Vom Photon zum Photo

Bildaufzeichnung

In dieser Mikro-Lerneinheit lernst du gestalterische Auswahlkriterien bezüglich der Wahl zwischen Foto und Videoaufzeichnung kennen. Danach verfolgen wir den Weg der Photonen, die der Träger von Lichtinformation sind, von deren Ursprung in einer Lichtquelle bis zu deren Auftreffen auf den Rezeptoren der Netzhaut, sodass in unserem Gehirn eine Bildwahrnehmung entsteht.

Wahl zwischen Fotografie bzw. Videografie

Moderne Kameras bieten heute die Möglichkeit, erst im Moment der Aufnahme zu entscheiden, ob man Fotos oder Videos vom Motiv erstellen möchte – ganz nach Bedarf für die spätere Betrachtung. Während es engagierten Amateuren schon seit Jahrzehnten leicht fiel, qualitativ hochwertige Fotos zu schießen, hat sich der Bereich der hochwertigen Low-Budget-Videos erst mit dem Übergang von analogen zu digitalen Videokameras revolutioniert. Besonders erwähnenswert ist, dass Smartphones die nahezu kostenfreie Aufnahme und Wiedergabe von Fotos und Videos für jedermann zugänglich gemacht haben. Gleichzeitig trugen soziale Medien wie Instagram und YouTube dazu bei, dass jeder Hobbyfotograf seine Aufnahmen einem weltweiten Publikum präsentieren kann.

Nachfolgend einige Aspekte, in denen sich Fotografie und Videografie unterscheiden:

Statische Fotos vs. bewegter Bilder

In der Fotografie wird ein einzelner Moment eingefroren, während in der Videografie Zeitintervalle aufgenommen werden.

Geschichten erzählen

Sowohl Fotos als auch Videos können Geschichten erzählen. Fotos konzentrieren sich jedoch auf einen einzigen Augenblick, während Videos zeitliche Veränderungen einfangen. Ein gutes Foto erfordert das Gespür des Fotografen, im perfekten Moment den Auslöser zu drücken. Bei Videos hingegen kann der relevante Ausschnitt durch nachträglichen Schnitt ausgewählt werden.

Aufmerksamkeitsspanne des Betrachters

Ein Foto kann auf einen Blick erfasst werden, während ein Video eine längere Aufmerksamkeitsspanne erfordert, da es über einen bestimmten Zeitraum betrachtet werden muss.

Bewegung und Ton

Diese Elemente sind exklusive Vorteile der Videographie, da sie Bewegung und Ton einbeziehen, während Fotos rein visuell wirken.

Ressourceneinsatz

Fotos entstehen oft spontan, während die Erstellung semi-professioneller Videos mehr Planung erfordert. Im professionellen Bereich benötigt man zudem ein Drehbuch mit klaren Anweisungen für alle Beteiligten. Die Beleuchtung und Tonaufnahme bei bewegten Bildern erfordern erheblich mehr Aufwand als bei einem einzelnen Foto oder einer Fotostrecke, wie etwa bei einer Hochzeit. Auch der Speicherbedarf und die Rechenleistung für die Nachbearbeitung sind bei Videos weitaus höher.

Aufnahmeparameter und Datenspeicherung

Fotos im JPEG-Format sind in der Regel sofort einsatzbereit, während im RAW-Format aufgenommene Fotos unbedingt nachbearbeitet werden müssen. Für die Bearbeitung eines RAW-Fotos sollte man etwa 5 Minuten einplanen. Bei Videoaufnahmen ist die Wahl der Aufnahmeparameter besonders wichtig, da das hohe Datenvolumen eine schnelle Speicherkarte erfordert. Gängige Videoformate sind heute Full-HD (1920 x 1080 Pixel, 16:9) und 4K UHD (3840 x 2160 Pixel).

Wahl des Kameragehäuses

Bei der Wahl eines Kameragehäuses sollte man zunächst überlegen, wie viel Zeit man in die Fotografie investieren möchte.

Smartphone-Fotografen

Smartphones sind stets griffbereit und ermöglichen spontane Aufnahmen. Die Bilder werden im JPEG- oder HEIF-Format erstellt und vom Prozessor automatisch so optimiert, dass sie ohne weitere Bearbeitung auf dem Handy-Display gut aussehen. Der Fokus dieser Fotografen liegt meist auf der Ästhetik und der Selbstvermarktung in sozialen Medien.

Amateurfotografen

Amateurfotografen fotografieren aus Leidenschaft und aus Freude zum Hobby, ohne kommerzielle Absichten. Sie experimentieren und verstehen die grundlegenden Zusammenhänge von Brennweite, Blende, Belichtungszeit, ISO-Wert und Schärfentiefe. Ihre Fotos werden meist im JPEG- oder HEIF-Format gespeichert, und Bildbearbeitung ist eher selten. Sie wählen Kameras, welche eine umfangreiche Auswahl an Belichtungsautomatiken und Objektive mit unterschiedlichen Brennweiten bieten.

Semiprofessionelle Fotografen

Semiprofessionelle Fotografen haben ein hohes technisches Verständnis für Bildkomposition, Kameratechnologie und Nachbearbeitung. Sie nutzen oft dieselbe Ausrüstung wie Profis, jedoch ohne kommerzielle Kosten-Nutzen-Rechnung im Hinterkopf. Sie fotografieren ausschließlich im RAW-Format, um maximale Kontrolle über die Bildbearbeitung zu haben. Nach der Aufnahme wählen sie sorgfältig die besten Bilder aus und bearbeiten diese oft erst Wochen später mit einem Zeitaufwand von ca. 5 Minuten pro Bild. Da sie nicht auf Einnahmen angewiesen sind, fotografieren sie, was ihnen Freude macht.

Professionelle Fotografen

Professionelle Fotografen leben von der Fotografie und arbeiten meist auf Basis kommerzieller Verträge mit festen Deadlines. Sie fotografieren entweder nach Kundenwünschen oder vertreiben ihre Werke über Bildagenturen und Bild-Datenbanken (Stock-Fotografie). Erfolgreiche Profis haben oft einen einzigartigen Stil entwickelt, der ihre Bilder unverwechselbar macht. Unter hohem Zeitdruck und im Wettbewerb mit anderen Fotografen bearbeiten sie ihre Aufnahmen häufig bereits in der Kamera und übermitteln sie direkt über das Internet an potenzielle Käufer. Die Fotodatei beinhaltet Hinweise auf den Fotografen und dessen Urheberrechte.

Weg der Photonen von einer Lichtquelle zu den Rezeptoren der Netzhaut

Bei der Bildaufzeichnung unterscheidet man zwischen "Standbild-Aufzeichnung" also dem Generieren eines Fotos und "Bewegtbild-Aufzeichnung", also dem Generieren eines Videos.

Photonen

Am Anfang jeder Bildaufnahme steht das Photon. Photonen sind masselose Austauschteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung. Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen, die sich in Form von diskreten Energiepaketen, den Photonen, bewegen, denen eine spezifische Wellenlänge und somit eine korrespondierende Farbe des sichtbaren Lichts entspricht. D.h. die Bewegung von Photonen in einem bestimmten Wellenlängenintervall nimmt der Mensch oder der Kamerasensor als Licht einer konkreten Farbe wahr.

• 400 nm – 450 nm: Violett
• 450 nm – 495 nm: Blau
• 495 nm – 570 nm: Grün
• 570 nm – 590 nm: Gelb
• 590 nm – 620 nm: Orange
• 620 nm – 700 nm: Rot

Um den technischen Prozess der Bildaufnahme zu verstehen, kann der Weg des Lichts in mehrere Schritte unterteilt werden:

Lichtquelle

Jede Lichtquelle ist der Ursprung von Photonen. Einige Objekte, wie eine Kerze, erzeugen ihr eigenes Licht. In den meisten Fällen stammen die Photonen jedoch von externen Lichtquellen wie der Sonne (Tageslicht) oder einer Lampe (Kunstlicht), die das Motiv beleuchten und schließlich den Kamerasensor erreichen.

Motiv

Das Motiv ist das Hauptobjekt oder den zentralen Inhalt einer Aufnahme, auf den der Fokus des Bildes gerichtet ist. Die Oberfläche vom Motiv reflektiert, absorbiert oder lässt einen Teil des Lichts durch. Diese Prozesse transportieren Informationen wie Farbe, Form und Textur des Motivs in Richtung der Kamera.

Objektiv

Das Objektiv sammelt das Licht, das vom Motiv reflektiert oder durchgelassen wird, und fokussiert es auf den Bildsensor. Die Art des Objektivs (Weitwinkel, Normal, Tele) hängt von der Brennweite ab und beeinflusst den Bildausschnitt.

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Blende

Die Blende im Objektiv regelt die Menge des Lichts, das auf den Sensor trifft.

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Verschluss

Der Verschluss befindet sich im Inneren der Kamera und steuert, wie lange das Licht auf den Sensor fällt. Der Verschluss ist entweder mechanisch oder elektronisch ausgeführt und bestimmt die Belichtungszeit.

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Belichtungszeit

Die Belichtungszeit ist jenes Zeitintervall, zwischen 30 Sek und 1/64.000 Sek, während dem die Photonen auf die Fotodiode im Sensor einwirken.

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Lichtwert

Die korrekte Belichtung setzt sich aus einer Kombination von Blende und Belichtungszeit zusammen, wobei man von einem konstanten ISO = 100 ausgeht. 

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Bildsensor bzw. Kamerasensor

Der Bild- bzw. Kamerasensor besteht aus lichtempfindlichen Halbleitern. Die Fotodiode wandelt die eintreffenden Photonen je Pixel in einen elektrischen Gleichstrom um, welcher wiederum einen Kondensator auflädt.  Die am Kondensator anliegende Gleichspannung wird von einem Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler) in digitale Helligkeitswerte für jedes Pixel konvertiert.

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Bilddatei: JPEG- oder RAW

Die Helligkeitswerte jedes Pixels werden, zusammen mit den Positionsdaten des jeweiligen Pixels unter dem Bayer-Filter, in eine Bilddatei gespeichert. Entweder erzeugt ein Rohdatenkonverter in der Kamera bereits ein JPEG-Format und / oder die Sensordaten werden direkt als Rohdaten (RAW) abgespeichert, damit diese später mit einem Bildbearbeitungsprogramm optimiert werden können.

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Videodatei: H.264/H.265-Codec und MP4/RAW-Container

Bei Videoaufnahmen werden die Daten abhängig von der Leistung des Analog-Digital-Wandlers und der Schreibgeschwindigkeit des Speichermediums in ein passendes Format (z. B. H.264 oder H.265) und in Containerformate wie MP4 oder RAW gespeichert.

Bildverarbeitung

Während JPEG-Daten meist zur direkten Anzeige gedacht sind, erfordern Rohdaten zwingend eine Bildverarbeitung. Dabei kann der Bildbearbeiter umfangreich gestalterisch tätig werden. Der zusätzliche Zeitaufwand schlägt sich in einer wesentlich besseren Qualität des fertigen Bildes nieder.

Folgende Reihenfolge der Bearbeitunsschritte hat sich bewährt:

• 1. Schritt: Bildimport mit Hilfe von Profilen
• 2. Schritt: Objektivkorrekturen
• 3. Schritt: Horizont, Seitenverhältnis und Bildausschnitt festlegen
• 4. Schritt: Helligkeit (Luminanz) mit Histogramm oder Gradationskurve festlegen
• 5. Schritt: Farbton (Hue) festlegen oder Weißabgleich durchführen
• 6. Schritt: Kontrast anpassen
• 7. Schritt: Sättigung (Saturation) anpassen
• 8. Schritt: Selektive Farbkorrektur gemäß dem HSL Farbmodell
• 9. Schritt: Schärfen und Rauschunterdrückung
• 10. Schritt: Retusche

Bildanzeige

Das fertige Bild kann auf einem Display oder in gedruckter Form betrachtet werden. Bei der Anzeige auf einem Bildschirm strahlt das Display selbst Photonen ab, die in das Auge des Betrachters gelangen. Wird das Bild auf Papier betrachtet, so haben die Photonen, die auf die Rezeptoren im Auge fallen, ihren Ursprung in einer Lichtquelle, die das Foto beleuchtet.

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Kameraobjektiv

Ein Kameraobjektiv sammelt das Licht, das von einem Motiv reflektiert wird, und fokussiert es mithilfe einer oder mehrerer Linsen auf die Sensorebene, um ein Bild zu erzeugen.

Kriterien für die Wahl des Objektivs beim Kauf

Hier sind die wichtigsten Kriterien für die Wahl eines Objektivs, die jeder Fotograf selbst gewichten muss:

Brennweite

Die Brennweite (f) wird in Millimetern (mm) gemessen. Sie bestimmt den Bildwinkel und beeinflusst die Perspektive, die im Bild dargestellt wird. Die Angabe der Brennweite, die am Objektiv steht, gilt ausschließlich für Kameras mit einem Vollformat-Sensor. Bei Kameras, die etwa aus Kostengründen einen kleineren Sensor haben, verlängert sich die Brennweite und muss mit Hilfe eines Crop-Faktors umgerechnet werden. Bei einem Sensor im APS-Format verlängert sich die Brennweite um den Crop-Faktor von 1,6. Aus einem 50 mm Normalobjektiv wird gemäß 50mm *1,6= 80 mm, somit ein leichtes Teleobjektiv.

Objektive werden in verschiedene Kategorien eingeteilt:

• Fisheye-Objektive: Brennweite unter 10 mm, erzeugen ein kreisförmiges Bild.
• Weitwinkel-Objektive: Brennweite zwischen 10 und 40 mm.
• Normalobjektive: Brennweite zwischen 40 und 55 mm.
• Teleobjektive: Brennweite über 55 mm.

​​​​​​Maximale Blendenöffnung

Die maximale Blendenöffnung, auch Offenblende genannt, wird durch einen Bruch angegeben, der das Verhältnis zwischen der Brennweite f in mm und dem maximalen von der Blende freigegebenen Durchmesser des Objektivs beschreibt. Die Blende bestimmt, wie viel Licht auf den Kamerasensor fällt und beeinflusst die Schärfentiefe, welche nicht nur ein technischer, sondern auch ein gestalterischer Aspekt ist.

Beispiel:

• Canon RF 50mm f/1,2: Fläche, durch die Licht auf den Sensor fällt sei100%.
• Canon RF 50mm f/1,8: Fläche, durch die Licht auf den Sensor fällt nur mehr 50%.
• Canon EF 50mm f/2,5: Fläche, durch die Licht auf den Sensor fällt sogar nur mehr 25%.

Das bedeutet, dass die Fläche, durch die Licht auf den Sensor fällt, beim f/1,8 Objektiv nur 50 % und beim f/2,5 sogar nur 25% der Fläche vom f/1,2 Objektivs beträgt.

Umgekehrt formuliert, muss man beim f/2,5 Objektiv viermal so lange, bzw. beim f/1,8 Objektiv doppelt so lange belichten, als beim f/1,2 Objektiv, damit bei gleicher Helligkeit des Motivs dieselbe Anzahl an Photonen auf die Fotodiode im Kamerasensor fallen kann und folglich den gleichen Helligkeitswert in der Bilddatei erzeugen kann.

Gewicht vom Objektiv

Das Gewicht eines Objektivs kann entscheidend dafür sein, ob man es zu einem fotografischen Anlass mitnimmt oder es ungenutzt zu Hause liegen bleibt.

Beispiel:

• Canon RF 50mm f/1,8 STM: 160 g
• Canon RF 50 mm f/1,4 L VCM : 580 g
• Canon RF 50mm f/1,2 L USM: 950 g

Autofokus

Objektive mit Autofokus nutzen einen Motor zur Unterstützung der Fokussierung. Ältere oder spezielle Objektive wie Spiegelteleobjektive oder Tilt-Shift-Objektive erfordern hingegen eine manuelle Fokussierung.

Bildstabilisierung durch das Objektiv

Einige Objektive verfügen über eine integrierte Bildstabilisierung, die die Stabilisierung im Kameragehäuse ergänzt.

Filtergewinde vom Objektiv

Der Durchmesser des Filtergewindes wird in mm angegeben und beeinflusst die Verwendung von aufgeschraubten Filtern. Bei Ultraweitwinkel- oder Fischaugen-Objektiven kann aufgrund der Krümmung der Frontlinse kein Filter aufgeschraubt werden. Alternativ kann bei manchen dieser Objektive ein Filter direkt vor dem Kameraanschluss in den Strahlengang geschoben werden.

Kosten vom Objektiv

Die Kosten für Objektive variieren erheblich. Beispiele (Stand Oktober 2024):

• Canon RF 50mm f/1,8 STM: ca. 185 €
• Canon RF 50 mm f/1,4 L VCM: ca. 1.599 €
• Canon RF 50mm f/1,2 L USM: ca. 2.480 €

Kriterien für die Wahl des Objektivs bei der Aufnahme

Wahl des Bildausschnitts

Auswahl eines Objektivs mit entsprechender Brennweite (Tele-, Normal-, Weitwinkel- oder Fishey-Objektiv).

Fokussierung

Einstellung der Entfernung zwischen Objektiv und Sensorebene.

Blendenwahl

Die Blende wird so gewählt, dass sie zusammen mit Belichtungszeit und ISO-Wert eine korrekte Belichtung sowie die gewünschte Tiefenschärfe und ein ansprechendes Bouquet (Unschärfe im Hintergrund) erzielt.

Wahl zwischen Zoom- vs. Festbrennweiten-Objektiv

Man unterscheidet zwischen Objektiven mit fester und verstellbarer Brennweite (Zoom-Objektive). Zoom-Objektive bieten den Vorteil, den Bildausschnitt zu verändern, ohne den Standort zu wechseln. Nachteil sind oft das höhere Gewicht, eine geringere Lichtstärke und eine reduzierte Abbildungsqualität im Vergleich zu Festbrennweiten. Festbrennweiten verfügen oft über eine größere Offenblende, mit der man ein gefälligeres Bokeh erreichen kann.

