Eigenschaften von Objektiven und Definition von Bildqualität
Hohe Schärfe & Auflösung, geringe Farbsäume, eine kaum sichtbare Verzeichnung und eine geringe Randabdunkelung sind Kriterien guter optischer Bildqualität von hochwertigen Kamera-Objektiven… SO EINFACH IST ES LEIDER NICHT!!!
Die Definition von einer guten Bildqualität kann mitunter sehr unterschiedlich ausfallen. So heißt es, dass eine gute Bildqualität gegeben ist, wenn die Abbildungsleistung hoch ist. Letztere ist als das Vermögen eines Objektivs, ein Bild in hoher Güte liefern zu können, definiert. Doch auch diese Definition ist schwammig. So ist nicht klar, was eine hohe Güte überhaupt sein soll. Ist eine schöne Abbildung von hoher Güte? Sicherlich ist dies auch so, allerdings lässt sich Schönheit schlecht vermessen. Ist dann eine Abbildung mit möglichst wenigen Abbildungsfehlern von hoher Güte? Oder ist eher ein Objektiv mit hohem Auflösungsvermögen von hoher Güte? Jetzt könnte eingeworfen werden, dass im Normalfall weder Abbildungsfehler noch eine sehr hohe Auflösung bemerkbar sind, da Bilder selten größer als im A3 Format gedruckt werden. Dann ist eine hohe Güte bestimmt dann erreicht, wenn die Kontrast- und Farbwiedergabe gut ist, das Objektiv nicht übertrieben stark verzeichnet und nicht anfällig für Blendenflecke (Lens Flares) bei Gegenlicht ist? Denn diese Faktoren wären schließlich selbst noch auf einer Postkarte erkennbar. Das Problem ist, dass es physikalisch nicht möglich ist alle diese Faktoren gleichzeitig zu optimieren. Wenn das Eine verbessert wird, so verschlechtert sich das Andere. Nicht einmal die renommiertesten Hersteller können sich den physikalischen Eigenschaften von Glas widersetzten. Nicht einmal dann, wenn spezielle Gläser teurer sind als Gold. Die physikalische Gesetzmäßigkeiten bleiben trotzdem in Kraft. Jedes einzelne Glaselement verursacht Abbildungsfehler und absorbiert einen geringen Anteil an Licht. Außerdem wird Glas in der technischen Anwendung auch als elektrischer Kondensator eingesetzt. Somit kann es, aufgrund seiner Eigenschaften, ähnlich wie ein Tiefpassfilter wirken. Zu viel Glas ist also nie gut. Leider können Abbildungsfehler von Linsen nur mit weiteren optischen Elementen korrigiert werden, doch diese produzieren wieder neue Fehler und müssten ihrerseits von neuen Linsen korrigiert werden, bis diese Fehler immer kleiner und kleiner werden. Gleichzeitig hat zu viel Glas andere negative Einflüsse. Wenn sich eine Sache verbessert, verschlechtert sich eine Andere. Das Problem lässt sich also nur durch vernünftige Kompromisse lösen.
Daraus ergibt sich allerdings bereits ein grundlegendes Problem mit klassischen Objektiv-Tests wie diese aus Fotozeitschriften bekannt sind. Diese Tests messen beispielsweise immer dieselben Parameter auf einem zweidimensionalen Testchart. Die Bewertung erfolgt dann nach einem festen Schema. Dabei kann und wird der inhaltliche Hintergrund, welcher zu einem bestimmten Kompromiss geführt hat nicht berücksichtigt. Besonders belustigend ist das dann, wenn ein Fisheye-Objektiv aufgrund seiner hohen Verzeichnung mit ungenügend bewertet wird. Genauso kann ein Objektiv aber leichte Farbsäume aufweisen, weil ansonsten bestimmte Effekte im Bokeh nicht möglich gewesen wären, die für ein ästhetisches Bild sorgen können.
Leider beeinflussen praxisferne Labortests auch das Kaufverhalten vieler Anfänger und Hobbyfotografen, welche den Großteil der kaufkraftrelevanten Zielgruppe darstellen. Um sich besser zu verkaufen, versuchen die Hersteller eine kleine Auswahl an Parametern so stark zu optimieren, um bei den Tests entsprechend gut abzuschneiden. Dieses Wettrüsten spiegelt sich in Formen wie dem Sigma Art 50 mm 1.4 wieder das über 13 Glaselemente, in einem 0,9 kg schwerem Gehäuse, verfügt. Vergleichbare AF-Objektive mit 50 mm und f1.4 gibt es von anderen Herstellern auch mit 7 Glaselementen in einem 260 Gramm Gehäuse. Diese sind immer noch extrem scharf und machen gute Bilder. Hochgradig korrigierte Objektive stellen Farben etwas anders dar. Was aber viel mehr auffällt ist der fast fehlende Mikrokontrast (nicht globaler Kontrast). Die Mehrheit der Käufer solcher Optiken, wird zumeist dennoch zufrieden sein, weil diese in der Regel Zoom-Objektive gewohnt sind, welche ebenfalls kaum Mikrokontraste aufweisen. Oder weil sie bisher maximal 10-15 Festbrennweiten ausprobiert haben und da dementsprechend einfach die Erfahrung fehlt. Das Unbekannte lässt sich nämlich schwer vermissen. Des Weiteren lassen sich viele von der unglaublichen Schärfe beeindrucken, die in der Praxis aber selten benötigt wird. In der Dokumentations- oder Reproduktionsfotografie haben solche Objektive hingegen ihre Daseinsberechtigung. Aus künstlerischer Sicht ist in solchen Objektiven das Bokeh beispielsweise ein wenig zu kantig oder unruhig. So wie zumindest 90 % der Menschen zustimmen werden, dass ein Ferienhaus am Strand ein schönerer Erholungsort ist, als die Lagerhalle eines Massentierhaltungsbetriebes, so werden die meisten Leute ein sanftes und cremiges Bokeh gegenüber einem Kantigen bevorzugen. Dies ist nämlich nicht unbedingt Geschmacksache, sondern entspricht wahrnehmungspsychologischen Grundlagen. Dennoch sind Bokeh-Formen subjektiv und können kaum mit Zahlenwerten beschrieben werden, weshalb diese auch nicht in Labortest näher begutachtet werden. Deswegen wird es nicht in das Resultat eines Objektiv-Tests und dessen Endnote miteinbezogen, obwohl es für die Bildwirkung in höchstem Maße ausschlaggebend sein kann. Insofern sollte sich jeder dessen bewusst sein, dass kein Test der Welt alle Faktoren berücksichtigen kann. Deswegen sollte nie das Gesamtergebnis für die Kaufentscheidung herangezogen werden, es müssen stets die einzelnen Parameter betrachtet werden. Was für den Einen wichtig ist, kann für den Anderen irrelevant sein. Daher sollte immer Individuell abgewogen werden.
