Logo
 

 

Auflösungsvermögen

Digital und Analog im Vergleich

Als Auflösungsungsvermögen oder Auflösung bezeichnet man in der Fotografie die Fähigkeit eines Objektivs, Films oder Sensors, bestimmte kleinste Strukturen noch wiedergeben zu können. Bei Digitalkameras hängt die Auflösung vor allem vom Kamerasensor und vom verwendeten Objektiv ab. Da die ersten Digitalkameras Sensoren mit einer relativ geringen Auflösung hatten, kamen ständig neue Gehäuse auf den Markt, die deutliche Vorteile gegenüber den Vorgängermodellen hatten. Inzwischen sind die Sonsorauflösungen deutlich höher als die Auflösungen der meisten Objektive. Die Industrie versteht es jedoch, Amateurfotografen immer wieder von der Notwendigkeit eines Kamerawechsels zu überzeugen.

Nachteile hochauflösender Sensoren

Je höher die Pixeldichte auf einem Sensor ist, desto höher ist physikalisch bedingt das Bildrauschen. Als Bildrauschen bezeichnet man die Verschlechterung eines digitalen bzw. elektronisch aufgenommenen Bildes durch Störungen, die keinen Bezug zum eigentlichen Bildinhalt, dem Bildsignal, haben. Die störenden Pixel weichen in Farbe und Helligkeit von denen des eigentlichen Bildes ab. Dabei wird zwischen dem Farbrauschen (Abweichung von der Farbe) und dem Luminanzrauschen (Abweichung von der Helligkeit) unterschieden. Besonders hoch ist das Bildrauschen bei Kameras mit kleinem Sensor und hoher Auflösung.

Aufgrund der hohen Pixeldichte kommt es bei schlechten Lichtverhältnissen zu starkem Rauschen. Höhere Filmempfindlichkeiten entsprechen bei Digitalkameras höheren Signalverstärkungen, wodurch auch das Rauschen verstärkt wird. Das Rauschen zeigt sich im Bild durch fehlfarbige Pünktchen in Farbflächen und durch Helligkeitsschwankungen in dunklen oder hellen Bildbereichen sowie durch ausfransende Umrisslinien.

Hohe Sensorauflösungen führen also zu stärkerem Bildrauschen, das mit einer kamerainternen Rauschunterdrückung reduziert werden muss. Durch die Rauschunterdrückung kommt es zum Detailverlust und damit zu einer Reduzierung der Bildschärfe. Vorteilhaft ist die hohe Pixeldichte hingegen in Bezug auf den Moiré-Effekt. Das gilt jedenfalls für den Bayer-Sensor, der mit einem Schachbrett- ähnlichen Farbfilter überzogen ist. Beim Faveon- Sensor von Sigma liegen die unterschiedlichen Farbsensoren nicht nebeneinder, sondern übereinander. Der Faveon- Sensor hat keine Farbmoirés und die Bildschärfe ist schon bei geringer Pixelanzahl recht hoch. Der X-Trans-Sensor von Fujifilm verwendet ein Pixelmuster, das komplexer ist als das eines Bayer- Sensors. Der Moiré-Effekt wird minimiert, insbesondere Moirés in einzelnen Farben. Fuji-Kameras mit dem X-Trans Sensor verzichten deshalb auf einen Anti- Aliasing- Filter. Die messbare Auflösung wird für mehrere Farbbereiche verbessert, wodurch sich die Gesamtauflösung verbessert. Fujifilm behauptet unter anderem, dadurch mit Sensoren im APS-C-Format die Auflösung von Vollformatsensoren zu erreichen.