Sehwinkel des Auges und Bildwinkel des Normalobjektivs

Der Bildwinkel beim Sehen mit beiden Augen beträgt etwa 170° horizontal und 110° vertikal, da das menschliche Sehfeld durch die Position der Augen und die Fähigkeit des Gehirns, Informationen aus beiden Augen zu kombinieren, bestimmt wird. Bei starr gerade aus gerichteten Augen ist aber nur ein kleiner Teil des Bildwinkels scharf. In der Praxis des Sehen bewegt sich Augapfel und fokussiert ständig auf andere Bildteile. Diese weitreichende Sicht ermöglicht es uns, Bewegungen und Umgebungen umfassend wahrzunehmen, was für die Orientierung und Interaktion mit der Umwelt entscheidend ist. 

Im Gegensatz dazu hat ein 50mm Normalobjektiv einen wesentlich kleineren Bildwinkel (39,6° horizontal, 27° vertikal und 46,8° diagonal). Trotz dieser Einschränkung empfinden wir Bilder, die mit einem Normalobjektiv aufgenommen werden, oft als gleichwertig oder "natürlich", weil die Brennweite dieses Objektivs in etwa dem menschlichen Sichtfeld entspricht und der der Perspektive unserer Augen ähnlich ist, insbesondere in Bezug auf die Proportionen und die Tiefenwahrnehmung.

Zusätzlich kann der kleinere Bildwinkel des Objektivs den Vorteil haben, dass er eine selektive Fokussierung ermöglicht. Der Fotograf kann sich auf bestimmte Motive konzentrieren und den Hintergrund unscharf gestalten, was dem Bild eine gewisse Tiefe und einen ansprechenden Look verleiht. Diese Möglichkeit zur Komposition trägt zur Natürlichkeit der Aufnahme bei, da sie den Fokus auf das Wesentliche lenkt, während das breite Sehfeld des menschlichen Auges samt dem permanenten umfokussieren dazu dient, die Umgebung zu erfassen und Informationen zu verarbeiten.

Wahl des Bildausschnitts

Durch die Wahl der Brennweite und den Abstand zum Motiv lässt sich der sichtbare Bildausschnitt festlegen:

• Weitwinkel: Eignet sich für Landschaften oder Architekturaufnahmen, wobei das Hauptmotiv in einem großen Kontext gezeigt wird. (Englisch: "Extreme Wide Shot")
• Totale: Zeigt das Motiv und dessen Umgebung in einem weiten Bildausschnitt. (Englisch: "Establishing Shot" oder "Wide Shot")
• Halbtotale: Das Motiv wird in einem mittleren Ausschnitt gezeigt, sodass die Umgebung sichtbar bleibt. (Englisch: "Full Shot" oder "Complete View")
• Amerikanische Einstellung: Zeigt eine Person vom Kopf bis zur Oberschenkelhöhe. (Englisch: "American Cut")
• Halbnah: Das Motiv ist von der Taille oder Hüfte aufwärts sichtbar, mit Teilen der Umgebung im Bild. (Englisch: "Medium Cut")
• Nahaufnahme: Zeigt das Motiv in einem engen Bildausschnitt, fokussiert auf das Gesicht. (Englisch: "Shoulder Close-Up")
• Großaufnahme: Person wird vom Kopf bis zu den Schultern gezeigt, auch für Objekte wie Blumenvasen geeignet. (Englisch: "Close-Up")
• Detailaufnahme: Fokussiert auf ein spezifisches Detail des Motivs, etwa die Armbanduhr. (Englisch: "Extreme Close Up")
• Italienische Einstellung: Zeigt nur die Augenpartie des Darstellers. (Englisch: "Italian Shot")

Abbildungsfehler von Objektiven

Die Qualität eines Objektivs hängt von seiner Fähigkeit ab, verschiedene Abbildungsfehler zu kompensieren:

Verzeichnung

Unerwünschte Veränderungen des Abbildungsmaßstabs. Man unterscheidet zwischen kissen- und tonnenförmigen Verzeichnungen, die insbesondere bei Weitwinkelobjektiven auftreten.

Aberration

Man unterscheidet zwischen

• Sphärische Aberration: Parallel einfallende Lichtstrahlen treffen nicht an einem einzigen Brennpunkt zusammen, was zu Unschärfe führt. Abblenden kann diesen Effekt reduzieren.
• Chromatische Aberration: Farbsäume an Konturen aufgrund unterschiedlicher Brennpunkte für verschiedene Wellenlängen. Diese können in der Nachbearbeitung korrigiert werden.

Vignettierung

Verdunkelung an den Bildrändern, die durch Abblenden reduziert werden kann.

Blende

Das menschliche Auge reguliert die Lichtmenge, die auf die Netzhaut fällt, indem es den Pupillendurchmesser zwischen 1,5 und 8 mm verändert. 

In einem Objektiv funktioniert die Blende ähnlich: Sie steuert, wie viel Licht durch die bewegliche Lamellen der Blende auf den Sensor fällt. Im Unterschied zum Auge steuert die Blende aber nicht stufenlos wie viel Licht auf den Sensor fällt, sondern sie tut dies in diskreten Schritten bzw. den zugehörigen Lichtwerten. Die Blendenöffnung D (in mm) wird berechnet, indem man die Brennweite f des Objektivs ( in mm= durch die gewählte Blendenzahl k (dimensionslos) teilt. Oder umgekehrt formuliert: 

\(k = \dfrac{f}{D}\)

Objektive mit hoher Lichtstärke (und entsprechend höheren Preisen) haben typischerweise Blenden von f/1,2 oder f/1,4. Eine Änderung der Blende um eine Blendenstufe führt dazu, dass sich die Lichtmenge, die auf den Sensor fällt, verdoppelt oder halbiert.

• Verkleinert man die Blende um eine Blendenstufe (z.B.: von f/2,8 auf f/4) so kommt nur mehr halb so viel Licht auf den Sensor.
• Vergrößert man die Blende um eine Blendenstufe (z.B. von f/2 auf f/1,4) so kommt doppelt so viel Licht auf den Sensor.

Um die Fläche eines Kreises, der durch die Blende gebildet wird, und somit den Lichtstrom zu halbieren, muss man den Durchmesser durch \(\sqrt 2 \approx 1,414\) dividieren. Die Blendenzahl ergeben sich dabei durch Multiplikation von 1 mit dem Faktor \(\sqrt 2 \approx 1,414\)

Beispiel:

Es wird gezeigt, dass für eine Verdopplung der Kreisfläche der Durchmesser mit dem Faktor \(\sqrt 2 \approx 1,414\) multipliziert werden muss:

\(\begin{array}{l} A = \dfrac{{{d_1}^2}}{4} \cdot \pi \to {d_1} = 2 \cdot \sqrt {A \cdot \pi } \\ 2 \cdot A = 2 \cdot \dfrac{{{d_1}^2}}{4} \cdot \pi = \dfrac{{{d_2}^2}}{4} \cdot \pi \to 2 \cdot {d_1}^2 = {d_2}^2 \to {d_2} = \sqrt 2 \cdot {d_1} \end{array}\)

Blendenreihe

Die Blendenreihe bei Halbierung des Lichtstroms lautet:

\(k=1 - \sqrt 2 - 2 - 2 \cdot \sqrt 2 - 4 - 4 \cdot \sqrt 2 - 8 - 8 \cdot \sqrt 2 - 16 - 16 \cdot \sqrt 2 - 32\)

k = 1 - 1,4 - 2 - 2,8 - 4 - 5,6 - 8 - 11 - 16 - 22 - 32

Im Modus "Blendenautomatik" gibt der Fotograf die Belichtungszeit vor, während die Kameraautomatik die passende Blende wählt. Hierbei werden die Blenden in Drittelstufen eingestellt, wobei die Werte durch Multiplikation von 1 mit dem Faktor \(\sqrt[6]{2} \approx 1,122\)

1 - 1,1 - 1,2 - 1,4 - 1,6 - 1,8 - 2 - 2,2 - 2,5 - 2,8 - 3,2 - 3,5 - 4 - 4,5 - 5 - 5,6 - 6,3 - 7,1 - 8 - 9 - 10 - 11 - 13 - 14 - 16 - 18 - 20 - 22 - 25 - 28 - 32

Physikalisch sinnvoll realisierbare Lichtstärke eines Objektivs:

Über den Zusammenhang \(D = \dfrac{f}{k}\) hängt der minimale Durchmesser D der Frontlinse eines Objektivs von dessen Brennweite f und der gewünschten Blendenzahl k ab. 

• Bei einem f=50 mm Normalobjektiv muss für die Blendenzahl k=2 der Durchmesser mindestens D=f/k=50/2=25 mm = 2,5 cm betragen. Kein Problem!
• Bei einem f=500 mm Teleobjektiv muss für die Blendenzahl k=2 der Durchmesser mindestens d=f/k=500/2=250 mm = 25 cm betragen. Das würde einem Zylinder von 0,5 m Länge und einem Durchmesser D von 25 cm entsprechen. So ein Objekt will man nicht unbedingt besitzen...
• Bei einem f=500 mm Teleobjektiv muss für die Blendenzahl k=4 der Durchmesser mindestens d=f/k=500/4=125 mm = 12,5 cm betragen. So ein Objektiv liegt in der 10.000 € Preisklasse und wiegt über 4 kg. 

Wir fassen zusammen

Die Blendenreihe im Abstand von einem Lichtwert (Brennweite f dividiert durch Blendenwert k) lautet somit:
f/1 - f/1,4 – f/2 – f/2,8 – f/4 – f/5,6 – f/8 – f/11- f/16 – f/22 – f/32. 

→ Merksatz: Eine Änderung der Blende um eine Blendenstufe führt dazu, dass sich die Lichtmenge, die auf den Sensor fällt, verdoppelt oder halbiert. 

→ Merksatz: Eine kleinere Blendenzahl (z.B. f/2,8) bedeutet eine große Blendenöffnung und viel Licht, jedoch bei geringer Schärfentiefe.

→ Merksatz: Eine größere Blendenzahl (z.B. f/16) steht für eine kleine Blendenöffnung und wenig Licht, bei größerer Schärfentiefe.

Beispielsweise hat ein 50mm-Objektiv bei f/1,2 einen Durchmesser von 42 mm, was viel Licht auf den Sensor leitet, während bei f/8 der Durchmesser nur 6,25 mm beträgt, was weniger Licht durchlässt.

Scharfe Wahrnehmung

Die Wahrnehmung wird als scharf empfunden, wenn ein Punkt im Motiv als Punkt und nicht als Zerstreuungskreis abgebildet wird. Dies geschieht durch die kontinuierliche Fokussierung des Auges, während die Fokussierung eines Objektivs durch Drehen des Entfernungsrings erfolgt. Autofokus-Systeme automatisieren diesen Prozess mit Hilfe eines Motors im Objektiv..

Physikalisch gesehen ist dies für gegebene optische Parameter nur für eine einzige Gegenstandsweite g möglich. Punkte vor und hinter dieser Gegenstandsweite zerstreuen, d.h, sie werden unscharf.

• Auge: Der Fokus bzw. die Scharfstellung des Auges erfolgt kontinuierlich, wodurch das Auge scheinbar nie unscharf sieht. Bei dieser sogenannten Akkommodation verwendet das Auge folgenden Trick:
  • Schaut man auf einen nahen Bildteil, so spannt sich der Ringmuskel, die Wölbung der Linse nimmt zu und auf der Netzhaut entsteht für die nahen Bildteile ein scharfes Bild.
  • Schaut man auf einen fernen Bildteil, so entspannt sich der Ringmuskel, die Wölbung der Linse nimmt ab und auf der Netzhaut entsteht für ferne Bildteile ein scharfes Bild.

Durch die dynamische Änderung der Dicke und somit der Brechkraft der Augenlinse, zufolge anspannen oder erschlaffen des Ziliarmuskels, entsteht im Gehirn der Eindruck eines durchgängig scharfen Bildes auch für unterschiedliche Entfernungen.

• Objektiv: Die Fokussierung bzw. die Scharfstellung bei einem Objektiv funktioniert, indem der Entfernungsring am Objektiv gedreht wird, wodurch der Abstand zwischen den Linsen im Objektiv und dem Sensor im Gehäuse verändert wird. Erfolgt diese Drehbewegung durch einen Motor und wird sie elektronisch gesteuert, so spricht man von Autofokus.
  • Wird der Abstand zwischen Objektiv und Sensor kürzer, werden ferne Motivteile scharf, wird der Abstand zwischen Objektiv und Sensor länger, werden nahe Motivteile scharf.

Tiefenschärfe bzw. Schärfentiefe

Die Ausdrücke Tiefenschärfe bzw. Schärfentiefe werden synonym verwendet. Die Wahl der Blende beeinflusst auch die Tiefenschärfe, also den Bereich vor und hinter dem Fokuspunkt, der scharf abgebildet wird. Die Tiefenschärfe hängt von folgenden Faktoren ab:

• Blendenöffungszahl k: kleine Blendenzahl bewirkt geringe Tiefenschärfe
• Brennweite f: lange Brennweite bewirkt geringe Tiefenschärfe
• Gegenstandsweite g: geringe Gegenstandsweite bewirkt geringe Tiefenschärfe
• Sensorgröße: großer Sensor bewirkt geringe Tiefenschärfe

Bokeh

Die Tiefenschärfe wird oft als gestalterisches Element in der Fotografie verwendet, bekannt als Bokeh, bei dem Vorder- und Hintergrund unscharf abgebildet werden, um den Fokus auf das Motiv zu lenken. Die Form der Zerstreuungskreise hängt dabei von der gewählten Brennweite, der Blendenöffnung und der Anzahl der Lamellen ab, welche die Blende bilden.

Hyperfokale Distanz

Die hyperfokale Distanz d_HF ist die Entfernung zum Motiv, bei der der Bereich der Schärfe von 50 % dieser Entfernung bis unendlich reicht. Sie ist abhängig von der Brennweite f und der Blendenzahl k. Zusätzlich ist sie abhängig vom akzeptablen Grenzwert des Durchmessers vom Zerstreuungskreis am Sensor und dieser wiederum ist abhängig von der Sensorgröße. Bei der hyperfokalen Distanz ist der Durchmesser vom Zerstreuungskreis auf der Sensorebene für den Nahpunkt und den Fernpunkt gleich groß.

Berechnung der Schärfentiefe

• f .. Brennweite des Objektivs in mm.
• D .. Durchmesser der Blende in mm. Der Ausdruck „Offenblende“ bezeichnet den mechanisch maximal möglichen Durchmesser D der Blende.
• k .. Blendenzahl \(k = \dfrac{f}{D}\) Typische Werte, im Abstand von einem Lichtwert, sind: 1 - 1,4 - 2 - 2,8 - 4 - 5,6 - 8 - 11 - 16 - 22 - 32
• g … Gegenstandsweite als Entfernung zum Motiv in Metern
• d_Zk .. Durchmesser des Zerstreuungskreises, zugleich ein Maß für Unschärfe. Unschärfe im Bild entsteht, wenn ein Punkt vom Motiv auf einen Kreis am Sensor abgebildet wird. Wenn der Durchmesser vom Zerstreuungskreis einen Grenzwert überschreitet, wird das Bild als unscharf wahrgenommen. Für Vollformat-Kameras setzt man den Grenzwert für den Durchmesser vom Unschärfekreis am Sensor mit
  d_ZK= 0,03 mm = 0,00003 m an.
• d_HF .. Hyperfokale Distanz ist jene errechnete Entfernung zum Motiv, gemessen in Meter, die man am Objektiv einstellen muss, damit der Bereich einer „passablen“ Schärfe von 50% dieser Entfernung (im Vordergrund) bis Unendlich (im Hintergrund) reicht.
  \({d_{HF}} = \dfrac{{{f^2}}}{{k \cdot {d_{Zk}}}}{\text{ }}\)
• d_NP .. Distanz zum Nahpunkt.  Alles, was vor dem Nahpunkt liegt, wird unscharf abgebildet. Der Grund dafür ist, dass das Bild vom Nahpunkt hinter der Filmebene abgebildet wird und auf der Filmebene als Kreis und somit unscharf erscheint.
  \({d_{NP}} = \dfrac{{{d_{HF}} \cdot g}}{{{d_{HF}} + \left( {g - f} \right)}}\)
• d_FP .. Distanz zum Fernpunkt. Alles, was hinter dem Fernpunkt liegt, wird unscharf abgebildet. Der Grund dafür ist, dass das Bild vom Fernpunkt vor der Filmebene abgebildet wird und auf der Filmebene als Kreis und somit unscharf erscheint.
  \({d_{FP}} = \dfrac{{{d_{HF}} \cdot g}}{{{d_{HF}} - \left( {g - f} \right)}}\)
• ST .. Schärfentiefe ist die scharf abgebildete Entfernung. Sie liegt zwischen Nah- und Fernpunkt
  \(ST = {d_{FP}} - {d_{NP}}\)

Beispiel: Kamera mit Vollformatsensor, Objektiv mit 50 mm Brennweite bei Blende 8

\(\eqalign{ & f = 50{\text{mm}} = 0,05{\text{m}} \cr & k = 8 \cr & {d_{ZK}} = 0,00003{\text{m}} \cr & {d_{HF}} = \dfrac{{{{0,050}^2}}}{{8 \cdot 0,00003}} = 10,416{\text{m}} \cr} \)

→ Die hyperfokale Distanz bei einem 50mm Objektiv bei Blende 8 und einem Vollformatsensor beträgt 10,42 m. D.h. stellt man das Objektiv auf 10,42m Entfernung ein, dann wird alles, was zwischen 5,21 m und unendlich liegt „scharf“ dargestellt. Als „scharf“ gilt dabei jeder Punkt in der Natur, der am Sensor einen Zerstreuungskreis kleiner als d_ZK= 0,03 mm verursacht.

Obiges Objektiv wird auf eine Gegenstandsweite von g = 10m eingestellt.
Der Nahpunkt ergib sich zu:
\({d_{NP}} = \dfrac{{{d_{HF}} \cdot g}}{{{d_{HF}} + \left( {g - f} \right)}} = \dfrac{{10,416 \cdot 10}}{{10,416 + \left( {10 - 0,05} \right)}} = 5,11{\text{m}}\)

Der Fernpunkt ergibt sich zu:
\({d_{FP}} = \dfrac{{{d_{HF}} \cdot g}}{{{d_{HF}} - \left( {g - f} \right)}} = \dfrac{{10,416 \cdot 10}}{{10,416 - \left( {10 - 0,05} \right)}} = 223,2{\text{m}}\)

Womit sich die Schärfentiefe wie folgt ergibt:
\(ST = {d_{FP}} - {d_{NP}} = 223,2 - 5,11 = 218,09\)

→ Bei einem auf 10 m Entfernung fokussierten 50 mm Objektiv und einem Vollformatsensor liegt bei Blende 8 der Nahpunkt bei 5,11 m und der Fernpunkt bei 223,2m. Daraus resultiert eine Schärfentiefe von ca. 218 m.