Foto-Objektive mit bester Bildqualität
In diesem Artikel soll es nicht um die klassischen Parameter wie Schärfe, Auflösungsvermögen, Chromatische Aberrationen, Lichtstreuung & Lensflares, die Bildwölbung & Verzeichnung oder die Vignettierung gehen. Obwohl diese Parameter zweifelsfrei sehr wichtige Faktoren guter Bildqualität darstellen, denke ich dass diese Fachbegriffe ohnehin den meisten Hobbyfotografen bekannt sind und es zahlreiche Artikel diesbezüglich schon gibt. Im Folgenden widmen wir uns den eher unbekannten und leider nahezu vernachlässigten Bildparametern wie den Mikrokontrasten und der Farbwiedergabe. Die anderen Auswahlkriterien guter Bildqualität werden übrigens näher in meinem Architekturfotografie Buch erklärt.
Farbwiedergabe und -Sättigung, Dynamik & Kontrast
Jede Person die bereits auf einer verglasten Aussichtsplattform oder im Zoo war, weiß wie sehr Glas den Blick trüben kann. Diese Trübung wird durch zwei Effekte verursacht. Einerseits nehmen die Kontraste ab und Schwarze stellen erscheinen nicht mehr ganz so tiefschwarz. Auf der anderen Seite wirken die Farben blass, die Farbsättigung wird also beeinträchtigt. Dies ist aber nicht nur bei Glas so. Luft ist ja als solches auch durchsichtig; beim Blick in die Ferne erscheinen weit entfernte Berggipfel aber blass und die Wälder auf Ihnen sehen eher blau als grün aus. So wie die Glasscheibe im Zoo den Anblick blasser und weniger detailliert erscheinen lässt, verhält es sich auch mit Objektiven. Nur, dass dieser Effekt bei hochwertigen Optiken wesentlich schwächer ausgeprägt ist, als bei billigem Fensterglas. Aber auch teures Glas ist nie perfekt, das weiß auch die Firma Schott. Die Schott AG besteht seit 1884 und beliefert unter anderen den Objektivhersteller Carl-Zeiss mit optischen Gläsern von höchster Güte. In Schott: Optisches Glas- Beschreibung der Eigenschaften, p21-28, (2011) wird unter anderem beschrieben, dass es nicht möglich ist Einschlüsse wie Luftblasen vollständig zu vermeiden. In 100 cm^2 Glas sind maximal 10 Einschlüsse von >0,03 mm zulässig. Kleinere Einschlüsse werden nicht berücksichtigt, doch auch diese können eine minimale Trübung verursachen.
Ein optisches Glas welches in der Fotografie eingesetzt wird ist Beispielsweise das Schott N-BASF2, im dazugehörigen Datenblatt 664360.315 wird die Lichtdurchlässigkeit (Transmission) bei einem 25 mm Probestück für 700 nm (dunkelrot) mit 99,0 % angegeben, bei 580 nm (Gelb) sind es 98,7 % und bei 400 nm (Lila/Violett) sind es nur noch 75 %. Der Punkt ist, dass egal wie gut ein Glas ist, es immer Licht absorbiert. Bereits bei einem 25 mm kleinem Probestück gehen also 25 % der violetten Farben verloren, da kann ein 20 Zentimeter langes und 1 kg schweres Objektiv nicht vorteilhafter sein. Wenn die Daten für den Grün-Bereich (500 nm) betrachtet werden und von einen durchschnittlichen Linsendicke von 10 mm ausgegangen wird, so würde ein Objektiv, dass insgesamt über 15 cm Glas verfügt rein rechnerisch 17,5 % des grünen Lichtes schlucken. Das ist nicht besonders gut, wenn sich das Motiv hauptsächlich durch Grüne Farben auszeichnet, wie dies bei einem Haus mit großem Garten sein kann.