Theoretisch liegt die (maximale) optimale Auflösung bei einem Vollformatsensor bei etwa 12 Megapixel. Einige Profikameras neuester Produktion haben deshalb genau diese Auflösung. Im Internet gibt es Vergleiche einer 12-MP- Vollformat- Kamera mit der 24-MP- Ausführung der selben Kamera, die keinen relevanten Unterschied in der Auflösung bei niedriger ISO-Zahl zeigen, allerdings deutliche Vorteile der 12-MP-Kamera bei hohen ISO-Zahlen. Der Trend geht aber zu immer höheren Auflösungen, und in Tests schneiden die hochauflösenden Kameras sehr gut ab. Letztlich entscheidet der Qualitätsanspruch, welche Auflösung bei einer bestimmten Sensorgröße noch vertretbar ist. Ein Four- Thirds- Sensor mit einer Auflösung von 16 MP hat die gleiche Pixeldichte wie ein (KB-) Vollformat- Sensor mit 62 MP! Porträt-Fotografen sollten schon wegen der geringen Tiefenschärfe, die kleine Sensoren mit sich bringen, eine Kamera mit großem Senor wählen.


Rauschen bei einem Smartphone-Foto
Beispiel: Kleiner Sensor, hohe Pixeldichte, hohe ISO-Zahl, starkes Bildrauschen


Modulations-Übertragungsfunktion MTF

Wir haben bereits gelernt, dass man in der Digitalfotografie unter dem Auflösungsvermögen die kleinste Struktur versteht, die der Kamerasensor noch wiedergeben kann. Zur Ermittlung des Auflösungsvermögens werden Testaufnahmen von Strichmustern angefertigt, die in der Regel schwarz-weiß sind. Das Strichmuster besteht aus vertikalen Linien, deren Abstand und Dicke nach rechts abnehmen. Die Ermittlung des Bildauflösungsvermögens erfolgt durch Abzählen der noch erkennbaren Anzahl von Strichintervallen pro Millimeter. Der ermittelte Wert wird auch Modulationsübertragungsfunktion (MTF) genannt.

Die linke Hälfte des unteren Bildes zeigt die Vorlage. So sähe auch das ideale Foto des Strichmusters aus. In der Realität erhält man jedoch ein Foto, wie es in der rechten Hälfte des Bildes zu sehen ist. Die Linien sind unscharf und verschmieren nach rechts hin immer mehr. Als Äuflösung wird nun der kürzeste Abstand definiert, den zwei Linien haben dürfen, um noch als zwei getrennte Linien gesehen werden zu können. Aus diesem Abstand ergibt sich die Anzahl der Linien pro Millimeter. 

Mit einem solchen Strichmuster werden nur Werte in Bezug auf Hell-Dunkel-Kontraste geliefert. Zur Ermittlung der Auflösung von vielfarbigen Strukturen sind mehrfarbige Vorlagen erforderlich.

Linienpaare MTF


Auflösung einiger Filme und Sensoren

Bei Filmen wird die Auflösung in Linienpaaren pro Millimeter angegeben. Bei Kamerasensoren wird oft die Anzahl der Pixel als Auflösung angegeben. Die tatsächlich vom Sensor erreichte Auflösung hängt jedoch nicht nur von der Anzahl der Pixel ab. Auch die Größe des Bildsensors und die von der Kamera zur Verarbeitung der Bildsignale verwendete Hard- und Software haben Einfluss auf die Auflösung. Eine Messung der tatsächlich physikalisch vorhandenen Auflösung kann nur über eine differenzierte Messmethode ermittelt werden.

Um Sensoren unterschiedlicher Größe miteinander vergleichen zu können,multipliziert man den ermittelten Auflösungswert (Linienpaare pro Millimeter) mit der Sensorhöhe. In der nachfolgenden Tabelle sind drei Filme aufgeführt, deren Auflösungswert zwecks Vergleichbarkeit mit der Filmhöhe multipliziert wurde.


