräzis montiert sind oder wenn das Auflagemass zwischen Objektivfassung und Kamerabody nicht hundertprozentig stimmt?

Am besten geben Sie sich auf Schärfefragen mit eigenen Vergleichsaufnahmen selber Antwort. Dazu ist es günstig, wenn Sie sich eine immer gleich bleibende Testanordnung schaffen, denn wirklich praxisnahe Aussagen machen nur Vergleichsaufnahmen. Wählen Sie dazu in der Nähe Ihres Wohnorts ein Objekt aus, z. B. einen Kirchturm oder ein Haus. Jedenfalls sollte das Testobjekt neben feinen Kontrastdetails auch viele Grauwerte von Hell bis Dunkel aufweisen. Für die Aufnahmen wählen Sie am besten einen Tag mit bedecktem Himmel aus. Machen Sie Ihre Testaufnahmen immer auf einem stabilen Stativ vom gleichen Standpunkt aus und verwenden Sie immer dieselben Arbeitsblenden. Neben der richtigen, gemessenen Belichtungszeit machen Sie jeweils noch vier Belichtungsvarianten mit halber, viertel, doppelter und vierfacher Zeit. Das beste Negativ oder den besten Datensatz werten Sie genügend stark vergrössert aus.

Um bei einem Schärfetest nicht wetterabhängig zu sein und um auch kleinere Unterschiede klar ersichtlich zu machen, haben Sie mit Marchesi’s modifizierten Balkenmiren (siehe weiter unten) ein recht brauchbares Testobjekt für kleinere Aufnahmedistanzen zur Verfügung.

 

Testtafeln

Es gibt im Handel eine Anzahl Testtafeln mit unterschiedlichen Figuren wie wir sie schon in Folge 10 kurz erwähnt haben. Grundsätzlich fotografiert man solche Testtafeln unter normalen Praxisbedingungen in einer Aufnahmedistanz, für welche die praktische Leistung des Objektivs ermittelt werden soll. Da Testtafeln eine beschränkte Grösse aufweisen, lässt sich damit natürlich nur in einem relativ beschränkten Distanzbereich arbeiten. Für einen Test mit Unendlich-Einstellung eignen sich solche Tafeln nicht. Verwenden Sie zu diesem Zweck den oben erwähnten Kirchturm in Ihrer Umgebung.

Es ist auch nicht unbedingt notwendig, sich für teures Geld eine Testtafel zu kaufen. Oft genügt einfach eine Seite aus einer gut gedruckten Zeitschrift oder ein Plakat, die neben unterschiedlich grossen Schriften auch mindestens ein Halbtonbild enthalten. Der Nachteil der meisten Testtafeln wie Siemensstern oder Balkenmiren liegt nämlich im Kontrast. Es handelt sich um Strichvorlagen die rein schwarz und weiss sind. Man kann damit eigentlich nur prüfen, wie sich ein Objektiv bei Vorlagen mit hohem Kontrast verhält. In der Aufnahmepraxis fotografieren wir jedoch Sujets, die selbstverständlich aus Halbtönen bestehen und solche werden unter sonst gleichen Umständen mit geringerer Auflösung dargestellt als Strichvorlagen.

 

Marchesi’s modifizierte Testtafel

Ich habe aus diesem Grund eine Standard­-Testtafel entsprechend modifiziert. Es handelt sich um Balkenmiren, von denen ich ein in Glas geäztes Original im Kleinformat habe. Es ist eine Durchsichtsvorlage, welche normalerweise als Testobjekt auf einer optischen Bank zum Einsatz kommt. Ich habe dieses Objekt entsprechend vergrössert auf Papier kopiert. Die einzelnen Kopien sind in unterschiedlichem Kontrast gehalten und zu einer Aufsichtstafel zusammenmontiert. Sie finden für Ihre Zwecke eine Datei dieser Tafel unter diesem Link (sowie alle weiteren hier beschriebenen Testvorlagen).