Dadurch, dass die Farben nicht gleichmäßig vom Glas absorbiert werden, kommt es zu einer leichten Farbverschiebung ins Rötliche. Zwar fällt ein solcher Farbstich in der Praxis nicht auf, weil dieser sich sehr leicht über den Weißabgleich korrigieren lässt und die meisten Kameras diesen automatisch vornehmen, allerdings resultiert dadurch ein Informations- und Qualitätsverlust im höheren Farbbereich. Des Weiteren haben moderne Objektive in der CPU ein Farbprofil hinterlegt, welches in die RAW-Datei automatisch eingebettet wird. Die Farben werden also schlechter gerendert, dies lässt sich auch digital nicht retten, sondern lediglich kaschieren. Ein weiterer Grund für den Lichtverlust ist im Übrigen die Reflektion von Licht an der Oberfläche vergüteter optischer Elemente. Obwohl diese in den letzten Jahrzehnten stark verbessert werden konnte, macht sie lt. oben genannter Quelle immer noch einen Großteil des Lichtverlustes aus. Die Anzahl der verbauten Glaselemente gibt einen Hinweis auf die Qualität eines Objektivs. An der Glasoberfläche jeder Linse kommt es zu Reflektionen, zwar können hochwertige Vergütungen die Reflektionen minimieren, aber ganz beseitigen können sie diese nicht. Früher galten Objektive mit mehr als 6 Elementen, als schlecht gerechnet. Heute werden hingegen Objektive mit mehr als 30 Elementen konstruiert. Jede reflektierende Glasoberfläche (zwei pro Linse) dezimiert die auf dem Sensor ankommende Lichtmenge. Zudem wird zwischen den Glasoberflächen Licht mehrfach hin und her reflektiert, was sich wie ein leichter Nebel über das Bild legen kann. Ein Teil des mehrfach reflektieren Lichts kommt zwar irgendwie am Sensor an, allerdings am falschen Ort und reduziert so den globalen Kontrast und die Dynamik des Bildes: Dunkle Bereiche werden durch Streulicht aufgehellt. An der Glasoberfläche werden 4 bis 9 % des Lichtes zurückreflektiert. Die besten und modernsten Vergütungen schaffen es jedoch diesen Wert auf unter 0,5 % zu reduzieren. Selbst wenn nur 0,078 % des Lichtes reflektiert würden, käme unter Idealbedingungen eine Transmission von T=0,99922 zustande. Bei fünf Glaselementen läge die Transmission bei T5=0,9961. Der restliche Anteil von 0,39 %, was einem Wert von 1/256 entspricht, käme hingegen als Streulicht an. Da 256 (= 2^8) einem Wert von 8 bit entspricht, reduziert das Objektiv den Dynamikumfang auf maximal 8 Blendenstufen (Ev). Ab einem Dynamikumfang von 8 Ev im Bild, würde ein leicht nebeliger Effekt die sehr dunklen Bildbereiche aufhellen und schlechtere Schwarz-Werte wären, bei einer eigentlich optimalen Belichtung, die Folge. Bei einem Objektiv mit 15 Elementen, läge die Transmission bei T15=0,9988, der Streulichtanteil liegt also bei umgerechnet 1/6,42 bit. Da es sich bei Blendenstufen um eine exponentielle Einheit handelt, bedeutet ein Unterschied von 1,585 Ev eine dreifache Verschlechterung der Kontrast- und Schwarz-Werte bei dreimal so vielen Glaselementen. Obwohl digitale Bildsensoren Dynamikwerte von über 15 Ev mit 14 bit Farbtiefe liefern können, kann ein 15-Elementiges-Objektiv mit den besten und modernsten Vergütungen die effektive Dynamik auf unter ca. 6 bit begrenzen. Zudem absorbiert Glas das Licht achromatisch und führt so zum verblassen des Bildes, die Farbsättigung nimmt ungleichmäßig ab und das Bild erleidet einen Farbstich. Jede Linse unterliegt in der Produktion einer gewissen Fertigungstoleranz und ist somit nicht perfekt. Der Brechungsindex variiert bei einer sehr guten Qualität im Bereich von 10-6Δn pro Element. Diese kleinen Fehler sind zwar sehr gering, addieren sich mit der Anzahl der verbauten Linsen jedoch auf und vermindern die Qualität. Eine gute optische Berechnung ist also daran zu erkennen, dass ein Objektiv mit möglichst wenigen Elementen auskommt. Wem das alles zu kompliziert ist, darf sich gerne an das Beispiel mit der Glasscheibe im Zoo erinnern. Diese mindert die Farbsättigung, sowie Dynamik und Kontrast gleichermaßen, wenn auch deutlich stärker.
Mikrokontrast bei Objektiven
Es gibt Auflösung und es gibt das was als Schärfe empfunden wird. Das was als Schärfe empfunden wird hat aber nur untergeordnet etwas mit Auflösung zu tun. Ein minimales Maß an Auflösung sollte zwar vorhanden sein. Ist das der Fall, wirkt das Bild aber nicht automatisch scharf und plastisch. Was hingegen als eine Art der Schärfe empfunden wird, nennt sich Mikrokontrast. Erst wenn dieser reichlich vorhanden ist, wirkt das Bild richtig scharf, greifbar und realistisch.
Allerdings ist Mikrokontrast nicht automatische dasselbe wie Mikrokontrast. Hier gibt es unterschiedliche Arten der Nomenklatur, welche den gleichen Begriff für zwei unterschiedliche, obgleich miteinander verwandte, Phänomene verwenden.
klassische Definition von Mikrokontrast. Objektive können so abgestimmt sein, dass in sehr feinen Strukturen mit hohen LP/mm-Werten (z.B. Rasen, Poren im Gestein, etc.) überhaupt noch Kontrastunterschiede erkennbar sind. Objektive können aber auch so optimiert sein, dass in gröberen Strukturen (z.B. Fensterrahmen) die Kontraste umso größer sind, die feinen Strukturen aber darunter leiden.