Kamera / FilmAuflösung bei ISO 100Rauschen bei ISO 1600Rauschen bei ISO 3200DR bei ISO 800
Kodak Ektar 100ca. 2.000 Linienpaarenicht zutreffendnicht zutreffend10 Blendenstufen
Fuji Provia 100 Fca. 2.800 Linienpaarenicht zutreffendnicht zutreffend8 Blendenstufen
Kodak T-Max 100ca. 4.000 Linienpaarenicht zutreffendnicht zutreffend12 Blendenstufen
Sony Nex-61.379 Linienpaaregutgut9,7 Blendenstufen
Sony A7s1.286 Linienpaaresehr gutsehr gut9,7 Blendenstufen
Sony A7R II2.448 Linienpaaresehr gutgut10,0 Blendenstufen
Fujifilm X-T11.795 Linienpaaresehr gutsehr gut11,3 Blendenstufen
Canon EOS 750D1.753 Linienpaaregutgut9,3 Blendenstufen
Canon EOS 5D III1.751 Linienpaaresehr gutsehr gut10,0 Blendenstufen
Canon EOS 5Ds R2.722 Linienpaaresehr gutsehr gut9,0 Blendenstufen
Nikon 1 V21.323 Linienpaarebefriedigendbefriedigend7,7 Blendenstufen
Nikon D800E2.313 Linienpaaresehr gutsehr gut9,0 Blendenstufen
Olympus E-M5 II1.679 Linienpaarebefriedigendbefriedigend11,3 Blendenstufen
Panasonic GH51.905 Linienpaaresehr gutgut10,3 Blendenstufen
Pentax K5 II1.375 Linienpaaresehr gutgut9,0 Blendenstufen
Pentax 645Z2.389 Linienpaaresehr gutsehr gut10,0 Blendenstufen
Samsung NX12.087 Linienpaaresehr gutbefriedigend9,7 Blendenstufen


Auflösung von Kameraobjektiven

Viele Digitalkameras werden zusammen mit einem Zoom-Objektiv verkauft. Hochwertige Kit-Objektive haben oft ein Auflösungs-Vermögen von weniger als 14 Megapixeln, und zwar im Bildzentrum. Am Bildrand sind es dann oft nicht einmal 8 Megapixel. Einfache Kit-Objektive liegen noch weit darunter. Auflösungen von mehr als 20 MP sind in der Regel nur mit sehr guten und teuren Festbrennweiten zu erreichen.

Neben der geringeren Auflösung haben einfache Objektive auch einen geringeren Kontrastumfang und höhere Abbildungsfehler (Verzeichnungen, Farbsäume, Blendenflecken, etc.) als hochwertige. Andere Faktoren sind Lichtstärke, Fokosierungs- Geschwindigkeit und mechanische Qualität. Es ist deshalb oft sinnvoller, in ein besseres Objektiv zu investieren, als in ein neues Kameragehäuse. Sonst erhält man statt mehr Bildinhalt nur eine größere Datenmenge.

Sinnvolle Kameraauflösungen: MFT-Kamera: 8 MP (12 MP), APS-C-Kamera: 12 MP (18 MP), Vollformat-Kamera: 24 MP (36 MP). Nur die besten Objektive erreichen diese Auflösung. Eine Stufe höher (der Wert in Klammern) mag noch in Ordnung sein, da aufgrund der höheren Pixelzahl das Bild schärfer erscheinen kann, auch wenn es nicht mehr Details enthält. Außerdem gibt es einige Ausnahme-Objektive auf dem Markt, die zumndest in der Bildmitte höher auflösen. Viele Fotos schauen jedoch unschön aus, wenn das Bildzentrum scharf ist, der Bildrand aber nicht. Eine APS-C-Kamera mit mehr als 18 MP oder eine Vollformat-Kamera mit mehr als 36 MP zu kaufen macht keinen Sinn. Eine gute Auswahlhilfe bei Objektiven bietet die Seite Pixel Peeper.


Auflösung einiger Vollformat-Objektive

Nachfolgend als Beispiel die Auflösung einiger Objektive an der Canon EOS 5D Mark II. Nur die hochauflösenden Objektive bringen an einer höher auflösenderen Kamera noch bessere Werte.