Die Dateien sind in einer Auflösung von 300 dpi für das Format 18 x 23 cm sowie 150 dpi für das Format 36 x 45 cm vorhanden. Abhängig vom Endformat Ihres Druckers verwenden Sie die passende Datei wahlweise als PDF- oder TIFF-Datei. Drucken Sie die Testtafel am besten mit Ihrem Fotodrucker aus. Die Miren sind horizontal und senkrecht angeordnet und ermöglichen dadurch auch eine Aussage über das astigmatische Verhalten des Objektivs.

Marchesi’s modifizierte Testtafel

 

 

 

Testaufnahme

Montieren Sie die Testtafel in der zu prüfenden Aufnahmedistanz an eine Wand und fotografieren Sie diese (absolut rechtwinklig) bei gleichmässiger diffuser Beleuchtung einmal in der Bildmitte und einmal in einer Bildecke. Dadurch können Sie den Qualitätsabfall von der Bildmitte bis zur Ecke beurteilen. Da das Eckbild etwas dunkler dargestellt wird, lässt sich auch eine verlässliche Aussage über die Vignettierung machen.

Wiederholen Sie die Aufnahme mit unterschiedlichen Blendeneinstellungen, um zu erfahren, welches für diesen Abbildungsmassstab die praktisch erreichbare Förderliche Blende (siehe Folge 5) ist. Beachten Sie, dass Sie trotz den Zahlenangaben auf der Testtafel keine Rückschlüsse auf das effektive Auflösungsvermögen des Objektivs machen können; die Resultate sind lediglich für den visuellen Vergleich brauchbar. Aber das genügt in der Regel.

Mit Testtafel-Aufnahmen lassen sich einzelne optische Fehler nur bedingt feststellen. Sind horizontale und vertikale Strukturen unterschiedlich scharf, deutet dies zwar auf einen verbliebenen astigmatischen Fehler hin. Ob ein genereller Schärfeabfall jedoch durch ein chromatisches Fehlverhalten erzeugt wurde, können Sie mit diesem Test nicht mit letzter Sicherheit feststellen.

Selbstverständlich müssen Sie bei den Testaufnahmen Erschütterungen ausschliessen und daher ein stabiles Stativ verwenden und den Verschluss wenn möglich mit einem Draht- oder Kabelauslöser betätigen. Bei Spiegelreflexkameras sollte der Spiegel vor dem Auslösen des Verschlusses bereits aufgeklappt sein.

 

Lange Aufnahmedistanzen

Wie erwähnt, eignen sich Testtafeln natürlich nicht für den Einsatz bei grossen Aufnahmedistanzen (Entfernungseinstellung Unendlich). Ich verwende dazu, wie oben bereits erwähnt, ein Kirchturmsujet mit Turmuhr, das sich in unmittelbarer Nähe meines Studios befindet. Auch in diesem Fall fotografiere ich den gewählten Ausschnitt einmal in der Bildmitte und einmal in der Bildecke. Vorzugsweise verwende ich zum Test einen Tag mit bedecktem Himmel, um eine gleichmässige Ausleuchtung zur Verfügung zu haben und die Testresultate nicht durch allzu hohe Kontraste zu verfälschen. Sie wissen ja: Je höher der Kontrast der Vorlage, umso besser ist das Auflösungsvermögen der Optik.

 

Verzeichnungstest

Verzeichnung ist neuerdings wieder ein Thema, da es für digitale Kameras mit Bildempfangssensoren kleiner als 24×36 mm teilweise äusserst preisgünstige Vario-Objektive gibt, bei welchen eine weitgehende Verzeichnungsarmut oft nur bei einer einzigen Brennweiteneinstellung erreicht werden kann. Das ist in der digitalen Fotografie nicht besonders schlimm, weil es unter dem Bildbearbeitungskrösus Photoshop (und anderen) einen entsprechenden Korrekturfilter gibt: Objektivkorrektur. In diesem Filter können unter dem Reiter «Eigene» neben Verzeichnung zusätzlich chromatische Aberration und Vignettierung auch nachträglich korrigiert werden.