Bei der Ermittlung von Auflösungswerten dienen Testbilder mit abwechselnd weißen und schwarzen Linien als Grundlage hierfür. Diese weiß-schwarzen Linienpaare werden zunehmend kleiner und feiner. Wenn sie irgendwann zu klein werden, erscheint das Bild einheitlich grau, weil sich die Linienpaare nicht mehr voneinander unterscheiden lassen. Bei groben Strukturen ist eine sehr steil auf- und absteigenden Kurvenverlauf mit nahezu rechtwinkeligen Ecken zu beobachten. Die Konturen zwischen den weißen und schwarzen Linien sind also sehr deutlich ausgeprägt und die Helligkeit (Luminanz) variiert sehr stark zwischen den weißen und schwarzen Bereichen. Es besteht also ein hoher Kontrast. Je kleiner die Linienpaare werden bzw. je genauer und feiner mit zunehmenden LP/mm-Werten gemessen wird, ist festzustellen, dass die Kurve weniger eckig verläuft und eher einer abgerundeten Welle ähnelt. Die Grenzen zwischen den weißen und schwarzen Linien ist also nicht mehr so hart und gleicht eher einem sanften Verlauf von hell zu dunkel. Mit weiter abnehmender Liniengröße und höheren Messgenauigkeiten nehmen die Kontraste zudem ab. Die schwarzen Linien erscheinen also eher dunkelgrau, während die weißen Linien etwas dunkler werden. Irgendwann lassen sich diese nicht mehr voneinander unterscheiden, selbst wenn der Sensor theoretisch dazu in der Lage wäre. Das Objektiv vermag es aber nicht diese feinen Informationen zu vermitteln. Je feiner die Strukturen sind, bei denen sich überhaupt noch ein Kontrastunterschied feststellen lässt, desto höher ist der Mikrokontrast eines Objektivs. Hohe Mikrokontraste gehen aber nicht zwangsläufig mit einer höheren Auflösung einher, da bei der Definition dieser ein Kontrastunterschied von mindestens 50 % vorliegen muss. Beim Mikrokontrast geht es hingegen darum, was überhaupt noch erkennbar ist, selbst wenn der Kontrastunterschied bei nur 10 % (oder weniger) liegt und somit kaum wahrnehmbar ist. In der oberen Abbildung ist skizziert, dass Objektive mit besseren Kontrasten im Bereich von 30-40 LP/mm in den Mikrokontrasten wiederum schlechter werden können. Objektive die gemäß MTF-Charts unscharf sind, können also durchaus schärfer wirken. Dies ist aber nur eine Definition für den Begriff des Mikrokontrastes. Die zweite Definition ist mit einer einfachen Abbildung oder einem Diagramm hingegen nicht so einfach zu vermitteln, daher muss an dieser Stelle etwas weiter ausgeholt werden. Es geht kurzum um einen scheinbar dreidimensionalen plastischen Bildeffekt, welcher Bilder lebendiger aussehen lässt. So wie sich Schönheit nicht mit Zahlen exakt definieren lässt, verhält es sich bei der anderen Definition von Mikrokontrast, da es in erster Linie um eine subjektive Beurteilung geht. Nichtsdestotrotz ist dieser dennoch physikalisch erklärbar. Genauso wie die Ausprägung, die Form und das Aussehen von Unschärfebereichen (Bokeh) physikalisch erklärbar und beschreibbar sind, ist die Quantifizierung und Beurteilung dessen ob ein Bokeh schön oder unschön ist mit Zahlen nicht zu belegen. Beim Mikrokontrast ist dies genauso. Obwohl es für den Mikrokontrast unterschiedliche Definitionen gibt, sind beide aus physikalischer Sicht miteinander verwandt, wenn auch nicht exakt gleich. Im Folgendem Textverlauf bezieht sich der Begriff Mikrokontrast auf die zweite Definition mit der damit einhergehenden plastischen Tiefenwirkung. Leider wird der Mikrokontrast bei gängigen Objektivtests nicht abgedeckt und ist daher nahezu unbekannt. Der Mikrokontrast hatte in der Vergangenheit verschiedene Bezeichnungen: Rendering, 3D-Look, Leica-Look oder Zeiss-Pop sind nur einige Beispiele dafür. Diesen Mikrokontrast zu erkennen fällt vielen Leuten vor allem dann schwer, wenn Sie überwiegend nur Erfahrungen mit sehr lichtstarken modernen Objektiven oder mit Zoom-Optiken vertraut sind, da sie sowas wie einen guten Mikrokontrast wahrscheinlich noch nie selbst gesehen haben. Da sich das ganze Thema bis hierhin sehr vage anhört, denken selbst einige Fotografen, dass es den Mikrokontrast nicht gäbe. Dies ist auch nachvollziehbar: Schließlich kennt ihn kaum jemand, er wird in Objektivtests nicht ermittelt und die Begrifflichkeiten unter denen dieser „Pop“ oder „Look“ bekannt ist hören sich nicht wissenschaftlich an und werden überwiegend von älteren Leuten benutzt die von ihren analogen Schwarz-Weiß-Filmen schwärmen. Maximale Auflösungswerte scheinen in der heutigen Zeit eine höhere Bedeutung zu haben. Logischerweise reagieren die Hersteller auf die Wünsche dieser Kunden, was dazu führt, dass neue Objektive zwar in den Tests technisch immer besser werden, aber nicht unbedingt schöner wirken. Dies hängt auch mit der Sichtbarkeit von Bildfehlern zusammen, die es früher nicht gab. Um ein analoges Film-Dia bei 300 % betrachten zu können, wären eine 500€ (bzw. 1000 DM) teure Lupe und ein großer Schreibtisch notwendig gewesen, um dort das Dia unter guten Lichtbedingungen betrachten zu können. Dass das menschliche Auge im normalem Betrachtungsabstand, von ca. 40° im Bildwinkel, gerade mal 8 MP (entspricht 4K-UHD) auflösen kann, erscheint bei der Konstruktion moderner Objektive eher zweitrangig. Heutige Kameras lösen 50 MP auf und die 300 %-Nahansicht ist nur einen Mausklick entfernt. Insofern findet bei modernen Objektiven eine andere Feinabstimmung statt, um heutigen Ansprüchen gerecht zu werden. Da in der Fotografie alles aus Kompromissen besteht, leiden darrunter andere Parameter. Nach dieser Einführung soll aber nun eine halbwegs wissenschaftliche und Verständliche Erklärung und Beschreibung des Mikrokontrastes erfolgen. Der Begriff Mikrokontrast ist etwas verwirrend, eigentlich stellt er eine Mischung aus Tonwertumfang und Kontrastumfängen diverser Abtastfrequenzen dar.