Verschluss

Der Verschluss (Shutter) steuert die Belichtungszeit, also wie lange das Licht, welches von der Blende durch das Objektiv gelassen wurde, auf den Sensor fällt. Im Strahlengang durch die Kamera liegt der Verschluss hinter der Blende (im Objektiv) und vor dem Sensor im Kameragehäuse. Man unterscheidet zwischen mechanischem und elektronischem Verschluss.

Belichtungszeit bzw. Verschlusszeit

Die Belichtungszeit ist jene Zeitspanne, während der das Licht vom Motiv kommend durch das Objektiv auf den Sensor bzw. den Film im Kameragehäuse fällt. Diese Zeitspanne wird in Sekunden bzw. Sekundenbruchteilen gemessen und durch einen Verschluss gesteuert. Von Belichtungsautomatiken unterstützt Belichtungszeiten liegen zwischen 30 Sekunden und 1/64.000 Sekunde. Mit "bulb" bezeichnet man eine manuelle Verschlusszeit, die etwa in der Astrofotografie auch deutlich über 30 Sekunden hinaus reichen kann. 

Die Belichtungszeitenreihe im Abstand von einem Lichtwert lautet: 30s, 15s, 8s, 4s, 2s, 1s, 1/2s,1/4s, 1/8s, 1/15s, 1/30s, 1/60s, 1/120s, 1/250s, 1/500s, 1/1000s, 1/2000s, 1/4000s, 1/8000s, 1/16000s, 1/32000s und letztlich 1/64000s.

Halbiert man die Belichtungszeit, so fällt auch nur mehr halb so viel Licht auf den Sensor.

Damit kein verwackeltes Bild entsteht muss die Verschlusszeit an die Brennweite des Objektivs und an die Geschwindigkeit der Bewegung des Motivs angepasst werden.

• Lange Brennweite → kurze Belichtungszeit; Faustformel: Belichtungszeit = 1 / Brennweite z.B 200 mm Teleobjektiv erfordert 1/250 Sek oder kürzer

• Schnelle Bewegung des Motivs → kurze Belichtungszeit

Moderne Kameras und moderne Objektive haben jeweils einen Bildstabilisator eingebaut, wodurch es möglich wird bei schlechten Lichtverhältnissen auch mit längeren Belichtungszeiten und ohne Blitz aus der Hand zu fotografieren.

Mechanischer Verschluss

Der mechanische Verschluss besteht aus horizontal angeordneten Lamellen. Sind die Lamellen geschlossen, kommen keine Photonen (also kein Licht) auf die dahinter liegende Filmschicht bzw. die Foto-Dioden eines Kamera-Sensors. Keine Photonen bedeutet, dass keine Belichtung erfolgen kann.

• Wird eine Aufnahme ausgelöst, so gibt ein erster Verschlussvorhang einen Spalt frei und die Belichtung startet, weil nun die Photonen vom Motiv kommend, auf den Sensor treffen.
• Nach Ablauf der gewählten Belichtungszeit (30 Sek. - 1/8000 Sek.) beendet ein zweiter Verschlussvorhang die Belichtung.

Da sich beide Vorhänge in dieselbe Richtung (von oben nach unten) bewegen und somit der Spalt immer gleich lang über jeder Stelle des Sensors verweilt, wird jede Pixelzeile am Sensor gleich lang belichtet. Bei der Canon EOS R3 beträgt die kürzeste mechanische Verschlusszeit 1/8000 Sek.

Ein mechanischer Verschluss startet und stoppt also den Fluss von Photonen, die auf den Sensor fallen. 

Zur Zeit der analogen Fotografie war der mechanische Verschluss die einzige Verschlussmethode, da der Verschlussvorhang vor und nach der Belichtung den Film im Gehäuse beim Objektivwechsel vor Lichteinfall geschützt hat. 

„Rolling-Shutter-Effekt“ beim mechanischen Verschluss

Wenn sich das Fotomotiv sehr schnell bewegt (Golfball beim Abschlag, Rotorblätter eines Propellerflugzeugs) oder bei schnellen Kameraschwenks, kommt es am Foto zu Verzerrungen, weil auch bei sehr kurzen Verschlusszeiten der von den Lamellen gebildete Spalt von oben nach unten läuft und damit die Pixel-Zeilen bzw. die lichtempfindliche Schicht vom Analogfilm, nicht zeitgleich sondern zeitversetzt den Photonen, die vom Motiv kommen, ausgesetzt werden.

D.h. die Pixel in der obersten Zeile sehen die Photonen des in der Natur ablaufenden Prozess geringfügig früher als es die Pixel in der untersten Zeile tun.

Ein schnell bewegtes Motiv hat in dieser kurzen Zeit die Position schon etwas verändert, wodurch es zur verzerrten Darstellung kommt (der runde Golfball wird zum Ei, die geraden Rotorblätter werden zu parabelförmigen Rotorblätter).

Nachdem der mechanische Verschluss von oben nach unten gelaufen ist, ist der analoge Film bereits fertig belichtet, während der Sensor einer Digitalkamera noch zeilenweise ausgelesen werden muss. 

Blitzbelichtung beim mechanischen Verschluss

Bei Belichtungszeiten die kürzer als die vom Kamerahersteller angegebene "Blitzsynchronisationszeit" (typisch 1/180 Sek.) sind, beginnt sich der 2. Verschlussvorhang schon zu schließen, ehe der 1. Verschlussvorhang den ganzen Sensor freigegeben hat. D.h. bei sehr kurzen Verschlusszeiten sind zu keinem Zeitpunkt sind alle Pixelzeilen des Sensors der Belichtung ausgesetzt.

Da ein Blitz aber nur für ca. 1/50000 Sekunde aufleuchtet, würden bei kürzeren Belichtungszeiten als der "Blitzsynchronisationszeit" nicht alle Pixelzeilen des Sensors das vom Motiv reflektierte Blitzlicht empfangen können und nur Teile des Bildes wären korrekt belichtet, der Rest des Bildes bliebe ohne Blitzbeleuchtung.

Elektronischer Verschluss

Ein elektronischer Verschluss steuert die Belichtungszeit ohne mechanische Elemente (Verschlussvorhänge, Lamellen), also rein elektronisch. Die Zeit, die mindestens zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufnahmen, vergeht setzt sich aus der Belichtungszeit und der Auslesezeit des Sensors zusammen. 

Unmittelbar vor der Belichtung werden die elektrischen Kreise des Sensors entladen und die Belichtungszeit beginnt zu laufen. 

Während der Belichtungszeit (30 Sek. - 1/64000 Sek.) wandeln die Fotodioden je Pixel die vom Motiv eintreffenden Photonen in Elektronen um. Diese Elektronen fließen je Pixel als Gleichstrom zu einem Kondensator, den sie aufladen, wodurch eine Spannung zwischen den beiden Elektroden des pixelspezifischen Kondensators aufgebaut wird.

Zunächst startet die Belichtung der 1. Pixelzeile: Zuerst werden alle (6000) Kondensatoren der 1. Pixelzeile (eines 24 Mega-Pixel Sensors) entladen. Die Pixel sind permanent den vom Motiv kommenden Photonen ausgesetzt und jedes Pixel beginnt nach der Entladung mittels Gleichstrom seinen Kondensator von Null weg aufzuladen. Der Kondensator sammel während der Belichtungszeit die von der Foto-Diode stammenden Elektronen auf und baut eine proportionale Spannung zwischen seinen beiden Elektroden auf. Nach Ablauf der Belichtungszeit werden die Spannungen aller Kondensatoren der 1. Pixelreihe über deren spalten-spezifischen AD-Wandler ausgelesen und in einen DRAM-Speicher umkopiert. Für das Auslesen der AD-Wandler je Pixelzeile und das Umkopieren der nunmehr digitalen Information in den DRAM-Speicher vergeht eine gewisse, sehr kurze, Zeit, die wir T_Row nennen wollen. T_Row ist sensorspezifisch und dem Sensorhersteller bekannt. T_Row ist vieltausendfach kürzer als die kürzeste Belichtungszeit der Kamera.

Die Belichtung der 2. Pixelzeile startet unabhängig von der Belichtungszeit exakt nach T_Row mit der Entladung aller Kondensatoren. Somit startet für die 2. Pixelzeile die Belichtungszeit. Die Belichtungszeit der 2. Pixelzeile endet, unabhängig von ihrer Dauer, exakt um T_Row verzögert nach dem Ende der Belichtungszeit der 1. Pixelzeile. Exakt zu diesem Zeitpunkt haben die AD-Wandler die Informationen aller Pixel der 1. Zeile in den DRAM umkopiert und sind nun verfügbar, um die Spannungswerte der Kondensatoren der 2. Pixelzeile in den DRAM umzukopieren.

Die Belichtung der n-ten Pixelzeile startet exakt n * T_Row  nach der ersten Pixelzeile mit der Entladung aller Kondensatoren. Nach Ablauf der Belichtungszeit werden auch die Informationen der n-ten Pixelzeile mittels der AD-Wandler in den DRAM umkopiert.

Wenn etwa ein 24 Mega-Pixel Sensor 4000 Pixelzeilen zu je 6000 Pixel je Zeile hat, dann startet die Belichtung der letzten, also der viertausendsten Pixelzeile, exakt 4000 * T_Row nach der 1. Pixelzeile. Entsprechend werden deren Informationen nach exakt 4000 * T_Row nach der ersten Pixelzeile in den DRAM umkopiert.

Die Auslesezeit des gesamten Sensors beträgt in diesem Fall 4000 * T_Row .

Danach können die Informationen alle Pixelzeilen einer Aufnahme aus dem DRAM vom digitalen Signalprozessor ausgelesen und verarbeitet werden. Der DRAM entkoppelt den Kamera-Sensor vom digitalen Signalprozessor. Die Speichergröße vom DRAM bzw. die Geschwindigkeit, mit welcher der digitale Signalprozessor die Daten auf die Speicherkarte schreiben kann, bestimmen wie viele Bilder pro Sekunde dauerhaft in Serie aufgenommen werden.

Moderne Kameras, wie die Canon EOS R5 Mark II mit einem 45 Megapixel Sensor, kommen im Jahr 2024 auf kontinuierliche 30 Bilder pro Sekunde im unkomprimierten Raw-Format im Fotobetrieb. Das entspricht 1.350 Megapixel pro Sekunde. Im 8k RAW-Videobetrieb sind das bei 60p immerhin 480 Megapixel pro Sekunde die verarbeitet und auf die Speicherkarte geschrieben werden müssen.   

„Rolling-Shutter-Effekt“ beim elektronischen Verschluss

Bei herkömmlichen Foto-Sensoren steht es für jedes Pixel in einer Pixelzeile ein AD-Wandler zur Verfügung. Wie oben beschrieben, vergehen während des Auslesens von 4000 Sensorzeilen ca. 4000 * T_Row an Zeit, was etwa beim Sensor der Canon EOS R3 ca. 4,8 ms erfordert. Diese sehr kurze Sensorauslesezeit bewirkt auch bei schnell bewegten Motiven (Rotor eines Hubschraubers) kaum noch sichtbare Verzerrungen im Bild.

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Illustration mit freundlicher Genehmigung seitens Basler AG
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Global Shutter beim elektronischen Verschluss

Beim elektronischen Verschluss versucht man die Auslesezeit des Sensors zwischen der ersten und der letzten Pixelreihe zu minimieren.

Der Idealfall wäre es, wenn die Bildinformation aller Pixelzeilen auf einmal (ohne zeilenweiser Zeitverzögerung, bzw. ohne Auslesezeit des Sensors) ausgelesen werden könnten, etwa weil der Sensor einen A/D Wandler für jedes Pixel, nicht nur pro Zeile, sondern sogar je Spalte, am Sensor verdrahtet hat. Das geht bei Videokameras einfacher, da diese über maximal 8k Pixel verfügen, während Fotokameras über 24, 45 oder noch mehr Pixel verfügen.

Beim Sensor mit Global Shutter multipliziert sich gegenüber dem Sensor mit Rollinge Shutter die Anzahl der Verdrahtungen der A/D Wandler x-tausendfach, nämlich 1:1 mit der Anzahl der Pixel-Zeilen. Beim Ausbleiben einer Auslesezeit spricht man vom Global oder Total Shutter, wodurch die oben beschriebenen Verzerrungen von schnell bewegten Motiven nicht mehr auftreten, da alle Pixel schlagartig ausgelesen und in den DRAM umkopiert werden. 

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Illustration mit freundlicher Genehmigung seitens Basler AG
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ISO-Wert

In der Fotografie werden verschiedene ISO-Werte verwendet. In der analogen Fotografie waren niedrige ISO-Werte mit kleinen und hohe ISO-Werte mit großen Kristallstrukturen im Filmmaterial verbunden. In der digitalen Fotografie handelt es sich dabei um eine Kombination aus Sensorempfindlichkeit und Verstärkung im AD-Wandler.

Man wählt den ISO-Wert abhängig von der vorhandenen Beleuchtung, sowie abhängig von der Kombination aus Blende und Verschlusszeit wie folgt:

• ISO 100 ist ein niedriger ISO-Wert und wird oft in Situationen mit ausreichend Tageslicht verwendet. Es bietet eine hohe Bildqualität und geringes Rauschen. Dieser Wert eignet sich gut für Landschaftsfotografie, Studioaufnahmen und Situationen, in denen eine lange Belichtungszeit verwendet werden kann, oder bei der sehr viel Sonnenlicht vorhanden ist, wie etwa bei sommerlichen Strandszenen.
• ISO 400 ist ein vielseitiger ISO-Wert und eignet sich für eine Vielzahl von Situationen. Er kann bei schwächerem Tageslicht oder bei schnellen Bewegungen verwendet werden, da er eine schnellere Verschlusszeit ermöglicht. Dieser ISO-Wert wird oft in Sportfotografie, Reisefotografie und in Innenräumen ohne Blitz verwendet.
• ISO 800 bis 1600 sind mittlere ISO-Werte und werden in Situationen mit geringerem Licht verwendet. Sie eignen sich für Innenaufnahmen oder bei Dämmerung. Das Rauschen kann bei diesen Werten bereits sichtbar werden.
• ISO 3200 bis 6400 sind höhere ISO-Werte und werden in extrem schlechten Lichtverhältnissen oder für schnelle Bewegungen verwendet, wenn keine längere Belichtungszeit möglich ist. Diese Werte können zu sichtbarem Rauschen führen.
• ISO-Werte von 12800 und höher sind sehr hohe ISO-Werte und werden nur in äußerst dunklen Umgebungen verwendet, beispielsweise bei Nachtaufnahmen ohne Blitz. Das Rauschen ist bei diesen Werten in der Regel sehr ausgeprägt.

Lichtwert (LV) bzw. Exposure Value (EV)

Die korrekte Belichtung setzt sich aus einer Kombination von Blende und Belichtungszeit zusammen, wobei man von einem konstanten ISO = 100 ausgeht. Wenn man mit Hilfe des Belichtungsmessers die korrekte Belichtung aus Blende und Belichtungszeit bestimmt hat, verändert sich die Belichtung nicht,

• wenn man die Blende um eine Stufe verkleinert (f/8 → f/11), wodurch nur mehr halb so viel Licht auf den Sensor fällt,
• und wenn man gegengleich die Verschlusszeit um eine Zeitstufe verlängert (1/250s → 1/125 s), wodurch das Licht doppelt so lange auf den Sensor fällt.

Für eine korrekte Belichtung sind Blende und Verschlusszeit indirekt proportional. Um verschiedene Blenden/Verschlusszeit-Pärchen mit einander hinsichtlich der Belichtung vergleichen zu können, hat man den Lichtwert als Rechenhilfe eingeführt.

• Die Belichtungszeitreihe im Abstand von einem Lichtwert lautet:
  30s, 15s, 8s, 4s, 2s, 1s, 1/2s,1/4s, 1/8s, 1/15s, 1/30s, 1/60s, 1/120s, 1/250s, 1/500s, 1/1000s, 1/2000s, 1/4000s, 1/8000s, 1/64000s.
• Die Blendenreihe im Abstand von einem Lichtwert lautet:
  f/1 - f/1,4 – f/2 – f/2,8 – f/4 – f/5,6 – f/8 – f/11- f/16 – f/22 – f/32. 

Um Zeit-Blenden-Kombinationen bezüglich der Belichtung vergleichen zu können hat man den Lichtwert eingeführt. Der Lichtwert LV = 0 bedeutet, dass bei ISO = 100 mit Blende f/1 und mit einer Belichtungszeit von 1 Sekunde belichtet wurde.

Damit kann man folgende Tabelle aufstellen

Ablesebeispiel: Man erhält bei ISO=100 die gleiche Belichtung LV=12, wenn man bei Blende f/8 eine sechzigstel Sekunde belichtet, als wie bei Blende f/2,8 mit einer fünfhundertstel Sekunde.

Legt man statt einem ISO 100 Film einen mit ISO 200 in die analoge Kamera, oder erhöht man elektronisch entsprechend die Bildaufhellung so ergibt sich folgende Tabelle:

Ablesebeispiel: Man erhält bei ISO = 200 die gleiche Belichtung LV=12, wenn man bei Blende f/8 eine hundertfünfundzwansigstel Sekunde belichtet, als wie bei Blende f/2,8 mit einer tausendstel Sekunde. Gegenüber ISO = 100 kann man bei gleicher Blende eine Zeitstufe kürzer, also halb so lang, belichten. 

CMOS-Sensoren

Bei Kamerasensoren unterscheidet man nach deren Abmessungen, der Anzahl der Pixel und der Funktionsweise bei der Bilddatenverarbeitung.