Objektivf2,8 Zentrumf2,8 Randf8 Zentrumf8 Rand
Canon EF 85mm 1,2 L II USM1.262 LP904 LP1.171 LP1.074 LP
Sigma 85mm f1,4 DG HSM Art1.207 LP1.109 LP1.164 LP1.146 LP
Sigma 35mm 1.4 DG HSM Art1.180 LP999 LP1.153 LP1.094 LP
Samyang 35mm 1,4 AS UMC
1.200 LP891 LP1.186 LP1.098 LP
Canon EF 50mm 1,8 I1.110 LP723 LP1.044 LP1.058 LP
Sigma 50mm 2,8 EX DG Makro
809 LP745 LP1.140 LP1.075 LP
Sigma 14mm 2,8 EX1.083 LP519 LP1.112 LP715 LP
Samyang 24mm 1,4 ED AS IF UMC1.018 LP774 LP1.135 LP1.058 LP
Canon EF 200mm 2L IS USM
1.127 LP1.036 LP1.170 LP1.165 LP

Die Auflösungs-Werte für Kameras und Objektive sind unterschiedlichen Tests entnommen. Da die Testverfahren nicht genormt sind, sollten alle Angaben nur als Schätzwerte verstanden werden. Alle Angaben ohne Gewähr.



Welche Auflösung brauche ich? Oder: Weniger ist manchmal mehr!

Kamerahersteller wollen Kameras verkaufen, und Fotozeitschriften wollen Anzeigen verkaufen. Das sollte kritisch machen, zumindest insofern, dass man Aussagen beider Gruppen auf ihren Wahrheitsgehalt überprüft. Dazu fehlt es vielen Gelegenheits- Fotografen jedoch an Wissen. Deshalb wollen wir an dieser Stelle mal diskutieren, welche Auflösung überhaupt erforderlich ist. Wir haben gesehen, dass hohe Pixeldichten problematisch, und hochauflösende Objektive teuer sind. Je höher die Auflösung gewählt wird, desto größer sollte der Sensor sein. Das wiederum bedingt größere und schwerere Kameragehäuse und Objektive und verursacht höhere Kosten. Es macht also Sinn, eine Kamera mit nur der Auflösung zu kaufen, die man auch benötigt.

Wer seine Fotos ausschließlich mit digitalen Medien betrachtet, also auf dem Monitor, dem Fernseher, oder mit einem Beamer, braucht bei HD eine Auflösung von 1920 x 1080 Pixeln. Eine 3 Megapixel- Kamera genügt. Wer einen großen 4k-Fernseher hat, oder einen teuren 4K-Beamer, braucht eine Auflösung von 3840 x 2160 Pixeln. Das ist die vierfache Anzahl an Pixeln, es genügt also eine 10-MP-Kamera mit 3888 x 2593 Pixeln. 

Die höchsten Auflösungen benötig man für Fotoabzüge. Bei geringem Betrachtungsabstand sollte die Auflösung eines Fotos maximal 300 dpi haben. Höhere Werte sind nutzlos, weil der erhöhte Detailreichtum von unseren Augen nicht wahrgenommen werden kann. Bei zunehmendem Betrachtungsabstand nimmt der benötigte dpi-Wert ab. Für Wandbilder und Fotoausstellungen hat sich die Größe 30 x 45 cm bewährt. Ein Bild von 30 x 45 cm hat bei 300 dpi eine Aufösung von etwa 5.000 x 3.500 Pixeln, was einer Kameraauflösung von 18 MP entspricht. Da man ein Wandfoto normalerweise nicht von ganz nah anschaut, reichen 16 MP vollkommen aus. Aber denken Sie daran: Eine hohe Kameraauflösung allein ist keine Garantie für einen hohen Detailgrad beim Ausdruck. Eine rauschfreie 12-MP-Kamera mit einem guten Objektiv liefert detailreichere Bilder als eine 24-MP-Kamera mit einer starken Rausch- Unterdrückung oder einem schlechten Objektiv. Die Bilder einer guten 12-MP-Vollformat-Kamera kann man bei einem normalem Betrachtungs- Abstand ohne weiteres auf 45 x 70 cm vergrößern. 