So wird bei Kontrasten immer eine Größenordnung mitangegeben unter welcher diese gemessen werden. Dieser Zusammenhang ist auch aus den MTF-Charts bekannt. Wenn der globale Kontrast sinkt, müssen die feinen Kontraste nicht zwangsläuft auch fallen. Aus Bildbearbeitungsprogrammen ist das Phänomen ebenfalls bekannt: Kontrast, Klarheit und Schärfe wirken sich unterschiedlich aus, obwohl alle drei Regler gemein haben bestimmte Bildbereich in ihrer Helligkeit zu ändern, ohne die Gesamtbelichtung großartig zu beeinflussen (sofern mit 50 % richtig belichtet wurde). Diese drei Regler sind in unterschiedlichen Radien wirksam. Erinnern wir uns zurück, als Farbsättigung, Dynamik und Kontrast im oberen Textabschnitt besprochen wurden: Die trübe Glasscheibe im Zoo reduziert zum Beispiel auch den Mikrokontrast. Obwohl die Scheibe Kontraste so stark reduziert, dass alles trüb und blass aussieht, würden wir ein kariertes Blatt Papier durch diese trotzdem problemlos erkennen und dass, obwohl die karierten Linien mit hellgrau auf weiß nicht besonders kontrastreich sind. Die Kontrastreduzierung der Scheibe ist nämlich in einem sehr groben Bereich wirksam, der tiefschwarze Bär dahinter wirkt beispielsweise gar nicht mehr so schwarz. Die sehr feinen Linien auf dem Blatt Papier sind hingegen immer noch klar erkennbar. Würde in dieser Situation ein MTF-Chart erstellt werden, wobei vorher der Kontrast digital verstärkt würde, käme mitunter ein ähnliches Ergebnis heraus (Zumindest, wenn im Gedankenmodell von einer optisch entzerrten Scheibe ausgegangen wird).
Testbild zur Wahrnehmung von Tonwertunterschieden. In diesem Bild befinden sich graue Kästchen mit unterschiedlicher Helligkeit. Die jeweils obere und untere Reihe, weisen die gleichen Werte auf, jedoch ist die obere Reihe zufällig angeordnet, die untere immer absteigend. Die untere Skala zeigt die dazugehörigen RGB-Helligkeitswerte an. Bei Objektiven mit gutem Mikrokontrast ließen sich selbst die kleinsten Kästchen in der Nahansicht zweifelsfrei zuordnen, in der Praxis kann jedoch kein handelsüblicher Drucker so genau drucken. Bei Objektiven mit sehr schlechtem Mikrokontrast, wäre es hingegen selbst bei den großen Kästchen schwierig die genauen RGB-Werte zuzuordnen.