Abmessungen des Fotosensors

• Kleinbildfilmformat
  Als man noch mit Filmmaterial fotografierte, betrugen die Abmessungen eines Negativs oder Dias 36 x 24 mm, was man als Kleinbildformat bezeichnete. Eine Sensorgröße von 36 x 24 mm wird heute als Vollformat bezeichnet.
• Vollformat-Sensoren
  Für professionelle Spiegelreflex und spiegellose Kleinbildkameras, ist man bei einer Sensorfläche von 36 x 24 mm bei einem Seitenverhältnis von 3:2 geblieben.
• APS-C-Sensoren
  Als elektronische Sensoren Anfang der Jahrtausendwende noch schwer herzustellen und teuer waren, hat man kleinere als die Vollformat-Sensoren, die sogenannten APS-C Sensoren, mit 25,1 x 16,7 mm bzw. 22,2 x 14,8 mm hergestellt. Diese Sensortypen haben das klassische Seitenverhältnis von 3:2.
• Cropfaktor
  Ein Vollformat-Sensor ist somit 63% oder 1,6-mal so groß als ein APS-C Sensor. Der Faktor 1,6 wird als Cropfaktor bezeichnet. Mit diesem Cropfaktor von 1,6 muss man die Brennweite eines Objektivs, welches für Vollformat-Sensoren gebaut wurde, multiplizieren, um auf die effektive Brennweite dieses Objektivs beim Einsatz mit einem APS-C Sensor zu kommen. Diese Brennweitenverlängerung ist bei Wildlife und Action-Fotografie von Vorteil, aber bei Architektur und Innenraum-Fotografie von Nachteil, weil dort der Bildwinkel zu klein wird, um nahe Objekte vollständig fotografieren zu können.

Sensorgrößen

Benchmark: Für einen 4k Monitor benötigt man 8,3 Megapixel, für einen 8k Monitor benötigt man 33 Megapixel

Pixelzahl bzw. Bildauflösung

Je mehr Pixel auf dem Sensor verbaut sind, umso größer kann ein Ausdruck werden, wenn man für einen qualitativ hochwertigen Druck 300 PPI zugrunde legt. Eine höhere Pixelzahl erlaubt auch mehr Freiheiten bei der Wahl des Bildausschnitts in der Nachbearbeitung, ohne Qualitätseinbuße.

Heute werden Bilder zunehmend auf TV-Geräten und PC-Monitoren betrachtet. Mit dem Ersatz von heute veralteten TV-Geräten mit Bildröhre im 4:3 Format, durch elektronische Bildschirme in Full-HD-Auflösung mit 1920x1080 Pixel setzte sich das Breitbildformat 16:9 im Wohnzimmer durch. Diesem folgten das UHD und das 8k-Format. Die nachfolgende Tabelle zeigt, dass selbst für einen High-End-8k-Bildschirm 33M Pixel ausreichend für eine 1:1 Pixelabbildung sind. Mit 24 M Pixel schafft man eine 6k-Auflösung und mit 8,3 M-Pixel eine UHD-Auflösung. 

Entscheidend für die Qualität, die ein Sensor liefert, ist aber nicht nur die Anzahl an Megapixel, sondern auch die Fläche, die pro Pixel am Sensor zur Verfügung steht. So haben etwa 33 Megapixel auf einem Vollformat Sensor mit 36 x 24 mm Abmessung 56-mal mehr Platz, als auf einem Handysensor von 4,5 x 3,4 mm Abmessung und können auch 56-mal mehr Licht aufsammeln. Dadurch muss bei schwacher Beleuchtung das Nutzsignal auch wesentlich weniger stark elektronisch verstärkt werden, wodurch es zu weniger Bildrauschen und einer höheren Bildqualität kommt, die dann deutlich sichtbar wird, wenn man das Handybild und das Kamerabild auf einem großen Bildschirm betrachtet.

Bilddatenerfassung mit analogem Film

Analoge Filme zeichnen das Bild mit Hilfe von Silberhalogenid-Kristallen auf. Abhängig von Größe und chemischer Zusammensetzung dieser Kristalle, resultiert eine Filmempfindlichkeit, die als ISO-Wert angegeben wird. Je höher der ISO-Wert, umso weniger Licht ist erforderlich, um den Film korrekt zu belichten.

Der ISO-Wert ist ein Maß dafür wie stark das Bild aufgehellt werden soll. Erhöht sich der ISO-Wert um eine Stufe, so wird doppelt so stark aufgehellt, bzw es muss nur halb so viel Licht auf den Sensor fallen.

• Einer Verdoppelung der ISO-Zahl entspricht eine Verdoppelung der Lichtempfindlichkeit und somit reicht bei gleicher Blende die halbe Belichtungszeit für eine korrekte Belichtung.
  Die ISO-Reihe im Abstand von einem Lichtwert lautet: 25, 50, 100, 200, 400, 800, 1.600, 3.200, 6.400, 12.800 

Filme haben 12, 24 oder 36 Bilder, man muss den Film ausknipsen, um einen weiteren Film mit einer anderen ISO-Empfindlichkeit einlegen zu können.

• ISO 25 ist ein Film mit sehr feinem Korn, etwa für einen Badetag am Strand.
• ISO 100 einer für bewölkte Tage.
• ISO 400 ist ein grobkörniger Film für bewölkte Tage mit wenig Licht und
• ISO 800 ist ein Film mit sichtbarem Korn für Innenaufnahmen ohne Blitz
• ISO > 800: Bestimmte Filme eignen sich für eine Unterbelichtung während der Aufnahme (Pushen) und erfordern dann eine forcierte Entwicklung im Fotolabor, um die Unterbelichtung wieder auszugleichen. Dadurch kann man mit einer kürzeren Belichtungszeit fotografieren, was vor allem dann Sinn macht, wenn man deshalb ohne Stativ verwacklungsfrei fotografieren kann. Dieser Trick wirkt sich aber sichtbar auf die Bildqualität in Form von starken Kontrasten aus.

Der ISO-Wert des Sensors einer Digitalkamera kann, im Unterschied zum analogen Film- oder Dia-Material, für jedes Bild neu gewählt werden. Moderne Kameras decken dabei den Wertebereich von ISO 50 bis ISO 204.800 ab, wodurch sie praktisch zu Nachtsichtgeräten werden.

Bilddatenerfassung mit digitalem Fotosensor

Autofokus

Bei den 2013 von Canon eingeführten  Dual Pixel CMOS AF Sensoren besteht jedes Pixel aus einer linken und einer rechten Photodiode, die sich zusammen eine Mikro-Linse teilen. D.h. ein 20 Millionen Pixel Sensor verfügt über 40 Millionen Fotodioden, die während des Fokussierens beim Phasendetektions-Autofokus unabhängig von einander in bestimmten Autofokus Positionen (CANON EOS R3: 1.053 Positionen) ausgewertet werden, die aber paarweise ein Bildpixel ergeben.

Der Umstand, dass jedes Pixel aus einer linken und einer rechten Photodiode aufgebaut ist, bedingt einen Schwachpunkt dieses Verfahren:  Es können im Querformat keine waagrechten Motivlinien zum Scharfstellen verwenden werden. D.h. wenn man die Kamera im Querformat verwendet und es nur horizontale Kanten gibt, kann die Kamera nicht scharfstellen! Man muss die Kamera dann etwas neigen.

2024 erfolgte, bei der Einführung der Canon EOS R1, dahingehend eine Verbesserung des Dual Pixel CMOS AF Sensors, als eines der beiden grünen Pixel um 90° gedrehte Photodioden hat. Bei gängigen Farbfilter-Array-Kameras  sind die Farbfilter Schachbrettartig angeordnet, wobei 50% der Pixel der Farbe Grün und je 25% der Pixel für die Farben Rot und Blau zugewiesen werden.

Von den beiden grünen Pixel besteht ein Pixel weiterhin aus einer linken und einer rechten Photodiode, während das zweite grüne Pixel aus einer oberen und eine unteren Photodiode besteht. Dadurch kann die Kamera auch im Querformat waagrechte Motivlinien zum Scharfstellen verwenden, ohne die Anzahl der Photodioden zu verändern. 

Bei zukünftigen Quad Pixel CMOS AF Sensoren besteht jedes Pixel aus 4 Photodioden, die sich zusammen eine Mikro-Linse teilen. D.h. ein 20 Millionen Pixel Sensor verfügt über 80 Millionen Fotodioden, die dann jeweils waagrechte und senkrechte Motivlinien zum Scharfstellen verwenden können.

Um der Photodiode im Sensor maximal viel Licht zuzuführen, befindet sich unter dem Infrarot Sperrfilter und einem Tiefpass-Filtern und über jedem Pixel eine Mikrolinse zur Bündelung des einfallenden Lichts, die heutzutage lückenlos aneinandergereiht sind (gapless microlenses).

→ D.h.: 2 oder zukünftig 4 Photodioden ergeben ein Pixel und pro Pixel wird eine Mikorlinse verbaut.

Kamerasensoren

Kamerasensoren erstellen ein Abbild des Motivs mithilfe von lichtempfindlichen Halbleiterbauelementen. Dabei kommen zwei Haupttechnologien zum Einsatz:

• CCD-Sensoren (Charge Coupled Device) 
• CMOS-Technik (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)

Sensorarten

• Front-Side-Illuminated-Sensor: Bei FSI befindet sich unter dem Bayer-Filter auf derselben Fläche zum einen die Verdrahtung, die erforderlich ist, um den Elektronenfluss zum A/D-Wandler zu ermöglichen und zum anderen die zugehörige Photodiode. Beim FSI-Sensor verläuft die Verdrahtung zwischen den Photodioden und nimmt diesen Platz weg, da Verdrahtung und Diode in der selben Ebene liegen.
• Back-Illuminated-Sensor: Beim BSI befindet sich unter dem Bayer-Filter zuerst die Schicht mit den Photodioden, welche die ganze Fläche ausfüllen können und erst darunter in einer weiteren Schicht die Verdrahtung, was die Empfindlichkeit des BSI-Sensors gegenüber dem FSI-Sensor verdoppelt, da die Verdrahtung der Photodiode keinen Platz wegnimmt.
• Stacked-Sensor: Um die Auslesegeschwindigkeit je Photodiode massiv zu vergrößern, wird bei Stacked-Sensoren (das ist ein in die Höhe gestapelter Sensor) nach der Verdrahtung in einer weiteren Ebene ein DRAM-Speicher je Pixel vorgesehen. Zudem liegen die A/D-Wander nicht außerhalb der lichtempfindlichen Fläche am Rand des Sensors, sondern in einer weiteren Schicht direkt unterhalb der Photodioden.

Belichtung (Exposure)

Die Belichtung, also die Lichtmenge, die auf den Sensor trifft, wird durch die gewählte Blende (Lichtstärke) und die Belichtungszeit (Dauer der Belichtung) bestimmt. Die Sensorempfindlichkeit kann physikalisch nicht verändert werden, also auch nicht durch die Vorgabe eines ISO-Werts. In der analogen Fotografie konnte die Filmempfindlichkeit sehr wohl verändert werden, dafür musste aber der Film gewechselt werden.

ISO-Wert (Bildaufhellungswert)

Der ISO-Wert beeinflusst nicht die Quanteneffizienz des einzelnen Pixels, sondern dient der Anpassung der Helligkeit im finalen Bild an die vom Auge erwartete Helligkeit. Der ISO-Wert ist daher der Zusammenhang zwischen der Belichtung des Sensors und der Helligkeit des finalen Bildes. Der ISO-Wert entspricht einer Bildaufhellung, egal ob diese durch analoge Verstärkung vor dem A/D-Wandler oder durch die anschließende digitale Verarbeitung erfolgt.

Moderne Kameras bieten einen weiten ISO-Bereich von ISO 50 bis zu ISO 204.800 und höher. Dies ermöglicht die Aufnahme von Bildern auch unter extrem dunklen Bedingungen, fast wie mit Nachtsichtgeräten.

Dynamik 

Während der Belichtung muss eine Mindestanzahl an Photonen auf der lichtempfindlichen Sensorschicht auftreffen, damit die Kamera das Nutzsignal vom Störsignal unterscheiden kann. Je weniger Photonen erforderlich sind, damit das Signal to Noise Ration (SNR) größer als 1 wird, umso lichtempfindlicher ist der Sensor.

Treffen hingegen zu viele Photonen die lichtempfindliche Sensorschicht, so geht diese in Sättigung und es werden keine zusätzlichen elektrischen Ladungen freigesetzt.

Der Bereich zwischen der mindestens erforderlichen und der maximal zulässigen Photonenanzahl bestimmt die Dynamik des Sensors. Sensoren mit einer hohen Dynamik liefern über die Sensorfläche verteilt, sowohl in dunklen als auch in hellen Bildbereichen detaillierte Bildinformationen.

Quanteneffizienz

Die Quanteneffizienz QE ist eine Kennzahl für das reale Verhältnis zwischen den eintreffenden Photonen und dem durch den Inneren Photoelektrischen Effekt erzeugten Elektronen. Wenn 6 Photonen zusammen 3 Elektronen erzeugen, dann gilt QE=50%. Ist der QE-Wert hoch, verbessert sich des Signal to Noise Ratio von Sensoren und in dunkeln Bildteilen entsteht eine bessere Detailzeichnung.

Photodiode

Die Photonen, die vom Motiv kommen und durch das Objektiv, die Blende und den Verschluss fallen, treffen auf die Photodiode des Sensors. In der Photodiode werden diese Photonen in Elektronen umgewandelt. Jeder Pixel des Sensors erzeugt durch den inneren photoelektrischen Effekt ein Elektron für jedes Photon, das darauf trifft. Der innere photoelektrische Effekt besagt, dass Elektronen in einem Metall durch Photonenenergie aus dem Valenzband in das Leitungsband überführt werden. Die Elektronen fließen in einem Gleichstromkreis, in dem sich ein Kondensator berfindet. Während der Belichtungszeit wird dieser Kondensator aufgeladen, so dass zwischen seinen beiden Klemmen eine Gleichspannung anliegt.

Analog-Digital-Wandler

Der Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler) wandelt die analoge Spannung, die mit der Anzahl der eintreffenden Photonen korreliert, in einen digitalen Wert um. Die Geschwindigkeit dieser Umwandlung hängt von der Abtastrate des AD-Wandlers ab, was besonders bei Videoaufnahmen oder Serienbildern wichtig ist.

Vor der Belichtung werden die elektrischen Kreise des Sensors entladen. Während der Belichtung ändert sich die elektrische Ladung jedes einzelnen Pixels im Sensor entsprechend der Lichtmenge, die auf das Pixel trifft – also proportional zur Anzahl der Photonen. Dies ist eine der Vorraussetzungen für eine lineare Aufnahme, wie weiter oben angeführt.

Diese Ladung wird in einem Gleichstromkreis durch einen Kondensator in eine Spannung umgewandelt. Abhängig von der gewählten ISO-Einstellung wird bei nicht ISO-invarianten Sensoren die Spannung analog verstärkt, bevor sie an den Analog-Digital-Wandler weitergeleitet wird.

Der AD-Wandler muss diese Umwandlung möglichst schnell durchführen, um eine hohe Serienbildfrequenz und schnelle Frame-Raten bei Videoaufnahmen oder für das elektronische Sucherbild zu ermöglichen. Ein 24-Megapixel-Sensor hat beispielsweise 6.000 Pixel pro Reihe, für die jeweils ein eigener A/D-Wandler verantwortlich ist – insgesamt 6.000 A/D-Wandler für die Spalten. Das bedeutet, dass alle 6.000 Spalten gleichzeitig digitalisiert werden.

Die 4.000 Reihen des Sensors werden jedoch nacheinander, also zeitlich gestaffelt, digitalisiert. Es dauert bis zu 0,05 Sekunden (1/20 Sekunde), um alle Pixel zwischen der ersten und der letzten Zeile auszulesen. Diese Geschwindigkeit reicht jedoch nicht aus, um ein 6K-Video mit 60 Bildern pro Sekunde aufzunehmen. Um diese Herausforderung zu meistern, wird ein DRAM-Speicher unter jedem Pixel benötigt, was die Verwendung eines Stacked-Sensors erforderlich macht. Der A/D-Wandler speichert die vorverarbeiteten Daten schnell in diesem DRAM-Speicher, von wo aus sie mit der optimalen Lesegeschwindigkeit für den nachgeschalteten Digitalen Signalprozessor (DSP) weitergeleitet werden. Dadurch kann die Auslesezeit für alle Pixel des Sensors auf 1/120 Sekunde reduziert werden. Der nächste technologische Schritt könnte ein A/D-Wandler pro Pixel sein.

Digitaler Signalprozessor

Letztlich wird für jedes Pixel der digitale 14-Bit-Wert zusammen mit der Zeilen- und Spaltenkennung des jeweiligen Pixels aus dem AD-Wandler in Form eines Zahlenwerts, welcher für die Anzahl der Photonen und damit für den Helligkeitswert – die Luminanz - des jeweiligen Pixels steht, einem DSP Digitalen Signalprozessor zugeführt. Dabei wird die Anzahl der detektierten Photonen linear in einen Zahlenwert umgerechnet. Der DSP speichert diesen Luminanzwert für jedes Pixel einzeln in Form von Bits und Bytes als Camera-RAW-Datei auf eine Speicherkarte. Bei einer 14-Bit Camera-RAW-Datei kann man also pro Pixel 16.385 Grauwerte unterscheiden. In der Camera-RAW-Datei wird auch der gewählte ISO-Wert hinterlegt. Der Digitale Signalprozessor ist neben der oben beschriebenen Bilddatenverrechnung auch noch für Kamerasteuerungsfunktionen wie Belichtungsmessung, Autofokus, automatischer Weißabgleich usw. zuständig.

Sensor-Rauschen

Die analoge Verstärkung der Spannung die am Kondensator eines jeden Pixel anliegt, also vor dem AD-Wandler, hat den Nachteil, dass ISO-abhängig, auch das im Signal enthaltene, im Sensor erzeugte Rauschen (Upstream Noise, Shot-Rauschen, Photonen-Rauschen) verstärkt wird. 

ISO-invarianter Sensor

ISO-invariante Sensoren reduzieren das analoge Rauschen, da die Verstärkung erst nach der Digitalisierung erfolgt. Bei herkömmlichen, nicht ISO-invarianten Sensoren wird das Signal (einschließlich des Rauschens) bereits vor der Digitalisierung gemäß dem eingestellten ISO-Wert verstärkt, was zu Qualitätsverlusten führen kann.

Bei ISO-invarianten Sensoren spielt der gewählte ISO-Wert erst nach der Digitalisierung eine Rolle. Die Bildqualität, die als Bilddatei gespeichert wird, ist somit unabhängig von der eingestellten ISO-Empfindlichkeit. Der Fotograf muss sich daher bei der Aufnahme nicht zu sehr um den ISO-Wert kümmern. Er kann sogar Bilder leicht unterbelichten und die richtige Belichtung später im RAW-Konverter anpassen.