Korrekturmöglichkeiten in Photoshop mit dem Filter «Objektivkorrektur»

Trotzdem: Manchmal ist es gut zu wissen, in welcher Brennweiteneinstellung welche Verzeichnungsart eintritt und wie stark sich eine solche auswirkt. Der Test ist einfach: Fotografieren Sie eine rechtwinklige Vorlage – wenn möglich eine solche aus Karopapier – formatfüllend. Sie sehen am Bildresultat sehr rasch ob die Vorlagenränder kissen- oder tonnenförmig verzogen sind. Beim Test mit grossen Aufnahmedistanzen können Sie auch eine rechtwinklige Plakatwand, eine Hauswand, ein grosses Fenster oder ähnliche Objekte als Testtafel verwenden. Bei Spiegelreflexkameras lässt sich eine Verzeichnung oft schon im Sucher feststelle. Nur weiss man dann natürlich nicht, ob die Verzeichnung vielleicht gar nicht vom Objektiv, sondern vom Okular herrührt …

 

Test chromatische Aberration

Ein wesentliches Element der chromatischen Aberration ist die Farbvergrösserungsdifferenz. Das Ausmass dieser Differenz lässt sich mit Hilfe der unten abgebildeten Testtafel leicht ermitteln. Da die chromatische Korrektur in der Bildmitte bei den meisten Objektiven sehr gut gelingt, muss dieser Test nur in einer Bildecke gemacht werden.

Für die Testaufnahme wird die Kamera auf das Stativ montiert und die Schärfe auf die Testtafel perfekt eingestellt. Es müssen auf dasselbe Bild drei nacheinanderfolgende Aufnahmen gemacht werden. Für die erste Teilaufnahme wird die Vorlage mit einer mattschwarzen Pappe auf der rechten Seite abgedeckt, so dass nur der mit ROT bezeichnete linke Drittel freiliegt. Die Aufnahme erfolgt durch einen strengen roten Selektionsfilter. Für die zweite Aufnahme wird eine zweite schwarze Pappe haargenau von links an die erste Pappe angelegt und die zuerst verwendete Pappe nach rechts verschoben, so dass nun nur das mittlere Feld GRÜN der Testtafel freiliegt. Die Aufnahme erfolgt jetzt durch einen grünen Selektionsfilter. Schliesslich wird die linke Pappe präzis an den Rand der rechten Pappe verschoben und diese entfernt. Frei liegt jetzt nur der rechte Drittel mit der Bezeichnung BLAU. Die Aufnahme erfolgt durch einen blauen Selektionsfilter. Die Testaufnahme ist somit durch drei Einzelbelichtungen mit unterschiedlichen Spektralanteilen des Lichts entstanden. Weist das Objektiv keine Farbvergrösserungsdifferenz auf, sind im Resultat die horizontalen Linien durchgehend. Liegt jedoch eine Abweichung vor, sind die Linien verschoben. Beachten Sie bei der Belichtungsbestimmung für Ihre drei Teilaufnahmen, dass die zu verwendenden Auszugsfilter (Selektionsfilter) unterschiedliche Verlängerungsfaktoren haben können.

Ideal sind dazu die Kodak Wratten Gelatinefilter 47 Blau, 58 Grün und 25 Rot. Allerdings dürften solche oder andere Farbfilter für die ursprüngliche analoge Fotografie heute schwierig zu beschaffen sein. Ausweichen kann man auf die preisgünstigen Farbfolien Lee Farbfilterset PARA64 Set mit 4 Stück 24 x 24 cm, welche eigentlich für den Beleuchtungseinsatz angeboten werden.