Doch was wäre, wenn dieses Experiment ein wenig verändert würde, indem kein kariertes Blatt, sondern graue Kästchen mit unterschiedlichen Helligkeiten, betrachtet würden (siehe obere Abbildung). Auf dem Schreibtisch, kann bei gutem Licht versucht werden, die jeweils obere Reihe, der Unteren zuordnen. Ähnlich wie beim Memory-Spiel müssen hier die gleich hellen Kästchen einander zugeordnet werden. Alternativ kann auch versuchet werden den Kästchen einen RGB-Helligkeitswert von der unteren Skala zuzuordnen. Nicht ganz leicht, aber bis zur 2. Ordnung durchaus machbar! Leute mit besonders geübtem Auge schaffen evtl. sogar die noch kleinere Reihe dritter Ordnung. Jetzt stellen wir uns vor, dass sich das Blatt mit den grauen Kästchen hinter der Glasscheibe im Zoo befindet und wir die Aufgabe lösen müssen. Wahrscheinlich werden wir selbst an der 1. Größenordnung scheitern. Das ist die vereinfachte Umschreibung von Mikrokontrast und gleichzeitig der Grund dafür weshalb die Leica M Monochrom Kamera bewusst auf einen Bayer-Filter verzichtet, um bessere Mikrokontraste darstellen zu können. Ähnlich wie die Farbsättigung durch Lichtstreuung im Objektiv durch interne Reflexionen an den Oberflächen und die Absorption von Licht reduziert werden, betreffen diese Effekte auch den Kontrast. Sofern die MTF-Charts verschiedener Objektive verglichen werden, ist festzustellen, dass die MTF-Kontrastwerte nie Werte in der Nähe von 100 % aufweisen, geschweige denn diese erreichen. Die aufwendig und teuer hergestellten Testbilder weisen allerdings sehr wohl nahezu perfekte Weiß- und Schwarzwerte auf. Bei einem optischen System entsteht immer ein Detailkontrastverlust. Je aufwändiger und größer dieses optische System ist, desto höher der Verlust in der Regel. Dies betrifft nicht nur den Detailkontrast, sondern auch den Mikrokontrast. Eigentlich ist Glas für optische Zwecke schlecht geeignet, leider ist uns bisweilen kein besseres Material bekannt. Dies ist übrigens der Grund dafür warum Gläser so teuer und aufwendig vergütet werden müssen und im Bereich der Vergütungen immer weiter geforscht wird. Der Mikrokontrast ist also eine Mischung aus Tonwertabdeckung und Detailkontrast. Um die Relevanz von feinen Tonwertabstufungen zu verdeutlichen, soll ein Strichmännchen als Beispiel herhalten. Es besteht in der Regel aus schwarzen Strichen auf weißem Hintergrund, der Dynamikumfang und Kontrast sind also sehr groß, der Tonwertumfang aber klein. Insgesamt sieht das Strichmännchen auch nicht besonders realistisch aus und wirkt eher platt und flach. Demgegenüber sind die Bleistiftzeichnungen von Paul Cadden, einem schottischen Künstler, von einem echten Foto kaum zu unterscheiden. Aufgrund von feinen Schattierungen wirken diese realistisch und nahezu greifbar. Dabei wird der Eindruck vermittelt, als wären die Zeichnungen dreidimensional. Ein höherer Tonwertumfang, durch Helligkeitsverläufe und Schattierungen, kann also maßgeblich zu einem 3D-Effekt beitragen. In der Fotografie verhält es sich mit dem Mikrokontrast genauso. Mehr sichtbare feine Tonwertabstufungen können ein Bild dreidimensionaler wirken lassen, obwohl es sich um ein zweidimensionales Abbild handelt. Nicht um sonst wird vom 3D-Leica-Look oder 3D-Zeiss-Pop gesprochen, wenn es um Objektive mit gutem Mikrokontrast geht. Neben dem Anstieg an feinen Tonwertabstufungen und einem „3D-Pop“ wirkt das Bild gleichzeitig etwas schärfer, ähnlich wie das bei der Klarheit der Fall ist, aber eben nicht genauso. Mikrokontrast lässt sich in der digitalen Bildbearbeitung nämlich nicht simulieren! Mit viel Klarheit in der Nachbearbeitung hätte das Testbild mit den grauen Kästchen schließlich auch nicht besser ausgewertet werden können.
Auf den folgenden Seiten werden vier Bilder miteinander verglichen. Da Zoomobjektive in der Regel komplexer sind und mehr Glas in Ihnen verbaut ist, ist bei diesen ein schlechterer Mikrokontrast zu erwarten als bei Festbrennweiten. Insofern werden zwei Fotos von teuren Zoomobjektiven mit zwei Fotos günstigerer Festbrennweiten verglichen. Bei diesigem, leicht nebeligem und stark bewölktem Wetter, ist zwar der Unterschied in den Mikrokontrasten nicht so deutlich, weil die feuchte Luft, ähnlich wie eine dreckige Glasscheibe, bereits viele Mikrokontraste schluckt. Allerdings sind die Lichtbedingungen bei so einem Wetter konstanter. Insofern sind die Bilder viel besser miteinander vergleichbar, da das Licht sich nicht ständig ändert. Ferner liegen zwischen den Aufnahmen nur wenige Sekunden, in denen das Objektiv schnell gewechselt wurde. Des Weiteren wurden die Bilder in der Kamera auf Monochrom gestellt, da Farben für das ungeübte Auge ablenkend sein können und die Unterschiede in den Mikrokontrasten bei einem Schwarz-Weiß-Bild leichter erkennbar sind. Abgespeichert wurden die Bilder in der Kamera als JPEG, es fand also keine Bildbearbeitung statt bzw. hat die Kamera exakt dieselben Einstellungen auf beide Bilder angewendet. Die Kameraeinstellungen (Blende, Zeit, ISO und Weißableich) waren immer identisch.
Bei diesen zwei Bildern sind in den Blättern rechts unten Unterschiede erkennbar, aber auch die Reflexion auf dem Glas wirkt anders. Eines der Bilder wirkt dadurch etwas greifbarer.
Nikon D810 | ISO 64 | Brennweite 35mm (Nikkor 35 2.0 D) | Blende 5.6 | Belichtungszeit 1/30 Sek
Nikon D810 | ISO 64 | Brennweite 35mm (Nikon 24-120 4G ED VR) | Blende 5.6 | Belichtungszeit 1/30
Bei diesen beiden ist der größte Unterschied auf der nassen Straße zu sehen, diese wirkt bei einem Bild plastischer. Aber auch die Reflexion rechts ist anders. Das Histogramm sieht bei beiden Bildern übrigens nahezu gleich aus.