Dies geschieht bei RAW-Dateien auf zwei Arten:

1. Kameraextern: Der ISO-Wert wird lediglich in die RAW-Datei aufgenommen und dient als Ausgangspunkt für die nachträgliche Konvertierung. Die Verstärkung erfolgt dann in Bildbearbeitungsprogrammen wie Adobe Lightroom oder Capture One. Da die Rohdaten des Sensors noch unverarbeitet sind, bleibt die Aufhellung der Belichtung der Nachbearbeitung vorbehalten.

2. Kameraintern: Der ISO-Wert wird intern vom Digital Signal Processor (DSP) der Kamera berücksichtigt. Die Helligkeitswerte werden direkt in der Kamera angepasst, bevor die Daten in die RAW-Datei geschrieben werden. Der Vorteil dieses Ansatzes liegt darin, dass der Kamerahersteller (z. B. Canon oder Nikon) die spezifischen Eigenschaften des Sensors genau kennt und so die Helligkeitsanpassungen präziser durchführen kann, als es externe RAW-Konverter, die viele verschiedene Sensortypen unterstützen müssen, vermögen.

Nach der Digitalisierung wird der ISO-Wert auch bei ISO-invarianten Sensoren verwendet, um das JPEG-Vorschaubild zu erstellen, das auf dem LCD-Bildschirm der Kamera angezeigt wird. Ebenso dient er zur Berechnung des Histogramms, das während der Bildvorschau sichtbar ist. Beide basieren bereits auf dem angepassten ISO-Wert, spiegeln jedoch nicht die unmodifizierten Helligkeitswerte in der RAW-Datei wider. Das bedeutet, dass das kameraseitige Histogramm grundsätzlich auf dem intern erstellten JPEG-Vorschaubild basiert und nicht auf der tatsächlich abgespeicherten RAW-Datei.

Der Weg der Helligkeitsinformation durch einen Kamerasensor

1. Photodiode: Photonen → Elektronen
   In der Photodiode werden die Photonen die vom Motiv kommen und durch das Objektiv, die Blende und den Verschluss fallen, in Elektronen umgewandelt. 
2. Gleichstromkreis mit Kondensator: Elektronen → Spannung
   Die durch die Photonen freigesetzten Elektronen fließen durch einen entladenen Gleichstromkreis und laden dabei einen Kondensator auf. Der Kondensator wandelt die Elektronen in eine Spannung um.
3. AD-Wandler: Spannung → Digitalwert pro Pixel
   Der Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler) konvertiert die Spannung in einen digitalen Wert. Bei einer 14-Bit-Tiefe kann der Wandler 16.384 verschiedene Helligkeitsstufen abbilden, wobei der Wertebereich von 0 bis 16.383 reicht.
4. DRAM: Digitalwert pro Pixel → DRAM-Zwischenspeicher
   Der digitale Wert für jedes Pixel wird nach der Umwandlung im AD-Wandler in einem DRAM-Zwischenspeicher abgelegt.
5. DSP: DRAM-Zwischenspeicher → Digitaler Signalprozessor (DSP)
   Der digitale Signalprozessor (DSP) liest die Helligkeitsinformationen aus dem DRAM aus und führt Bildverarbeitungsfunktionen durch, wie Rauschunterdrückung und die Erstellung der RAW- oder JPEG-Datei. Der DSP speichert für jedes Pixel den Helligkeitswert sowie die Farbinformationen, die durch den Bayer-Filter ermittelt werden.
6. Speicherkarte: Speicherung der Bilddatei
   Am Ende speichert der DSP die bearbeitete Bilddatei, sei es im RAW- oder JPEG-Format, auf einer Speicherkarte.

Lineare Aufnahme

Bei einer linearen Aufnahme entspricht die maximal zulässige Photonenzahl dem höchsten darstellbaren Wert gemäß der Bit-Tiefe des AD-Wandlers. Bei einem 14-Bit-AD-Wandler ist dies der Wert 16.383. Der halben Anzahl an Photonen entspricht der halbe Helligkeitswert (8.192).

Bild

Bei der linearen Aufnahme werden die Helligkeitswerte direkt proportional zur Anzahl der Photonen abgebildet. Eine Blende weniger, also ein Lichtwert weniger, bedeutet eine Halbierung der Helligkeit.

Betrachten wir nun den Zusammenhang zwischen den 12 Blendenstufen Dynamikumfang einer professionellen Digitalkamera und den 16.384 Digitalwerten des darin verbauten AD-Wandlers, die auch in der RAW-Datei zu finden sind. Ein 14-Bit-AD-Wandler hat als höchsten Helligkeitswert den Digitalwert 16.383, der halbe Helligkeitswert entspricht dem Digitalwert 8.192.

• Für eine Blendenstufe im Bereich der hellsten Lichter stehen 16.384 – 8.192 = 8.192 Digitalwerte zur Verfügung.
• Für eine Blendenstufe weniger helle Bildbereiche stehen nur 8.192 – 4.096 = 4.096 Digitalwerte zur Verfügung.
• Zwei Blendenstufen weniger: 4.096 – 2.048 = 2.048 Digitalwerte.
• Drei Blendenstufen weniger: 2.048 – 1.024 = 1.024 Digitalwerte.
• Vier Blendenstufen weniger: 1.024 – 512 = 512 Digitalwerte.
• Fünf Blendenstufen weniger: 512 – 256 = 256 Digitalwerte.
• Sechs Blendenstufen weniger: 256 – 128 = 128 Digitalwerte.
• Sieben Blendenstufen weniger: 128 – 64 = 64 Digitalwerte.
• Acht Blendenstufen weniger: 64 – 32 = 32 Digitalwerte.
• Neun Blendenstufen weniger: 32 – 16 = 16 Digitalwerte.
• Zehn Blendenstufen weniger: 16 – 8 = 8 Digitalwerte.
• Elf Blendenstufen weniger: 8 – 4 = 4 Digitalwerte.
• Für zwölf Blendenstufen weniger helle Bildbereiche, also die dunkelsten Stellen, stehen nur noch 4 – 2 = 2 Digitalwerte zur Verfügung.

Dies zeigt, dass der Dynamikumfang nicht gleichmäßig über den gesamten Helligkeitsbereich digitalisiert wird. Die helleren Bildteile (Lichter) erhalten mehr Digitalwerte pro Blendenstufe, während die dunkleren Teile (Schatten) mit weniger Digitalwerten pro Blendenstufe abgebildet werden. Das führt dazu, dass die dunklen Bereiche in der Aufnahme weniger detailliert sind, da hier nur gröbere Abstufungen der Dunkelheit erfasst werden. Dadurch wirken die Schatten flacher, während die Lichter sehr fein aufgelöst sind.

Die richtige Belichtung

In der digitalen Fotografie bedeutet die richtige Belichtung, die Lichter so nah wie möglich an die Überbelichtung heranzuführen, ohne sie tatsächlich zu überbelichten. Wenn man versucht, Bilder um eine Blendenstufe unterzubelichten, um das Ausfressen der Lichter zu vermeiden, werden 8.192 Tonwerte ungenutzt bleiben, die die Kamera eigentlich aufnehmen könnte.

„Develop to the right“ („belichten nach rechts“) bezieht sich darauf, die Belichtung so anzupassen, dass die helleren Bereiche des Bildes im Histogramm weiter nach rechts verschoben werden. Dies bedeutet, dass die Lichter mit der höheren Anzahl an Digitalwerten erfasst werden, um dort feinere Abstufungen darzustellen.

Tone Mapping

Das menschliche Sehen funktioniert anders als eine lineare Verarbeitung. Unser Auge und Gehirn nehmen Licht nicht linear wahr. Wenn sich die Anzahl der Photonen verdoppelt, die unsere Augen erreichen, sehen wir die Szene nicht doppelt so hell. Wir nehmen sie heller wahr, aber nicht im gleichen Maß.

Eine der Hauptaufgaben von RAW-Konvertern besteht darin, die lineare Aufnahme mittels einer Gammakurve so umzuwandeln, daß die aufgenommenen Helligkeitsstufen optimal mit der Wahrnehmung des menschlichen Auges übereinstimmen.  Menschen nehmen dunkle Bereiche detaillierter wahr als sehr helle, was durch die Gammakurve berücksichtigt wird.

Gammakurve

Die Gammakurve beschreibt, wie die Helligkeitsstufen aus der RAW-Datei verarbeitet werden, damit das Bild realistischer wirkt und besser der Wahrnehmung des menschlichen Auges entspricht. Ein Gammawert beeinflusst die Helligkeit und den Kontrast eines Bildes. Ein Gammawert von 1,8 bis 2,2 ist häufig in der Bildbearbeitung zu finden, da dieser Bereich gut mit der Wahrnehmung des menschlichen Auges übereinstimmt.

• Ein Gammawert von 1,0 bedeutet, dass die Helligkeit im Bild linear der Helligkeit in der RAW-Datei entspricht, ohne Anpassung.
• Ein Gammawert größer als 1,0 (z. B. 1,8 oder 2,2) hebt dunklere Bildbereiche an und verändert die helleren Bereiche weniger stark. Dies hilft, dass Bilder auf Monitoren oder Displays besser aussehen, da menschliche Augen dunkle Bereiche empfindlicher wahrnehmen und bei zu starkem Licht weniger differenzieren können.
• Ein Gammawert von 2,2 ist typisch für Bildbearbeitungsprogramme und Bildschirme, da er das menschliche Sehen gut simuliert.

Was passiert bei einem Gammawert von 1,8 bis 2,2?

• Gamma 1,8 erzeugt ein Bild, das insgesamt etwas dunkler wirkt, besonders in den mittleren Helligkeitsbereichen.
• Gamma 2,2 sorgt für ein Bild, das insgesamt heller wirkt und den Kontrast verstärkt, besonders in den Schatten.

Farbfotografie

So kommt die Farbinformation in die Camera-RAW-Datei

In einem Sensor mit z.B. 24 Megapixel werden Halbleiterbauelemente in einem Raster von 6000 Spalten und 4000 Zeilen angeordnet. Nach der Aufnahme für jedes Pixel die Anzahl der registrierten Pixel in Form von 16.385 Graustufen, die zwischen schwarz und weiß liegen, abgespeichert. Es liegt noch keine Farbinformation vor.

Dreifarbenauszug
Die monochrome Bilderfassung in Form von Grauwerten muss adaptiert werden, um Farbaufnahmen zu ermöglichen. Mit Hilfe eines Bayer-Filters werden Grauwerte abgespeichert, die einer der drei Grundfarben im additiven RGB-System entsprechen.

IR-Sperrfilter
Moderne Fotosensoren decken bezüglich des Inneren Photoelektrischen Effekts einen Spektralbereich von Blau (400 nm) bis Infrarot (2400 nm) ab. Da der Infrarotbereich unerwünscht ist, wird er durch einen IR-Sperrfilter eliminiert.

Tiefpass-Filter
Moire-Artefakte (z.B. Farbsäume auf Kleidung) treten dann auf, wenn sich das Pixelraster des Bildsensors mit feinen Strukturen im Motiv überlagert. Dies kann nur bei hochfrequenten Bildanteilen entstehen. Dies kann man mit einem Tiefpassfilter vor dem Bildsensor verhindern, indem man hochfrequente Bildanteile herausfiltert, wodurch jedoch feinste Details nicht mehr wiedergegeben werden können und Schärfe verloren wird.

Bayer Filter
Bei den gängigen Farbfilter-Array-Kameras wird jedes der z.B. 24 Megapixel mit einem Farbfilter bedeckt, welcher nur Photonen mit jener Wellenlänge, die rotem, grünem oder blauem Licht entspricht, zur lichtempfindlichen Sensorschicht durchlässt. Dabei werden die Farbfilter Schachbrettartig angeordnet, wobei 50% der Pixel der Farbe Grün und je 25% der Pixel für die Farben Rot und Blau zugewiesen werden.

Bild

Abbildung: Bayer Filter, gemeinfrei, 27.12.2022
https://de.wikipedia.org/wiki/Bayer-Sensor#/media/Datei:Bayer_matrix.svg

Jedes der 24 Megapixel Pixel des Sensors entspricht nun nicht mehr einem von 16.385 Zahlenwerten (Luminanzwert), welcher einer Grauabstufung entspricht, sondern einem von 16.385 Zahlenwerten, dessen Luminanzwert abhängig von der Position im Bayer-Filter entweder einer roten oder grünen oder blauen Helligkeitswertabstufung entspricht. In der RAW-Datei werden daher nicht nur die 24 Millionen 14-Bit-Helligkeitswerte abgespeichert, sondern auch Metadaten, z.B. über welchem Pixel welcher Farbfilter gelegen hat. Dadurch ist es dem RAW-Konverter möglich, unter Berücksichtigung der Helligkeitswerte von je 4 benachbarten Pixel, von denen eines dem roten, eines dem blauen und zwei dem grünen Luminanzwert entspricht, die fehlenden beiden Farbinformationen für jedes einzelne Pixel zu interpolieren. D.h, je 4 Luminanzwerte, welche den Helligkeiten von 4 Grauwerten entsprechen, werden gemäß der Anordnung im BayerschenFarbfilter über dem jeweiligen Pixel, in 4 Farbwerte umgerechnet.

Wir fassen zusammen: Ein 24 Megapixel-Sensor unter einem Bayer-Filter zeichnet 24 Millionen Grauwerte in einer Abstufung von 16.384 Helligkeitsstufen auf, die je der Farbe Rot, Grün oder Blau entsprechen. Durch Interpolation mit den Nachbarpixeln entstehen wiederum 24 Millionen Farbwerte.

Normalisierter Tonwertumfang

Bei einem A/D Wandler mit 14 Bit pro Farbe liegt der jeweilige Wert pro Farbkanal zwischen 0 und 16.385. Ein A/D-Wandler mit 14 Bit für jeden der 3 Farbkanäle schreibt also die GRB-Farben 3*14=42 Bit in die RAW-Datei (jedoch nur mit 3*8=24 Bit in die JPEG-Datei.)

Damit die digitale Repräsentation je Farbkanal unabhängig von der verfügbaren Bittiefe (10, 12, 14 Bit je Farbkanal) des verwendeten A/D-Wandlers wird, dividiert man den Luminazwert pro Kanal durch die Bittiefe des A/D-Wandlers, also beim 10 Bit A/D Wandler eines Smartphones durch 1.024 und bei 14 Bit A/D-Wandler einer professionellen Kamera durch 16.385. Dadurch normalisiert man die Abstufungen der Luminanz je Farbkanal auf den Bereich zwischen 0 und 1.

Weißabgleich mittels Skalen

Die RGB-Kanäle eines Sensors weisen unterschiedliche relative spektrale Empfindlichkeiten auf. D.h selbst wenn jede Wellenlänge für RGB die gleiche Intensität hat (weißes Licht), dann ergeben sich nach dem A/D-Wandler unterschiedliche digitale Bit-Werte für RGB, was nicht mehr Weiß entspricht. Um diesem Farbstich entgegenzuwirken, kommen Weißabgleichskalen zur Anwendung, welche die unterschiedliche relative spektrale Empfindlichkeit wieder ausgleichen. Nach deren Anwendung sollten die Rot, Grün und Blau Luminanzwerte eines neutralgrauen Objekts wieder gleich sein, in Summe also einen Grauton ergeben.

Bilddatei

Die durch den digitalen Signalprozessor als Rohdaten vorliegenden Bildinformationen müssen gespeichert werden. Einerseits werden die Rohdaten kameraintern durch einen Rohdatenkonverter in JPEG Daten umgewandelt, andererseits als Rohdaten abgelegt. Dafür haben sich folgende Dateiformate etabliert:

Camera-RAW-Datei mit 14 Bit je Farbkanal

Wie wir gesehen haben, spielen bislang Kameraeinstellungen, wie etwa der Weißabglich, keine Rolle für die Helligkeits-Zahlenwertdarstellung jedes Pixels. Diese Einstellungen werden lediglich zusätzlich in den Metadaten abgelegt, damit der RAW-Konverter schon mal einen guten Startwert für die Umrechnung der RAW-Daten in die Daten des visualisierten Farbbildes hat.

Camera-RAW-Dateien sind verlustfrei komprimierte, sensorspezifische Dateiformate mit 14 Bit je Farbkanal, somit (16.385*16.386*16.385=) 4 Billionen Farbtöne. So gibt es bei Canon etwa das .CR2 und das neuere .CR3 Dateiformat. In einer RAW-Datei werden die Daten des Sensors unbearbeitet und unkomprimiert abgelegt. Die RAW-Dateien von unterschiedlichen Kameramodellen eines Herstellers können unterschiedlich aufgebaut sein, auch wenn sie die gleiche Dateiendung, etwa CR2 haben. RAW-Dateien sind ca. 3-Mal größer als JPEG oder HEIF-Dateien in höchster Qualität, bieten aber maximale Bearbeitungsflexibilität.

Viele Kameras, speziell solche in Smartphones, haben einen RAW-Konverter eingebaut und speichern die Fotos zusätzlich oder sogar ausschließlich im verlustbehafteten JPEG-Format ab.

Im Rahmen der Bildbearbeitung am Computer wird die Camera-RAW-Datei von einem sogenannten RAW-Konverter ausgelesen und in ein bearbeitbares Bild umgewandelt. Dafür ist es erforderlich, dass der RAW-Konverter auch genau das erforderliche Kameramodell unterstützt. Nach der manuellen Bildbearbeitung, bei der Fehlbelichtungen von bis zu 2 Blendenstufen korrigiert werden können, wird eine neue Datei mit dem bearbeiteten Bild z.B. im .DNG, .PSD oder .JPG Format zur späteren Ansicht am Monitor oder zum Ausdruck abgespeichert.