Testvorlage für Farbvergrösserungsdifferenz

 

Auflösungsvermögen

Möchte man trotz des bei den Balkenmiren Gesagten eine ungefähre Angabe über das Auflösungsvermögen in Linienpaaren pro Millimeter erhalten, muss man auf frühere Testobjekte zurückgreifen. Der Siemensstern – so genannt, weil ihn früher Siemens für Objektivmessungen verwendet hat – dient lediglich zum visuellen Vergleich. Je höher das Auflösungsvermögen ist, umso kleiner ist auf dem Testfilm der Durchmesser, der sich im Zentrum des Siemenssterns bildenden Graufläche. Grundsätzlich könnte man diese Graufläche ausmessen und damit das Auflösungsvermögen in Linien pro mm berechnen. Da solche Messungen aber meist sehr ungenau ausfallen, wollen wir uns mit einem visuellen Vergleich begnügen.

Siemensstern

Die Foucault’schen Miren hingegen sind ein Hilfsmittel, das uns auch zu Hause genügend genaue Auskunft über die Anzahl aufgelöster Linien gibt (allerdings nur für Objekte mit hohem Kontrast, was die Aussagefähigkeit für die normale Halbtonfotografie ebenfalls relativiert!). Fotografieren Sie bei Ihrem Test die Testtafel mit einer Aufnahmedistanz, die 30-mal grösser ist als die verwendete Objektivbrennweite (also z. B. 1,5 m bei Verwendung eines 50-mm-Objektivs).

 

Foucault’sche Miren

Für visuelle Vergleiche vergrössern Sie vom verarbeiteten Datensatz den Siemensstern heraus – immer mit dem gleichen Vergrösserungsmassstab. Mit Hilfe der Foucaultschen Miren können Sie das für Ihre praktische Arbeit gültige Auflösungsvermögen zahlenmässig ermitteln. Betrachten Sie dazu die Datei bei etwa 50-facher Vergrösserung. Wählen Sie das Miren-Quadrat aus, auf dem die Trennung der Linien gerade noch deutlich erkennbar ist und merken Sie sich die Quadratnummer. Das Auflösungsvermögen in Linien pro mm errechnet sich dann mit der nachstehenden Formel:

Berechnung der Auflösung mit den Foucault’schen Miren

 

Körnigkeit / Rauschen

Selbstverständlich ist die Auflösung nicht nur vom Objektiv abhängig, sondern ebenso vom Auflösungsvermögen des Filmmaterials bzw. des Bildsensors. Wir alle wissen, dass bei hochempfindlichen Filmen eine bedeutend höhere Körnigkeit auftritt als bei niedrigempfindlichen. Auch in der digitalen Fotografie kennen wir eine Art Körnigkeit; wird dort die Empfindlichkeit elektronisch hochgeschraubt, spricht man von Rauschen. In beiden Fällen tritt natürlich ebenfalls eine beträchtliche Auflösungsverringerung ein.

Körnigkeitsvergleich zwischen einem niedrigempfindlichen und einem hochempfindlichen Film bei ca. 10facher Vergrösserung.

 

Körnigkeitsvergleich zwischen niedrig-, mittel- und hochempfindlichem Film bei ca. 25facher (Messkeil) und 250facher (Graufläche) Vergrösserung.

© by Jost J. Marchesi

In der 12. und letzten Folge am nächsten Freitag geht es um Wissenswertes zu optischem Glas.

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Folge 1: «Licht, das «Rohmaterial» der Fotografie» (28.05.2021)
Folge 2: «Lichtausbreitung, Reflexion und Absorption» (04.06.2021)
Folge 3: «Wie das Licht gebrochen wird» (11.06.2021)
Folge 4: «Abbildungsverhältnisse und Perspektive» (18.06.2021)
Folge 5: «Schärfe und Unschärfe» (25. Juni 2021)
Folge 6: «Kanteneffekt, Streuung und Polarisation» (02.07.2021)
Folge 7: «Objektiv – das Auge der Kamera» (08.07.2021)
Folge 8: «Bild-, Format- und andere Winkel» (16.07:2021)
Folge 9: «Chromatische und sphärische Aberration» (23.07.2021)
Folge 10: «Astigmatismus und Bildfeldwölbung» (30.07.2021)