Nikon D810 | ISO 64 | Brennweite 20mm (Tamron SP 15-30 2.8 VC) | Blende 6.3 | Belichtungszeit 1/50 Sek
Nikon D810 | ISO 64 | Brennweite 20mm (Voigtländer 20 3.5) | Blende 6.3 | Belichtungszeit 1/50 Sek
Bei Farbfotos ist der Mikrokontrast schwieriger zu erkennen. Erraten Sie dennoch, welches Foto von einer Festbrennweite stammt? Zugegebenermaßen war der Unterschied diesmal beim Betrachten des gesamten Bildes nicht so groß, daher zeigen folgende Bilder jeweils nur einen kleinen Ausschnitt. Achten Sie hierbei auf den Rasen links unten im Bild. Die Schärfe der Grashalme ist in der Nahansicht bei beiden Bildern übrigens nahezu identisch, wobei das erste Bild generell geringfügig unschärfer ist. Das liegt jedoch am Objektiv.
Nikon D810 | ISO 64 | Brennweite 50mm (Zeiss Planar 50 1.4) | Blende 4 | Belichtungszeit 1/100 Sek
D810 | ISO 64 | Brennweite 50mm (Sigma Art 50 1.4) | Blende 4 | Belichtungszeit 1/100
Die Eigenschaft Bilder Farb- und Detailtreu wiederzugeben wird im Englischen mit dem Begriff „Lens Fidelity“ umschrieben. Im deutschsprachigen Raum existiert ein synonymer Begriff hierfür nicht. Die Farbtreue, sowie der Tonwertumfang sind eng miteinander verwandt. Farben setzten sich schließlich aus den Helligkeitsvariationen einzelner Wellenlängen zusammen und ergeben sich aus deren Mischung.
Der Mikrokontrast ist also indirekt ein Maß dafür wie realistisch ein Objektiv wirkt. Je realer ein Bild, desto intensiver und natürlicher wirken die Farben gleichzeitig wirkt das Bild räumlich etwas tiefer und dreidimensionaler. Der Zusammenhang ist analog zum Mobilfunk-Empfang. Befinden wir uns in einem Keller empfangen wir unter Umständen noch Telefonate, allerdings ist die Stimme des Gegenübers nicht ganz so klar und wir müssen uns konzentrieren, um die andere Person zu verstehen. Draußen ist die Empfangsqualität viel besser und die Stimme hört sich deutlicher und natürlich an (höherer Tonwertumfang). Was sich geändert hat, ist nicht die Entfernung zum Sendemast, sondern, dass sich zwischen dem Sendemast und dem Mobiltelefon weniger Material (z.B. Wände) befindet. Da Glas ein elektrischer Kondensator ist, verhält es sich in Bezug auf Licht mit diesem genauso wie bei Betonwänden mit Funkfrequenzen. Zudem ist Glas nie perfekt. Es ist leicht trüb bzw. milchig und hat eine leichte Färbung. Je besser die Qualität, desto geringer sichtbar ist dies. Bei optischen Gläsern, ist dies zwar für das menschliche Auge nicht immer erkennbar, messen lässt es sich aber selbst dort. Durch die leichte Färbung von Glas werden verschiedene Wellenlängen achromatisch absorbiert. Je mehr Glas verbaut ist, desto eher können destruktive Interferenzen eine Auslöschung sehr feiner Informationen bewirken und der Tonwertumfang, sowie die Mikrokontraste nehmen ab. Tendenziell ist zu viel Glas negativ. Sehr schwere und Lichtstarke Objektive haben daher zumeist eine schlechte „Lens Fidelity“. Allerdings handelt es sich hierbei nur um eine Tendenz, ein 200 g schweres Objektiv mit 5 Glaselementen muss nicht zwangsläufig besser sein, als ein 400 g Objektiv mit 8 Elementen. Wie gut ein Glas ist hängt nämlich auch von seiner chemischen Zusammensetzung ab. Die genauen Rezepturen werden allerdings geheim gehalten und sind daher schlecht vergleichbar. Beispielsweise ist optisches Flintglas mit einem hohen Anteil an Bleioxid (bis ca. 40 %) für gute Mikrokontraste bekannt. Da reines Blei bei dieser Glassorte zu einem Drittel für das Gewicht verantwortlich ist, ist Flintglas besonders schwer und dicht. Gleichzeitig verfügt solches Flint- oder Bleiglas über eine geringe Abbesche Zahl und neigt daher in besonderem Maße zu einer hohen Dispersion mit etwaigen Bildfehlern, wie z.B. Farbsäumen, als Resultat. Diese müssten theoretisch korrigiert werden, allerdings würden damit die Mikrokontraste verschlechtert.