HEIF-Datei mit 10 Bit je Farbkanal

Das leicht verlustbehaftete komprimierte High Efficiency Image File Format wurde von der Moving Picture Experts Group entwickelt und zunächst von Apple als Nachfolger des JEPG Formats genutzt und bietet 10 Bit je Farbkanal, somit (1.024*1.024*1.024=) 1,07 Milliarden Farbtöne. Beinhalten also 4-Mal mehr Farbtoninformation als eine JPEG-Datei bei gleicher Dateigröße, da sie eine effizientere „High Efficiency“ Komprimierung bieten. HEIF-Dateien sind Containter in denen ein Eizelbild, eine Fotoserie, aber auch Metadaten gespeichert sind und unterstützt auch Transparenz. Der größte Nachteil von HEIF ist, dass es von Browsern und Druckern nicht unterstützt wird. Auf Windows 10 PCs muss man die kostenpflichtige (1€) HEVC Videoerweiterung aus dem Microsoft Store herunterladen.

JPEG-Datei mit 8 Bit je Farbkanal

Das Joint Photographic Experts Group File Format ist das wohl am weitesten verbreitete Format für Fotos da es jeder Webbrowser darstellen kann und bietet 8 Bit je Farbkanal, somit (256*256*256=) 16,8 Millionen Farbtöne. Die Speicherung der Aufnahmedaten erfolgt komprimiert, verlustbehaftet und beinhaltet alle allfälligen Bildbearbeitungseinstellungen wie zB den Weißabgleich, die nicht mehr rückgängig gemacht werden können. Die Dateigrößen sind klein und lassen sich leicht betrachten aber nur eingeschränkt nachbearbeiten.

Bedienelemente und Parametersetting professioneller Kameras 

Professionelle Fotoapparate verfügen über eine Vielzahl an Bedienelementen und erfordern ein umfangreiches Parametersetting. Nachfolgend sehen wir uns dies am Beispiel einer Canon EOS R3 an:

Bedienelemente - Am Beispiel der Canon EOS R3

Bedienelemente auf der Vorderseite der Kamera Canon EOS R3

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Bedienelemente auf der Oberseite der Kamera Canon EOS R3

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Bedienelemente auf der Rückseite der Kamera Canon EOS R3

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Bevorzugte Grundeinstellungen der Canon EOS R3 - Firmware v. 1.8.0

Drucktaste im Modus Wahlrad: Aufnahme-Automatik festlegen:

• F_v: Flexible Automatik
  • Verschlusszeit + Blende manuell wählen; ISO auf Auto
• P: Programmautomatik
  • Verschlusszeit + Blende automatisch; ISO so wie händisch vorgegeben
  • Kombi aus Verschlusszeit und Blende können bei konstantem Lichtwert verschoben werden
• A_v: Blendenvorwahl + Verschlusszeitenautomatik
  • Blende + ISO wählen: Verschlusszeit automatisch
• T_v: Zeitvorwahl + Blendenautomatik
  • Verschlusszeit + ISO wählen; Blende automatisch
• M: Manuelle Belichtung
  • Verschlusszeit + Blende + ISO wählen
• B: Langzeitbelichtung
  • Blende + ISO wählen; Verschluss geöffnet, solange der Auslöser gedrückt wird
  • Timer einstellen: Hauptregister = Aufnahme + Element = 7 + Option =3
• C1_P: Anwenderspezifisches Parameterset (3 sind möglich)

Registerkartenmenü = Aufnahme der Canon EOS R3

Auch im Schnelleinstellmenü enthalten

• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 1
  • 1: JPEG-Qualität: JPEG + M:10
  • 2: Dateityp und JPEG-Dateigröße: Raw + M
  • 3: Ausschnitt-/Seitenverhältnis: Full (=36x24)
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 2
  • 1: Belichtungskorrektur / AEB:
    • Belichtungskorrektur dunkler/heller: 0 eventuell 1, da meine Bilder oft 1 Blende unterbelichtet sind
    • AEB: 0, sonst 3 Bilder mit bis zu +/- 3 Blendenstufen
  • 2: ISO-Empfindlichkeitsbereich:
    • ISO-Bereich: L(50) bis H (204.800)
    • Auto-Bereich: 100-102.400
  • 3: HDR-Aufnahme: Off, dadurch Vorschaubild .jpg und nicht HEIF (mit Adobe nicht kompatibel)
  • 4: HDR-Modus: Off, sonst werden 3 Bilder mit unterschiedlicher Belichtung aufgenommen
  • 5: Automatische Belichtungsoptimierung von Helligkeit und Kontrast: Standard
  • 6: Tonwert-Priorität: Off, dann ab ISO=100, sonst ab 200 und Unterbelichtung bereits im RAW
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 3
  • 1: Anti-Flacker-Aufnahme: On, hilft bei Leuchtstoffröhren mit 50/60 Hz
  • 2: Hochfrequente Anti-Flacker-Aufnahme: OFF
  • 3: Steuerung externer Speedlite-Blitze:
  • 4: Messmethode:
    • Mehrfeldmessung
    • Selektivmessung
    • Spotmessung
    • Mittenbetonte Messung
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 4
  • 1: Weißabgleich:
    • AWB für automatischen Weißabgleich
    • Verschiedene Kelvinwerte zwischen 3.000 K und 7.000 K
  • 2: Custom WB einstellen: Es ist möglich unter der spezifischen Lichtquelle ein weißes Blatt Papier zu fotografieren und so einen spezifischen Weißabgleich zu ermitteln
  • 3: WB-Korrektur: Manuelle Korrektur vom Weißabgleich
  • 4: Farbraum: Adobe RGB
  • 5: Bildstil: (Schärfe, Kontrast, Farbsättigung, Farbton,…)
    • Standard (kräftig, scharf, frisch)
    • Porträt (glatte Hauttöne, geringere Schärfe)
    • Landschaft (kräftiges blau und grün, sehr scharf, frisch)
  • 6: Klarheit: 0, verringert oder erhöht den Kontrast der Bildkanten
  • 7: Objektiv-Aberrationskorrektur für Korrektur in der Kamera
    • Vignettierungskorrektur: On
    • Verzeichnungskorrektur: On
    • Digitale Objektivoptimierung: Standard
    • Chromatische Aberrationskorrektur: On, Digitale Objektivoptimierung muss „off“ sein
    • Beugungskorrektur: On, Digitale Objektivoptimierung muss „off“ sein
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 5
  • 1: Rauschreduktion bei Langzeitbelichtung >1 sec: Off (Rauschreduktion erfolgt in Lightroom)
  • 2: High-ISO Rauschreduzierung: Standard
  • 3: Staublöschungsdaten: Erfordert Einsatz der Canon EOS-Software „Digital Photo Professional“
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 6
  • 1: Mehrfachbelichtung: Deaktiviert (mehrere Aufnahmen werden zu einem Einzelbild zusammengefügt)
  • 2: Fokus-Bracketing: Deaktiviert (ermöglicht Mehrfachaufnahmen mit unterschiedlichem Fokussierabstand)
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 7
  • 1: Betriebsart
    • Einzelbild
    • Reihenaufnahme langsam
    • Reihenaufnahme schnell
    • Reihenaufnahme sehr schnell
    • Selbstauslöser: 2 Sekunden
    • Selbstauslöser: 10 Sekunden
  • 2: Intervall-Timer: Deaktiviert, sonst kann man Intervall hh:mm:ss und Anzahl der Aufnahmen wählen
  • 4: Leiser Auslöser: Off
  • 5: Auslöser-Modus:
    • Mechanisch, 14-Bit Farbtiefe bei niederen ISO-Werten, Vibrationen, Verschleißteil mit maximaler Anzahl an Auslösungen, 1/200 sec ist die kürzeste Blitz-Synchronzeit
    • Elektr. 1. Verschluss, dann mechanisch, Mischform
    • Elektronisch, hohe Geschwindigkeit bei Reihenaufnahmen, Kürzere Verschusszeit 1/64000 statt 1/8000, geräuschlos, verschleißfrei, stärkerer Rolling-Shutter-Effekt, Banding-Effekt bei flackernder künstlicher Beleuchtung, 12-Bit Farbtiefe, 1/180 sec ist die kürzeste Blitz-Synchronzeit
  • 6: Auslöser ohne Karte betätigen: On, dann kann nur mit eingelegter Speicherkarte ausgelöst werden
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 8
  • 1: Kameraseitiger IS-Bildstabilisator, bei nicht IS-Objektiven: On
  • 2: Schnelleinstellungen anpassen: hier kann man das Menü für die Schnelleinstellungen anpassen
  • 3: Touch-Auslöser: Aktivieren Durch antippen am Bildschirm fokussieren und automatisch aufnehmen
  • 4: Bildrückschau:
    • Rückschauzeit: 8 Sekunden
    • Sucheranzeige: Deaktiviert
  • 6: Messtimer: 8 Sekunden Belichtungszeitanzeige bzw. -speicherung nach halbem Durchdrücken des Auslösers
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 9
  • 1: Simulation anzeigen: Off, sonst entspricht die Bildhelligkeit und die Schärfentiefe der verwendeten Blende
  • 2: Optische Suchersimulation: Aus
  • 3: Anzeige von Aufnahmeinfos
    • Bildschirm-Infoeinstellungen
    • Sucher-Infoeinstellungen
    • Sucher: Vertikalanzeige: Ein
    • Gitteranzeige: 3x3#
    • Histogramm: Helligkeit + Groß
    • Objektivinfo-Anzeigen
      •  Fokusentfernung anzeigen: Immer
      • Brennweite anzeigen: Aktivieren
    • Belichtungswerte rechts am Bildschirm anzeigen: Ein
    • Flackererkennung anzeigen: Ein
  • 4: Sucher-Anzeigeformat: Anzeige 1
  • 5: Anzeigeleistung: Stromsparend
  • 6: Automatische Abschaltung Temperatur: Standard

Registerkartenmenü = Autofokus der Canon EOS R3

Die EOS R3 verfügt über 1.053 verfügbare AF-Positionen bei automatischer Wahl und über 4.779 AF-Positionen bei manueller Wahl. Es handelt sich um einen Dual Pixel CMOS AF II, welcher keine waagrechten Motivlinien zum Scharfstellen verwenden kann. D.h. wenn man die Kamera im Querformat verwendet und es nur waagrechte Kanten gibt, kann die Kamera nicht scharfstellen! In diesem Fall: Kamera neigen!

• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 1
  • 1: AF-Betrieb, legt fest, ob einmalig oder kontinuierlich fokussiert wird
    • Servo: Fokus bleibt kontinuierlich auf beweglichem Motiv; AV-Messfeld wird blau
    • One-Shot: bei halb durchgedrücktem Auslöser bleibt der Fokus fix, sodass man den Bildausschnitt ändern kann; AV-Messfeld wird grün
  • 2: AF-Zone legt fest, in welchem Bildausschnitt der AF überhaupt aktiv wird, das Motiv muss strukturiert sein!
    • Spot-AF: weniger als ein Einzelfeld AF wird für Scharfstellung sehr kleiner Motive herangezogen,
    • Einzelfeld AF: ein Einzelfeld AF
    • AF-Bereich erweitert: mehrere Einzelfeld AF, für mitzieh-Aufnahmen
    • AF-Bereich erweitert Umgebung: für allseits bewegliche, größere Motive
    • AF-flexible Zone 1: Quadrat, welches man mit dem Multi-Controller auf den Bildbereich schiebt, in dem der AF dann den Punkt zum Scharfstellen wählt. Damit kann man bei einem unruhigen Bildinhalt den Bereich vorauswählen, in dem der AF aktiv wird.
    • AF-flexible Zone 2:  Rechteck Hochformat
    • AF-flexible Zone 3:  Rechteck Breitformat
    • AF gesamter Bereich, arbeitet ideal mit aktivierter Motiverkennung (Person, Tiere, Fahrzeuge) zusammen, bevorzugt aber das am nächsten zur Kamera liegende Motiv, also das Motiv im Vordergrund!
  • 3: Motivnachführung: Ein, zeigt einen Nachführrahmen um das Hauptmotiv
  • 4: Motiv zu erkennen: Person, Tiere, Fahrzeuge, keine
  • 5: Augenerkennung: Aktivieren
  • 6: Nachgeführte Motive wechseln:
    • 0: Verfolgt so lange wie möglich das anfängliche Motiv
    • 1: Wechselt gegebenenfalls auch zu anderen Motiven
    • 2: Wechselt zwischen Motiven
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 2
  Eigenschaften des AF-Betriebs „Servo-AV“ festlegen
  • 1: Vielseitige Mehrzweckeinstellung
  • 2: Motive verfolgen, Hindernisse ignorieren
  • 3: Motive, die in das Messfeld eintreten sofort fokussieren
  • 4: Motive, die schnell beschleunigen
  • 5: Auto, für bewegliche, dynamische Motive
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 3
  Eigenschaften des AF-Betriebs „One-Shot AF“ festlegen
  • 1: One-Shot AF-Priorität bei Auslösung
    • Fokus, Auslösung erfolgt erst, nach erfolgreicher Scharfstellung
    • Auslösezeit, Auslösung erfolgt sofort, eventuell unscharfes Bild
  • 2: Vorschau-AF
    • Aktiv: Kamera fokussiert kontinuierlich, konsumiert sehr viel Akkuleistung
    • Deaktiv: Kamera fokussiert erst, wenn man den Auslöser halb herunterdrückt
  • 3: Schärfensuche, wenn Autofokussierung nicht erfolgreich ist
    • ON: Schärfensuche wird dauerhaft fortgesetzt
    • OFF: Schärfensuche wird bei starker Unschärfe eingestellt, speziell für Super-Teleobjektive
  • 4: AF-Hilfslicht Aussendung
    • ON: Aktiviert bei kontrastarmen Motiven während des Scharfstellens ein Hilfslicht. Nicht aktiv bei AF-Betrieb = Servo
    • OFF:Deaktiviert Hilfslicht
    • Nur LED AF: nutzt alternativ Hilfslicht von Canon Speedlight Blitzgeräten
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 4
  • 1: AF-Bereich begrenzen: Hacken bei allen 8 Bereichen, damit der AF in allen 8 Bereichen aktiv wird
  • 2: Auswahlsteuerung AF-Bereich:
    • „Autofokus-Messfeldwahl“ + „M-Fn“ Taste: Nach dem man die „Autofokus-Messfeldwahl“-Taste (am Gehäuse ganz rechts, ganz unten) gedrückt hat, kann man mit der „M-Fn“-Taste aus den 8 Autofokus-Bereichen den gewünschten Bereich wählen.
    • „Autofokus-Messfeldwahl“ + „Registerkarte mittels Hauptwahlrad“ Taste: Analog wie oben beschrieben
  • 3: Empfindlichkeit AF-Messfeldwahl: 0 legt fest wie empfindlich der Multi-Controller auf die manuelle 4: Positionierung des AF-Messfelds reagiert
  • 4: AF-Messfeld Ausrichtung: Dasselbe für vertikal und horizontal egal ob man Hoch- oder Querformat fotografiert, es werden dieselben AF-Einstellungen verwendet
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 5
  • 1: Einstellungen für MF-Peaking: Ein + Hoch + Rot unterstützt farblich beim manuellen Scharfstellen, wenn der Autofokus deaktiviert ist
  • 2: Fokusassistent: Ein Visualisiert durch Rahmen, ob der manuelle Fokuspunkt vor oder hinter dem Objekt liegt
  • 3: Person mit Priorität registrieren: OFF, wenn sich eine Person unter mehreren anderen Personen aufhält, kann man das Gesicht dieser Person fotografieren und die Person als priores Motiv registrieren
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 6
  • Immer Electronc MF: ON dann ist es bei Objektiven mit separaten Einstellring der manuelle Fokus immer möglich, solange die Kamera eingeschaltet ist
  • Objektiv Electronic MF: Nach One-Shot deaktivieren
  • Fokusring-Drehung: Normal
  • RF Obj MF Fokusring Empfindlichkeit: Variiert mit Drehgeschwindigkeit

Registerkartenmenü = Wiedergabe der Canon EOS R3

• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 1
  • 1: Bilder schützen: Alle Bilder eines Ordners gegen versehentliches löschen schützen
  • 2: Bilder löschen: Dient zum Löschen einzelner Bilder
  • 3: Fotos drehen: Dient zum Drehen einzelner Bilder
  • 4: Movie-Rot.info ändern: Bestimmt bei einem Video welche Bildseite nach oben zeigt
  • 5: Bewertung: Ermöglicht die Bewertung von Bildern direkt in der Kamera
  • 6: Bildkopie: Kopiert Fotos von einer auf die andere der beiden Speicherkarten
  • 7: Druckauftrag: Sendet JPEG-Bilder von der Speicherkarte an einen DPOF kompatiblen Drucker
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 2
  • RAW-Bildbearbeitung: Ermöglicht es aus RAW-Bildern auf der Speicherkarte JPEG oder HEIF-Bildkopien zu erzeugen
  • Cloud-RAW Bildbearbeitung: RAW-Bildbearbeitung über Funkverbindung
  • Größe ändern: JPEG oder HEIF-Bilder können als verkleinertes Bild abgespeichert werden
  • Ausschnitt: Bei JPEG oder HEIF-Bilder kann der Bildausschnitt zugeschnitten werden
  • Umwandlung HEIF zu JPEG: HEIF-Bilder können in JPEG-Bilder umgewandelt werden
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 3
  • Diaschau: Festlegen, welche Bilder von der Speicherkarte zu einer Diaschau aneinandergereiht werden können.
  • Suchkriterien für Bilder festlegen: Suchbedingungen für Bilderanzeige festlegen
  • Vergrößerung: Vergrößerungsfaktor festlegen
    • Vergrößerung: 2
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 4
  • Bildsprung: 1 legt fest um wie viele Bilder bei der Bildbetrachtung weitergesprungen wird, wenn am Registerkarte mittels Hauptwahlrad gedreht wird.
  • Bildsprung mit Rate: legt fest um wie viele bewertete Bilder bei der Bildbetrachtung weitergesprungen wird, wenn am Registerkarte mittels Hauptwahlrad gedreht wird.
  • Umschalten des Haupt- und des Schnellwahlrads
  • Rate + Memoaufnahme Funktionstaste
  • Memo-Audioqualität: 48 kHz
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 5
  • Auf dem Info-Bildschirm anzeigen: Auswahl von bis zu 10 Bildparametern, die nach dem Drücken der „Info“ Taste nacheinander angezeigt werden
  • Überbelichtung warnen: Aktivieren damit überbelichtete Bildbereiche blinkend angezeigt werden. Gegenmaßnahme: Belichtungskompensation auf negativen Wert stellen
  • AF-Feldanzeige: Aktivieren, damit man bei der Bildwiedergabe sehen kann, worauf der AF bei der Aufnahme scharf gestellt hat
  • Wiedergaberaster: 3x3 # Legt bei der Bildwiedergabe ein Raster über das Bild, damit man vertikale oder horizontale Neigung besser erkennen kann
  • Movie Wiedergabezähler: Aufnahmezeit zeigt Aufnahmezeit und Wiedergabedauer an
  • HDMI HDR Ausgabe: Aus entscheidet ob bei der Bildwiedergabe von RAW oder HEIF-Bildern über ein HDMI Kabel auf einem externen TV-Gerät in HDR erfolgt oder in SDR