Einen Vorteil digitaler Kameras möchte ich noch erwähnen: Aus mehreren, sich überlappenden Hochformat-Aufnahmen, kann man am Computer ein Foto mit der doppelten Kameraauflösung erstellen. Oder Panorama- Aufnahmen mit der drei- oder vierfachen Kamera- Auflösung. Man erspart sich durch diese Technik sogar ein Super- Weitwinkel- Objektiv. Die Bildqualität ist auch besser, da längere Brennweiten weniger Verzeichnungen haben. Ein Stativ ist empfehlenswert. Spezielle Panorama- Köpfe ermöglichen sogar mehrzeilige Aufnahmen. Zumindest bei Architektur- und Landschafts- Aufnahmen kommt man so zu sehr hochauflösenden Fotos, die man aber extrem selten benötigt.

Quelle: Wikipedia, Chip, Traumflieger


Zusammenfassung und Schlussbemerkung

Die tatsächlich von der digitalen Kamera erreichte Auflösung hängt von mehreren Faktoren ab. Neben der Anzahl der Pixel spielen auch die Pixedichte und die von der Kamera zur Verarbeitung der Bildsignale verwendeten Hard- und Software eine wichtige Rolle. Größere Sensoren liefern bei gleicher Auflösung eine bessere Bildqualität. Bei den besten Systemkameras begrenzt das Objektiv die reale Auflösung.

Unter optimalen Bedingungen können die besten KB-Diafilme mit einer 20-MP-Kamera mithalten. In der Praxis kommt es durch nicht optimale Filmentwicklung, falsche Lagerung und geringe Objektiv- Güte oft zu deutlich schlechteren Ergebnissen. Beim Scannen eines Dias, auch mit einem  hochwertigen Diascanner, kommt es zu einem weiteren Qualitäts- Verlust. Deshalb entsprechen Scans von ISO-100-Dias je nach Qualität und Filmmaterial nur der Auflösung einer 6-10 MP Kamera. Bei hohen ISO-Zahlen sind digitale Kameras den analogen deutlich überlegen. Digitale Vollformat-Kameras übertreffen analoge Mittelformat-Kameras. Digitale Mittelformat-Kameras übertreffen Großformat- Kameras, sind jedoch extrem teuer und haben nicht die Verstellmöglichkeiten einer Fachkamera. Digitale Fachkameras sind selten und extrem teuer.

Gebrauchte virtuelle Trommelscanner (Imacon Flextight) sind inzwischen bezahlbar geworden. Damit lassen sich Filme bis zu einer Größe von 13 x 18 cm scannen. Ein Kleinbild-Film wird mit 5000 dpi gescannt, was eine Bildgröße von etwa 7000 x 4700 Pixel ergibt. So hoch löst ein normaler Diafilm nicht auf, trotzdem ist die Bildquälität besser als beim Nikon Coolscan. Ein 4x5" Planfilm wird mit einer Auflösung von 2040 dpi gescannt, ein 5x7" Planfilm mit nur 1600 dpi. Die Bildgröße beträgt in beiden Fällen etwa 10.000 x 7500 Pixel. Im Vergleich dazu liefert die 36-MP-Kamera Sony A7r eine Bildgröße von 7.360 x 4.912 Pixeln. Wer digitale Fotos braucht, ist mit einer digitalen Kamera besser bedient, als mit einer analogen. Die Projektion über einen Dia-Projektor schlägt noch immer jeden digitalen Beamer. Schwarz-Weiss-Negativfilme sind weiterhin unerreicht. Wer Schwarz-Weiß fotografiert und selber entwickelt, kann dem technischen Fortschritt entspannt entgegen sehen und sich über das gesparte Geld freuen.


Merke:

Ein guter Fotograf macht mit einer alten Kamera bessere Fotos, als ein schlechter Fotograf mit einer hochmodernen.

Die Liste der besten Fotografen der Welt ist lang. Keiner von Ihnen hatte eine teure Digitalkamera.

Einen Profi-Fotografen erkennt man am Stativ, und nicht an seiner Kamera.

Wer fotografiert, hat keine Zeit, die Bedienungsanleitung zu lesen.

pixel