Aber auch thoriiertes Glas ist für gute Mikrokontraste bekannt und im Gegensatz zu Flintglas eine extrem geringe Dispersion. Abbildungsfehler treten hier so gut wie nicht auf. Thoriiertes Glas ist mit Thoriumoxid versetzt. Der Gewichtsanteil von Thorium kann bei solchen Gläsern bis zu 30 % betragen, was sich aufgrund seiner hohen Dichte auch bemerkbar macht. Ins Glas eingeschmolzene Thorium erhöht den Brechungsindex massiv, sogar noch mehr als dies bei Lanthanoxid der Fall ist. Daher wird thoriiertes Glas als hochbrechendes Glas bezeichnet. Objektive lassen sich damit viel weniger aufwendig konstruieren, die Linsen lassen sich wesentlich dünner schleifen und Bildfehler wie Aberrationen treten fast nicht auf. Insofern müssen bei Verwendung von Thoriumoxid allgemein wenige Kompromisse gemacht werden. Schöne Unschärfebereiche, eine gute Abbildungsleistung mit fast keinen Bildfehlern und eine realistische Farbwiedergabe lassen sich in einem Objektiv mit geringer Größe vereinen. Leider ist Thorium radioaktiv, sodass es heutzutage nicht mehr verbaut werden darf. Aber auch bleihaltiges Flintglas ist, aufgrund der hohen Umweltstandards in der Herstellung, sehr teuer und nur wenige Hersteller nutzen dieses in ihren Optiken. Sicherlich gibt es auch andere chemische Zusätze, welche die Mikrokontraste begünstigen, allerdings halten die Hersteller ihre Rezepturen geheim. Insofern bleibt uns Verbrauchern nur das Gewicht, die Dicke, sowie der Anzahl verbauten Glaselemente als grober Orientierungspunkt.
Unterschied zwischen globalem Kontrast und Mikrokontrast. Gilt vom Prinzip her für Farben genauso.Globaler Kontrast und Mikrokontrast schließen sich aber nicht aus und können durchaus gleichzeitig vorhanden sein.
Mit dem Mikrokontrast hat dies zwar nur untergeordnet was zu tun, aber der Gesamtkontrast, sowie die Dynamik, werden neben der Anzahl an Glaselementen auch von der Vergütung beeinflusst. Die Vergütung ist eine chemische Behandlung der Glasoberfläche. Hierbei wird eine dünne Schicht mit einem Material von geringer Brechkraft (z.B. Magnesiumfluorid) aufgetragen um Reflexionen zu minimieren. Bei unbehandelten Gläsern, kann je nach Glassorte und Einfallswinkel bis zu 9 % des einfallenden Lichtes reflektiert werden. Das zwischen mindestens zwei Linsen mehrfach hin und her reflektierte Licht wird als Streulicht bezeichnet. Streulicht kann auch auf den Sensor treffen und das Bild aufhellen, allerdings passiert dies an Stellen, wo das Licht eigentlich nicht auftreffen sollte. Somit lässt das Streulicht das Bild flau wirken und die Kontraste, sowie der Dynamikumfang, werden reduziert. Eine Vergütung kann die Reflexions-Werte auf unter 1 % bringen, jedoch nicht ganz beseitigen. Bei Systemen mit mehreren Linsen wirkt sich eine Vergütung sichtbar positiv aus. Komplexe optische Konstruktionen mit beispielsweise 10 Elementen wären ohne moderne Vergütung nicht brauchbar. Da an Vergütungen ständig geforscht wird um diese zu optimieren und weiterhin zu verbessern, sind neue Objektive mit beispielsweise 15 Glaselementen besser, als ältere Objektive mit „nur“ 12 Glaselementen. Nichtsdestotrotz verbessern Vergütungen lediglich den Einfluss der Reflektionen an der Glasoberfläche. Die negativen Eigenschaften des Glases minimieren diese hingegen in keiner Weise.
MIKROKONTRASTE - AUF DEN PUNKT GEBRACHT
Das was für das menschliche Schärfeempfinden verantwortlich ist, sind die Mikrokontraste und nicht unbedingt die Auflösung einer optischen Konstruktion. Mikrokontraste repräsentieren den Tonwertumfang und die Farbtreue eines Objektivs. Je kleiner und leichter ein Objektiv ist, desto besser ist tendenziell auch die Mikrokontraste und die Bilder wirken räumlich etwas tiefer.
Mehr zu diesem Thema findet sich beispielsweise auf der englischsprachigen Webseite von Carl-Zeiss (lenspire.zeiss.com). Der Artikel „Micro Contrast and the ZEISS ‘Pop’ – by Lloyd Chambers“ bietet eineausführliche Beschreibung von Mikrokontrasten als Bestandteil guter Bildqualität. Dabei ist jedoch zu beachten, dass Zeiss ein Interesse daran hat seine eigenen Produkte als besonders gut darzustellen. Andere Hersteller bieten diesbezüglich zum Teil auch bessere, als die im Artikel als Beispiel gennannten, Objektive an. Auch auf PetaPixel.com wird mit dem Artikel „The Problem with Modern Lenses“ der Mikrokontrast beschrieben. Auf dem Blog yannickkhong.com finden sich in dem Beitrag „Extra Credits: Applying the micro-contrast Test onto an Otus Lens“ weitere anschauliche Beispielbilder.
Andere oft vernachlässigte Eigenschaften toller “Bildqualität”
Neben maximaler Schärfe und hoher Auflösung, stellt die Ästhetik des Unschärfebereiches (Bokeh) wahrscheinlich ein viel wichtigeres Gestaltungselement aus fotografischer bzw. künstlerischer Sicht dar, welches von keinem Objektivtest richtig beurteilt werden kann.
Auch die Form und Ausprägung von Blendensternen kann dazu beitragen ob ein Bild schöner wirkt oder nicht und ist daher oft relevanter als beispielsweise die Intensität von Farbsäumen, welche ohnehin erst bei starker Ausschnittsvergrößerung am Rand sichtbar wären. Die Farbwiedergabe & -Sättigung, die Art der Unschärfe und die Form von Blendensternen, sowie der 3D Look bzw. Mikrokontrast tragen wesentlich mehr zu einer angenehmen Bildwirkung bei als die anderen klassischen Bildqualitäts-Parameter herkömmlicher Labortests.