Registerkartenmenü = Kommunikation der Canon EOS R3

Beschreibt wie die Kamera über WLAN oder LAN von einem Computer oder dem Smartphone aus bedient werden kann

• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 1
  • 1: Netzwerk-Einstellungen: Deaktivieren damit die Kamera nicht von einem externen Netzwerk aus missbräuchlich gesteuert werden kann. Aktivieren ist sehr umfangreich und wird hier nicht beschrieben
  • 2: Flugzeugmodus: Aus deaktiviert WLAN-Funktionen
  • 3: Bluetooth-Einstellungen: Deaktivieren
  • 4: Kurzname: Eine Bezeichnung für das Kameragehäuse wählen, damit man bei den Fotos sehen kann, mit welcher Kamera sie aufgenommen wurden
  • 5: GPS Einstellungen:
    • GPS: Modus 2 Aufnahmen werden mit Geotags versehen, GPS wird mit der Kamera ausgeschaltet um Akku zu sparen
    • Auto-Zeiteinstellung: Auto-Update
    • Positions-Update-Intervall: Jede Minute, reicht für 100 Tage Logdaten
    • GPS-Aufzeichnung:
      • GPS-Positionsaufzeichnung: Aktivieren
      • Aufgezeichnete Daten auf Karte übertragen, löscht die interne Aufzeichnung. Speicherung erfolgt im „MISC-Ordner“ mit als .LOG Datei. Die .LOG Daten können mit einem Utility in das KMZ Format konvertiert werden
      • Aufzeichnungsdaten löschen
      • Positionsdaten halten: Unbegrenzt fügt bei nicht vorhandenen GPS-Empfang die letzte empfangene GPS-Position hinzu (etwa in Gebäuden)

Registerkartenmenü = Einstellungen der Canon EOS R3

• Empfohlene Hardware
  • Speicherkarte 1: CFexpress 1 TB  mit 1785 MB/s
  • Speicherkarte 2: SD 128 GB mit 300 MB/s
     

• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 1
  • 1: Aufnahmefunktion + Karte / Ordner auswählen
    • Fotos und Videos separat: Deaktivieren, andernfalls landen Videos auf CF-Speicherkarte 1 und Fotos auf SD-Speicherkarte 2.
      Achtung: „Speicherkarte = voll“, wird angezeigt, wenn die kleinere (!) der beiden Karten voll ist!
    • Fotos Aufnahmefunktion: Mehrfachaufzeichnung Fotos werden redundant auf beiden Karten aufgezeichnet
    • Videos Aufnahmefunktion: Automatische Kartenumschaltung, Videos werde nur auf die festgelegte Speicherkarte (1) aufgezeichnet, wenn diese voll ist, werden die nachfolgenden Videos auf die andere Speicherkarte aufgezeichnet
    • Wiedergabe Fotos: 1 oder 2, die Fotos liegen ja auf beiden Speicherkarten
    • Aufnahme + Wiedergabe Videos: 1, die Videos sollen nur auf die schnelle und große CFexpress Karte 1 nicht aber auf die kleine SD-Karte
    • Ordner: Ordnername wählen, ein Ordner kann 9.999 Bilder enthalten, danach wird automatisch ein neuer Ordner erstellt
  • 2: Datei-Nummer: Reihenaufnahme, bewirkt eine fortlaufende Datei-Nummer unabhängig vom Kartenwechsel
  • 3: Dateiname:
    • Dateiname: IMG
  • 4: Karte formatieren:
    • Karte 1 oder 2 zum formatieren auswählen, löscht auch geschützte Bilder
  • 5: Automatisches Drehen
    • Ein für Kamera und Computer
  • 6: Ausrichtung von Videos mit abspeichern: Aktivieren, dann werden Video auf externen Abspielgeräten in der Ausrichtung abgespielt, in der sie aufgenommen wurden.
  • 7: Datum/Uhrzeit einstellen: selbsterklärend, auf Sommerzeit achten.
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 2
  • 1: Sprache: Deutsch
  • 2: Videosystem: für PAL
  • 3: Hilfstextgröße: klein
  • 4: Piep-Ton: Aktivieren, damit Kamera nach dem Fokussieren einen Piep-Ton ausgibt
  • 5: Lautstärke: Für Auslöser, Fokus, Touch, Selbstauslöser separat einstellen
  • 6: Kopfhörer: Tonpegel 6
  • 7: Stromsparmodus:
    • Bildschirm-Dimmer: 30 Sek, gelten nur für Aufnahmebildschirm, nicht für Menüanzeige oder Bildwiedergabe
    • Bildschirm aus: 30 Min
    • Autom. Abschaltung: 10 Min bei Menü oder Bildwiedergabe
    • Sucher aus: 3 Min
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 3
  • Bildschirm- /Sucheranzeige: Auto 2, damit automatisch zwischen dem Bildschirm und der Sucheranzeige umgeschaltet wird.
  • Bildschirmhelligkeit: 7=Max, damit auch bei Sonnenschein der Bildschirm gut sichtbar ist. Achtung wirkt auch auf die Bildhelligkeit von dargestellten Bildern und Videos
  • Sucherhelligkeit: Auto
  • Bildschirm- /Sucherfarbton: 2 für Standard, auch „warm“ oder „kalt“ möglich
  • Sucherfarbton Feinabstimmung: neutral
  • UI-Vergrößerung: Deaktivieren, andernfalls kann man die Anzeigegröße durch Tippen mit 2 Fingern vergrößern bzw. wiederherstellen
  • HDMI-Auflösung: Automatisch
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 4
  • 1: Augensteuerung:
    • Augensteuerung: Ein
    • CAL-Nr: 1 .. 6 zugehörig zu dem Anwender auswählen
    • Kalibrierung (CAL)
      • Start Kamera gerade halten!
      • M-Fn Taste wiederholt drücken und Visierpunkt anschauen
      • Beenden
    • Pointer-Anzeigeeinstellung:
      • Pointer Anzeige: Aufn,-Standby
      • Empfindlichkeit: 0
      • Farbe: Orange
      • Anzeigegröße: Standard
      • Anzeigeformat: Konzentrische Kreise
  • 2: Touch-Steuerung: Standard
  • 3: Multifunktionssperre zwischen der Ein- und der Ausposition des Hauptschalters für den Betrieb der Kamera befindet sich eine dritte Position, die Multifunktionssperre. Wird die Position „Lock“ gewählt, so sind 7 Bedienelemente der Kamera vor dem unbeabsichtigten Verstellen der gewählten Einstellungen geschützt, die Kamera ist aber weiter in Betrieb.
    • Auswahl welche Bedienelemente gegen irrtümliches Verstellen gesperrt sein sollen
  • 4: Auslöser bei Abschaltung: Geschlossen, damit der Sensor bei abgeschalteter Kamera und Objektivwechsel vor Staub geschützt ist. (Offen, wenn die Kamera etwa bei Wildtierfotografie absolut geräuschlos arbeiten soll)
  • 5: Sensorreinigung, reinigt die Vorderseite des Bildsensors
    • Automatische Reinigung: Bei Aus, reinigt den Bildsensor, bevor die Kamera abgedreht wird
  • 6: USB-Verbindungs-App wählen: Fotoimport/Fernbedienung, ermöglicht den Foto-Export in das PC-Programm „EOS-Utility“ nach Verbindung mit einem USB-Kabel.
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 5
  • 1: Kamera zurücksetzen: Einzelne Einstellungen zurücksetzen oder auf Werkseinstellungen setzen
  • 2: Indiv. Aufnahmemodus (C1-C3) ermöglicht es 3 unterschiedliche optimale themenspezifische Kameraeinstellungen abzuspeichern (etwa Sport, Studio, Natur). Die Einstellungen C1, C2 und C2 sind dann über die „Mode“ Taste neben den gängigen Prorammen wir Tv, Fv, P, M, … auswählbar.
  • 3: Kameraeinstellungen auf Karte speichern / von Karte laden, ermöglicht es Aufnahme- und Menüeinstellungen auf eine Speicherkarte als CAMSET01.CSD“ zu speichern und sie so später oder auf eine andere EOS R3 zu laden.
  • 4: Info Akkuladung: Zeigt den Zustand vom Akku an
  • 5: Copyright-Informationen: Man kann den Namen und die Art des Copyrights eingeben. Diese Infos werden in die Exif-Informationen der Bilder geschrieben
  • 6: Systemstatusanzeige: Listet die Seriennummer, die Firmware-Version und die Anzahl der Auslösungen ab. Die letzten 5 Fehlerprotokolle können ebenfalls angezeigt werden
  • 7: URL für Handbuch und Software: liefert einen QR-Code fürs Smartphone um aktuelle Unterlagen im Web einzusehen
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 6
  • 1: Anzeige-Zertifizierungs-Logo: Zeigt Zertifizierungen der EOS R3 an
  • 2: Firmware: Zeigt die FW der Kamera und vom Objektiv an, die hier aktualisiert werden kann

Registerkartenmenü = Individualfunktionen der Canon EOS R3

• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 1
  • 1: Einstellungen: ½, legt fest, dass die Verschlusszeit und die Blende in 0,5 Lichtwert-Stufen verstellt werden
  • 2: ISO-Einstellungen: 1, legt fest, dass die ISO-Empfindlichkeit in 1 Lichtwert-Stufen verändert wird
  • 3: Empf.von Mess./ISO Auto Limit: Auto nach Messung wiederherstellen
  • 4: Automatisches Bracketingende: Off
  • 5: Bracketing-Sequenz: -0+ bewirkt 3 Aufnahmen-Reihenfolge mit Unter-, Standard- und Überbelichtung
  • 6: Anzahl Belichtungsreihenaufnahmen: 3
  • 7: Safety-Shift: ISO, legt fest, dass wenn bei Automatikfunktionen keine gültige Belichtungseinstellung gefunden werden kann, letztlich der ISO-Wert angepasst wird, dh die gewählte Blende bzw. Belichtungszeit werden eingehalten
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 2
  • 1: Selbe Belichtung für neue Blende: ISO, stellt den vorherigen Lichtwert nach Objektivwechsel bei manueller Belichtung durch Anpassung des ISO-Wert sicher
  • 2: Messmethode AE-Speicher nach Fokus: alle Hacken setzen, wirkt nur bei Autofokus Betriebsart „One Shot“ und speichert die Belichtung solange der Auslöser halb gedrückt ist
  • 3: Aufnahmemodi einschränken: alle Hacken setzen, legt fest welche Belichtungsautomatiken bei Verwendung der „Mode“ Taste zur Auswahl stehen.
  • 4: Messmethoden einschränken: alle Hacken setzen, legt fest welche Messmethoden (Merfeld-,… Spot) bei drücken der Taste „Messmethode auswählen) oben, links neben dem Blitzschuh, ausgewählt werden können
  • 5: Messmethode bei Manuell: Spezifizierte - also aktuelle - Messmethode verwenden, legt fest, welche Messmethode (Mehrfeld- … Spot) bei Manueller Belichtung verwendet wird
  • 6: Einstellung des Verschlusszeitenbereichs: Mechanisch: 30‘‘ – 1/8000 und Elektronisch: 30‘‘ – 1/64000
  • 7: Einstellung des Blendenbereichs: f/1 bis f/16 einschränken, damit wird f/22 nicht verwendet
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 3
  • 1: AE-Feinabstimmung: OFF, wird nur bei systematischer Über- oder Unterbelichtung seitens der Belichtungsautomatik benötigt. Dann ist eine Korrektur um +/- 1 Blende in 1/8 Schritten möglich.
  • 2: Blitzbelichtungsfeinabstimmung: OFF, sonst wie oben
  • 3: Limit für Anzahl der Reihenaufnahmen: 50 oder Deaktiviert, sonst zwischen 2 und 99 einstellbar
  • 4: Antriebsmodi einschränken: alle Hacken setzen Einzelbild bis ultraschnelle Reihenaufnahme vorlegen
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 4
  • 1: Richtung für Einstellrad für Verschlusszeit und Blende: Normal
  • 2: Richtung für Steuerungsring des EF-RF-Adapters: Normal
  • 3: Tasten anpassen: Auslöser halb gedrückt, AF-Feld bewegen, messen, AF mit Augensteuerung
  • 4: Wahlräder anpassen: Dem Steuerungsring am EF-RF Adapter und am 3. Ring am RF-Objektiv den ISO-Wert zuweisen
  • 5: Individuelle Einstellungen löschen, um Tasten und Wahlrad-Belegungen zu löschen
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 5
  • 1: Umschalten Video/Foto: Umschalten
  • 2: Smart Controller: ON
  • Vertikale Aufnahmesteuerung: On, damit auch die Steuerelemente für Hochformataufnahmen an der Unterseite vom Gehäuse aktiviert werden
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 6
  • 1: Schneidedaten hinzufügen: OFF, andernfalls werden Linien zum Markieren von Seitenverhältnissen angezeigt
  • 2: Auslöseverzögerung: Standard
  • 3: Audiokompression: ON
  • 4: Standard-Löschoption: Abbruch, um versehentliches Löschen zu vermeiden
  • 5: Blendeneinstellung ohne Objektiv: OFF, d.h. es muss sich ein Objektiv am Gehäuse befinden, damit man eine Blende einstellen kann
  • 6: Ohne Objektiv auslösen: ON, ermöglicht die Verwendung von Spiegeltele-Objektiven oder Fernrohren mit Fixblende über Adapter ohne jegliche Verbindung zum Kameragehäuse.
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 7
  • 1: Objektiv beim Abschalten einziehen: ON, dann werden schrittgesteuerte STM-Objektive automatisch eingezogen sobald der Hauptschalter der Kamera auf OFF gestellt wird.
  • 2: IPTC-Informationen hinzufügen: OFF, andernfalls muss man die umfangreichen IPTC-Daten, die Infos zum Bild und zum Urheber enthalten mittels eines Hilfsprogramms editieren und importieren. Diese Informationen sind vor allem für jene Anwender von Bedeutung, die ihre Fotos kommerziell verwerten
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 8
  • 1: Alle C.FN löschen, um alle Einstellungen der Individualfunktionen zu löschen

Registerkartenmenü = My Menu der Canon EOS R3

Bietet die Möglichkeit bis zu 6 häufig verwendete Menüeinträge an einer Stelle zusammenzufassen.

Registerkartenmenü = Aufnahme bei VIDEO (Nur Abweichungen gegenüber Foto)

• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 1
  • 1: Movie-Aufnahmegröße:
    • 4k-U somit 3840x2160 Pixel
    • 50p somit 50 Einzelbilder pro Sekunde
    • IPB somit Intraframe-Kompression B ist speicherplatzschonende da gleichbleibende Bildinhalte nicht in jedem Einzelbild erneut redundant abgespeichert werden
  • 2: Hohe Bildrate:
    • Aus, damit die obigen Einstellungen wirksam werden.
    • Ein, damit in Zeitlupe ohne Ton aufgezeichnet wird. Es werden 100 fps aufgenommen und als 25 fps abgespeichert, wodurch die Wiedergabe mit ¼ der Geschwindigkeit erfolgt
  • 3: Movie-Aufnahmeformat:
    • MP4, kann sofort auf allen Geräten wiedergegeben werden (entspricht dem jpg bei Fotos)
    • RAW, muss nachbearbeitet werden (entspricht dem RAW bei Fotos)
  • 4: Movie beschneiden: Deaktivieren, andernfalls wird die Brennweite scheinbar verlängert
  • 5: Tonaufnahme:
    • Tonaufnahme: Automatisch, steuert automatisch die Aufnahmepegel
    • Windfilter: Aktivieren reduziert Windgeräusche bei Aufnahme mit dem internen Mikrofon
    • Dämpfung: Deaktivieren
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 3
  • 3: Langzeitautomatik: A-Slow-Off für flüssige Bewegungen in dunklen, mit eventuell etwas dunklerer Aufnahme
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 5
  • 1: Objektiv / Aberrationskorrektur
    • Vignettierungskorrektur: ON
    • Verzeichnungskorrektur: ON
    • Farbfehlerkorrektur: ON
    • Beugungskorrektur: ON
  • 2: High ISO Rauschunterdrückung: Standard
  • 3: Zeitraffer-Movie:
    • Deaktivieren, um mit 50 fps zu filmen
    • Aktivieren, um die Intervallzeit und die Anzahl der Auslösungen für eine Zeitrafferaufnahme festzulegen
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 6
  • 1: Movie-Selbstauslöser: Aus, andernfalls wird die Videoaufnahme um 2 oder 10 Sekunden verzögert gestartet
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 7
  • 1: Bildstabilisator der Kamera: ON
  • 2: Schnelleinstellungen anpassen, hier kann man das Menü für die Schnelleinstellungen anpassen
  • 3: Auslösefunktion für Movies: Legt fest welche Funktionen der Auslöser bei Videos hat
    • Halb drücken: Messung + Servo-AF
    • Ganz drücken: Movie-Start + Movie-Stop
  • 4: Messtimer: 8 Sek, legt fest wie lange die Belichtungswerte angezeigt werden
  • Zebra-Einstellung: Warnt durch Zebramuster vor überbelichteten Bildteilen
    • Zebra: Aus, damit die Option Einstellung für Manuelles Fokus Peaking auf Ein gestellt werden kann, dann erfolgt auch bei manuellem Fokus eine Scharfstellhilfe
    • Zebra: Ein
    • Zebra-Muster: Zebra 2
    • Zebra-2-Stufe: 100%
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 8
  • 1: Automatische Abschalttemperatur: Standard
  • 2: Standby: Low Res: Ein spart Akkuleistung im Stand-By Betrieb
  • 3: HDMI-Anzeige: Kamera + externer Monitor
  • 4: Timecode: Record Run

Registerkartenmenü = Autofokus bei VIDEO (Nur Abweichungen gegenüber Foto)

• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 1
  • 1: Movie-Servo-AF: Aktivieren, Fokus bleibt kontinuierlich auf beweglichem Motiv; AV-Messfeld wird blau
  • 2: AF-Bereich legt fest, in welchem Bildausschnitt der AF überhaupt aktiv wird, das Motiv muss strukturiert sein!
    • Spot-AF: weniger als ein Einzelfeld AF wird für Scharfstellung sehr kleiner Motive herangezogen,
    • Einzelfeld AF: ein Einzelfeld AF
    • AF-Bereich erweitert: mehrere Einzelfeld AF, für mitzieh-Aufnahmen
    • AF-Bereich erweitert Umgebung: für allseits bewegliche, größere Motive
    • AF-flexible Zone 1: Quadrat, welches man mit dem Multi-Controller auf den Bildbereich schiebt, in dem der AF dann den Punkt zum Scharfstellen wählt. Damit kann man bei einem unruhigen Bildinhalt den Bereich vorauswählen, in dem der AF aktiv wird.
    • AF-flexible Zone 2:  Rechteck Hochformat
    • AF-flexible Zone 3:  Rechteck Breitformat
    • AF gesamter Bereich, arbeitet ideal mit aktivierter Motiverkennung (Person, Tiere, Fahrzeuge) zusammen, bevorzugt aber das am nächsten zur Kamera liegende Motiv, also das Motiv im Vordergrund!
  • 3: Motivnachführung: EIN, um einen Nachführrahme über dem Hauptmotiv anzuzeigen
  • 4: Motiv zu erkennen: Person, Tiere, Fahrzeuge, weder-noch
  • 5: Augenerkennung: Ein
  • 6: Nachgeführte Motive wechseln: 1 – auf Motiv, um das ursprüngliche Motiv so lange wie möglich zu verfolgen
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 2
  • 1: Movie-Servo-AF Geschwindigkeit: Standard, immer aktiv
  • 2: Movie-Servo-AF Reaktion: 0
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 3
  • Schärfensuche, wenn AF unmöglich: ON, ausgenommen bei Objektiven mit einem großen Fokusbereich
• Registerkarte mittels Hauptwahlrad = 4
  • AF-Bereich begrenzen

Zusammenhang zwischen Sensorgröße sowie Brennweite und Öffnungswinkel vom Objektiv, sowie dem sichtbaren Bildfeld

Bild

Linsengleichungen

• Abbildungsgleichung:
  Die Abbildungsgleichung beschreibt den Zusammenhang zwischen der Bildg- und der Gegenstandsgröße im Verhältnis zur Bild- und der Gegenstandsweite.
  \(\dfrac{B}{G} = \dfrac{b}{g}\)
   
• Linsengleichung:
  Die Linsengleichung beschreibt den Zusammenhang zwischen der Brennweite, der Bildweite und der Gegenstandsweite
  \(\dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{b} + \dfrac{1}{g}\)

Bildwinkel gängiger Objektive bei Sensor 36x24

Horizontales Bildfeld gängiger Objektive in Meter bei Sensor 36x24 abhängig von der Gegenstandsweite

Beispiele aus der Praxis:

• Will man mit einem 11mm Ultraweitwinkelobjektiv einen 150m hohen Kirchturm fotografieren, so muss man 45m entfernt stehen, bei einem 17mm Ultraweitwinkelobjektiv sind es bereits 71m, die man entfernt stehen muss.
• Will man mit einem 300mm Teleobjektiv einen Wellensurfer samt 10m hoher Welle fotografieren, so darf man nicht weiter als 84 m entfernt stehen, bei einem 500mm Super-Teleobjektiv sind es 140m, die der Abstand betragen darf.

Beispiel: Foto vom Mond 

Brennweite 500mm (Spiegelteleobjektiv),  

Gegenstandsweite: 384.400 km (Erde - Mond)

Durchmesser Mond: 3.475 km

→ horizontales Bildfeld: 27.676 km

→ Der Mond passt 7,9-mal auf die Breite des Bildes

Sensorauflösung 6000 x 4000 Pixel

→ Der Mond wird mit 750 x 750 Pixel, bzw mit 0,5MPixel abgebildet

→ 1 km am Mond entspricht 4,6 Pixel

→ 1 Pixel entspricht 215 m am Mond

Beispiel:

Der Full Frame Kamerasensor hat eine vertikale Höhe von B_v=24mm und eine horizontale Breite von B_h=36mm, die Brennweite des gewählten Objektivs beträgt f=300 mm. Wie hoch ist das Bildfeld G_v bzw. wie breit ist das Bildfeld G_h in einer Entfernung von g=100m?

Wir wählen Meter m als Recheneinheit:

\(\eqalign{
& \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{b} + \dfrac{1}{g}\,\,\,\,\left| { \cdot b} \right. \cr
& \dfrac{b}{f} = 1 + \dfrac{b}{g}\,\,\,\,\,\left| { - \dfrac{b}{g}} \right. \cr
& \dfrac{b}{f} - \dfrac{b}{g} = 1 \cr
& 1 = \dfrac{b}{f} \cdot \dfrac{g}{g} - \dfrac{b}{g} \cdot \dfrac{f}{f} \cr
& 1 = \dfrac{{b \cdot g - b \cdot f}}{{f \cdot g}} = b\dfrac{{g - f}}{{f \cdot g}}\,\,\,\,\,\left| { \cdot \dfrac{{f \cdot g}}{{g - f}}} \right. \cr
& b = 1 \cdot \dfrac{{f \cdot g}}{{g - f}} = \dfrac{{0,3 \cdot 100}}{{100 - 0,3}} = \dfrac{{30}}{{99,7}} \approx 0,301 \cr
& \cr
& \cr
& \dfrac{B}{G} = \dfrac{b}{g} \cr
& {G_v} = \dfrac{{{B_v} \cdot g}}{b} \approx \dfrac{{0,024 \cdot 100}}{{0,301}} = 7,97m \cr
& {G_h} = \dfrac{{{B_h} \cdot g}}{b} \approx \dfrac{{0,036 \cdot 100}}{{0,301}} = 11,96m \cr} \)

→ Bei einem Full-Frame Kamerasensor und einer Brennweite des Objektivs von 300mm beträgt bei einer Entfernung von 100m das sichtbare Bildfeld ca. 8 x 12 Meter.

Beispiel:

Wechselt man das Gehäuse auf eines mit dem kleineren APS-C Sensor mit B_v=15,6mm bzw. B_h=23,6mm so verkleinert sich das Bildfeld bei demselben Objektiv und derselben Entfernung wie folgt:

\(\eqalign{ & {G_v} = \dfrac{{{B_v} \cdot g}}{b} = \dfrac{{0,0156 \cdot 100}}{{0,303}} = 5,1m \cr & {G_h} = \dfrac{{{B_h} \cdot g}}{b} = \dfrac{{0,0236 \cdot 100}}{{0,303}} = 7,8m \cr} \)

→ Das Bildfeld in 100 m Entfernung beträgt bei einem APS-C Kamerasensor und einer Brennweite des Objektivs von 300mm ca. 5x8 m. Das entspricht einer scheinbaren Verlängerung der Brennweite um das 1,6-fache. Dh dasselbe Objektiv hat auf einer APS-C Kamera „scheinbar“ eine größere Brennweite.

Beispiel:

Bei einem Full-Frame Kamerasensor und einer Brennweite des Objektivs von 300mm beträgt bei einer Entfernung von 100m das sichtbare horizontale Bildfeld 12 Meter.

Wie groß ist der Öffnungswinkel des Objektivs?

\(\dfrac{{{\alpha _h}}}{2} = \arctan \dfrac{{\frac{{11,9}}{2}}}{{100}} = \arctan \dfrac{{11,9}}{{200}} = 3,405^\circ \to {\alpha _h} = 6,810\)

→ Bei einem Full-Frame Kamerasensor beträgt der horizontale Öffnungswinkel eines 300 mm Objektivs ca. 6,8°

Bildbearbeitung

An den Prozess der Bildaufzeichnung schließt sich ein weiterer Prozess, nämlich der der Bildbearbeitung, an. Das Ziel der Bildbearbeitung ist es eine Datei mit den fertig bearbeiteten Bilddaten zu Betrachtung des Bildinhalts zur Verfügung zu stellen.

Automatische Bildbearbeitung

Hat man mit dem Fotoapparat oder der Kamera vom Smartphone bereits eine JPEG-Datei erstellt, dann ist bereits eine automatische Bildbearbeitung erfolgt und die Möglichkeiten sind, im Gegensatz zur RAW-Datei als Ausgangsmaterial der manuellen Bildbearbeitung, bereits eingeschränkt oder in der (Handy-) Praxis oft sogar abgeschlossen.

Manuelle Bildbearbeitung

Für die manuelle Bildbearbeitung verwendet man spezielle Software (z.B.: Adobe Lightroom oder Adobe Photoshop), deren Flexibilität sich erheblich unterscheidet.

Camera-RAW-Import-PlugIn

Um aus einer digitalen Aufnahme die maximale Bildqualität herausholen zu können, ist es erforderlich die Aufnahme in der Kamera als Camera-RAW-Datei abzuspeichern. Dabei handelt es sich um ein herstellerspezifisches proprietäres, nicht öffentlich zugänglich spezifiziertes, sensorspezifisches Speicherformat.

Rohbilddateien enthalten unverarbeitete Daten vom Bildsensor der Kamera und werden üblicherweise als „digitale Negative“ bezeichnet. Da die Camera-RAW-Daten keiner Bildbearbeitung unterzogen wurden, bieten sei ein größeres Maß an Flexibilität und Kontrolle beim nachträglichen Bearbeiten eines Bildes als andere Bilddateitypen wie JPEG oder TIFF.

Damit Bildverarbeitungsprogemme auf die in der Camera-RAW-Datei abgelegten Sensordaten zugreifen können, ist ein Import-Plug-In erforderlich, welches die Zusammenarbeit mit dem Kamerahersteller erfordert. Obwohl Camera-RAW-Bilddaten bei der Flexibilität der Bildbearbeitung den JPEG-Bilddaten technisch weit überlegen sind, besteht das Risiko, dass der Kamerahersteller einseitig den Support für das Dateiformat für einzelne Sensoren einstellt.

Camera-RAW-Konverter

Ein Camera-RAW-Konverter ist eine Software, um RAW-Bilddateien zu verarbeiten, die mit einer Digitalkamera aufgenommen wurden. Camera-RAW-Konverter entsprechen also einer „digitalen Dunkelkammer“. Auf diese Weise können Fotografen während der Bildbearbeitung das Erscheinungsbild ihrer Bilder optimieren und das Beste aus den vom Bildsensor der Kamera erfassten Daten herausholen. Die Verarbeitungsschritte sind wie folgt:

1. Vorschaubild: Es werden die Camera-RAW-Daten mit Hilfe des sensorspezifischen Import PlugIns geöffnet und es wird ein Vorschaubild generiert und am Monitor angezeigt.
2. Anpassung von Aufnahmeparametern: In einem 1. Bearbeitungsschritt erfolgt die nachträgliche manuelle Anpassung von technischen Aufnahmeparametern, wie Objektiv-Verzeichnungskorrektur, Weißabgleich, Belichtung und Farbsättigung, Kontrast, ISO-Bildaufhellung, waagrechte Ausrichtung des Bildhorizonts, Wahl des Arbeitsfarbraums (sRGB für Anzeige auf Displays, Adobe RGB für Druckvorlagen,…)
3. Gestalterische Bildoptimierung: In einem 2. Bearbeitungsschritt wird das Erscheinungsbild der Bilder nach dem Geschmack des Bildbearbeiters optimiert. Das beginnt mit der Auswahl des Bildausschnittes, sowie die Retusche des eigentlichen Motivs. Es erfolgen aber auch selektiv Anpassungen für abgegrenzte Bildbereiche, wie den Hintergrund oder den Himmel. Dabei wird der Grafiker zunehmend durch künstliche Intelligenz (AI), etwa beim Freistellen des Hauptmotivs unterstützt.
4. Speichern: Beim Speichern wird das fertige Bild gerendert, indem auf die RAW-Datei die beiden oben beschriebenen Bearbeitungsschritte angewendet werden und in einem gängigen Bildbetrachtungsformat wie JPEG oder TIFF in der gewünschten Auflösung und Kompression abgespeichert.
   Die Bearbeitungsschritte werden separat, etwa als .XMP-File, oder in einer Katalogdatei abgespeichert.
   Da die ursprüngliche RAW-Datei unverändert für die Langzeitarchivierung erhalten bleibt, spricht man von nicht-destruktiver Bildbearbeitung.
5. Langzeitarchivierung: Für eine Langzeitarchivierung des bearbeiteten Bildes und / oder als Alternative für die RAW-Datei bietet sich das DNG-Format an. Es wurde von Adobe als sensorunabhängiges offenes Format zum verlustfreien Speichern von Rohdaten entwickelt.

Kamerahersteller bieten RAW-Konverter für ihre eigenen Sensoren an, es gibt aber zunehmen mehr Fremdanbieter, die kameraherstellerübergreifend RAW-Konvertoren anbieten, wie Adobe. So ist Adobe Camera Raw als eigenständige Anwendung, aber auch als Plug-In in die beiden Bildbearbeitungsprogrammen Adobe Photoshop und Adobe Lightroom verfügbar. Adobe Photoshop verwendet man, wenn man ein einzelnes Bild bis zur Druckreifen perfekt optimieren möchte, während man Adobe Lightroom verwendet, wenn man zügig mehrere einander ähnliche Bilder aus einem Shooting optimieren möchte.

Tonwertkurve

Mit Hilfe einer Tonwertkurve rechnet man die in der Camera-RAW-Datei digital abgelegte Helligkeitsinformation je Pixel wieder in Grauwerte eines Bildes um, bzw. mit Hilfe der Helligkeitsinformation von 4 benachbarten Pixel unter einem Bayer-Filter, rechnet man in Farbwerte je Pixel um. Bei einer Farbaufnahme liegen 4 Tonwertkurven übereinander vor, eine für Grau und je eine für RGB.

Die Tonwertkurve selbst ist ein Algorithmus im Camera-RAW-Import-PlugIn. Die Tonwertkurve ist eine grafische Beziehung zwischen

• den Tonwerten in der Camera-RAW-Datei als Eingangsparameter (x-Achse) und
• den Tonwerten in der Bildvorschau als Ausgangsparameter (y-Achse).

Dabei erfolgt eine Anpassung

• des hohen Dynamikumfangs der RAW-Datei mit 10, 12, oder 14 Bit je Farbkanal, abhängig vom Sensor
• auf den viel geringeren Dynamikumfang der Bilddatei mit 8 Bit je Farbkanal (JPEG), geeignet für das menschliche Auge

Die Form der Tonwertkurve beeinflusst über die Verteilung der Helligkeitswerte den Kontrast in der Bildvorschau und somit das Aussehen des Histogramms der Tonwerte. Die Tonwertkurve selbst bekommt man in der digitalen Bildbearbeitung nicht angezeigt. Als Resultat der Tonwertanpassung wird 

• einerseits das Histogramm der 4 Helligkeitsverteilungen (grau, RGB)
• andererseits die Gradationskurve

angezeigt. In beiden Fällen wird angezeigt, wieviele Pixel eine bestimmte Helligkeit haben.

• Beim Histogramm der Helligkeitsverteilung beeinflusst man jeweils eine von 5 Klassen (Schwarz, Tiefen, Mitteltöne, Hell, Weiß)
• während man bei der Gradationskurve punktuell einen von 256 Helligkeitswerten zur Bearbeitung auswählt.

Weber-Fechner-Gesetz

Das Weber-Fechner-Gesetz besagt, dass einem subjektiv vom Gehirn als linear empfundenen Zuwachs der Helligkeit, objektiv (physikalisch) ein logarithmischer Zuwachs der Helligkeit zugrunde liegen muss. Daher müssen die physikalisch im Sensor gemessenen Helligkeitswerte in den RAW-Daten mittels einer Tonwertkurve, also nicht linear und nicht mittels einer linearen Geraden, an die vom menschlichen Auge erwarteten Helligkeitswerte angepasst werden.

Reihenfolge der Bildbearbeitungsschritte

Folgende Reihenfolge der Bearbeitunsschritte hat sich bewährt:

• 1. Schritt: Bildimport mit Hilfe von Profilen
• 2. Schritt: Objektivkorrekturen
• 3. Schritt: Horizont, Seitenverhältnis und Bildausschnitt festlegen
• 4. Schritt: Helligkeit (Luminanz) mit Histogramm oder Gradationskurve festlegen
• 5. Schritt: Farbton (Hue) festlegen oder Weißabgleich durchführen
• 6. Schritt: Kontrast anpassen
• 7. Schritt: Sättigung (Saturation) anpassen
• 8. Schritt: Selektive Farbkorrektur gemäß dem HSL Farbmodell
• 9. Schritt: Schärfen und Rauschunterdrückung
• 10. Schritt: Retusche

1. Schritt der Bildbearbeitung:

Bildimport mit Hilfe von Profilen

Am Anfang von jeder Bildbearbeitung wird die Camera-RAW-Datei in ein Vorschaubild umgerechnet. Dabei werden

1. mit Hilfe vom Camera-RAW-Import-PlugIn die Daten interpretiert und
2. gemäß einem ausgewählten Profil grundlegend an die Erwartungen des Grafikers angepasst.

Sowohl das Import-PlugIn, welches vom Grafiker nicht beeinflusst werden kann, als auch das Profil, für das es eine kleine Auswahl gibt, beeinflussen das Vorschaubild, ohne dass man manuell eine erste Anpassung vorgenommen hätte.

Adobe Lightroom: Grundeinstellungen → Profil → Auswahl aus 6 von Adobe vordefinierten Profilen (Farbe, Kräftig, Landschaft, Portrait, Standard und Monochrom

Bildbearbeitung mit Hilfe von Presets

Presets stellen die einfachste Art der Bildbearbeitung dar. Es handelt sich dabei um eine vordefinierte Abfolge von Bildbearbeitungen, die mit nur einem Klick angewendet werden können. Man kann so schnell die Bildwirkung von verschiedenen Voreinstellungen ausprobieren. Da in der Praxix ein Preset auf unterschiedliche Vorschaubilder angewendet wird, ist das Resultat mehr oder weniger Zufall. Gefällt das Resultat, kann man sich die eigentliche Bildbearbeitung ersparen.