Blende
Formel
Blende
Das menschliche Auge kann durch eine Veränderung des Pupillendurchmessers, im Bereich von 1,5 bis 8 mm, die Lichtmenge steuern, die auf die Netzhaut fällt.
In einer Kamera steuert die Blende mit Hilfe von beweglichen Lamellen am Ende des Objektivs, wie viel vom Durchmesser des Objektivs für den Lichteinfall tatsächlich geöffnet wird. Die Blende steuert aber nicht stufenlos wie viel Licht auf den Sensor fällt, sondern in diskreten Blendenschritten bzw. den zugehörigen Lichtwerten.
Die Öffnung der Blende ist jener Wert in mm, der sich ergibt, wenn man die Brennweite des Objektivs durch den gewählten Blendenwert dividiert. Lichtstarke, aber teure Objektive, haben einen kleinsten Blendenwert von f/1,2 oder f/1,4. Ändert man die Blende um eine Blendenstufe, so fällt doppelt oder halb so viel Licht auf den Sensor.
Um die Fläche eines Kreises, der durch die Lamellen der Blende gebildet wird, und damit den durchgelassenen Lichtstrom zu halbieren, muss man den Durchmesser durch \(\sqrt 2 \approx 1,414\) dividieren. Die Blendenwerte ergeben sich dabei durch Multiplikation von 1 mit dem Faktor \(\sqrt 2 \approx 1,414\)
\(1 - \sqrt 2 - 2 - 2 \cdot \sqrt 2 - 4 - 4 \cdot \sqrt 2 - 8 - 8 \cdot \sqrt 2 - 16 - 16 \cdot \sqrt 2 - 32\)
Im Modus "Blendenautomatik" gibt der Fotograf die Belichtungszeit vor und die Kameraautomatik wählt die richtige Blende. Dabei werden die Blenden in Drittelstufen eingestellt. Die Blendenwerte ergeben sich dabei 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
Über den obigen Zusammenhang hängt der minimale Durchmesser eines Objektivs von dessen Brennweite ab.
- Bei einem 50 mm Normalobjektiv muss für Blende 2 der Durchmesser mindestens 50/2=25 mm = 2,5 cm betragen. Kein Problem!
- Bei einem 500 mm Teleobjektiv muss für Blende 2 der Durchmesser mindestens 500/2=250 mm = 25 cm betragen. Das würde einem Zylinder von 0,5 m Länge und einem Durchmesser von 25 cm entsprechen. So ein Objekt will man nicht unbedingt besitzen...
- Bei einem 500 mm Teleobjektiv muss für Blende 4 der Durchmesser mindestens 500/4=125 mm = 12,5 cm betragen. So ein Objektiv liegt in der 10.000 € Preisklasse und wiegt über 4 kg.
Die Blendenreihe im Abstand von einem Lichtwert (Brennweite dividiert durch Blendenwert) 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.
- 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.
→ Merksatz: Kleine Blendenzahl (f/2,8), große Blendenöffnung, viel Licht fällt auf den Sensor, bei geringer Schärfentiefe.
Das bedeutet bei einem 50mm Normalobjektiv und f/1,2 dass der offene Durchmesser 42 mm beträgt, also sehr viel Licht durch das Objektiv in Richtung des Sensors gelangt. Mit diesem Objektiv kann man auch dann noch richtige Belichtungen erzielen, wenn es schon dunkel ist.
→ Merksatz: Große Blendenzahl (f/16), kleine Blendenöffnung, wenig Licht fällt auf den Sensor, bei großer Schärfentiefe.
Das bedeutet bei einem 50mm Normalobjektiv und f/8 dass der offene Durchmesser 6,25 mm beträgt, also sehr wenig Licht durch das Objektiv in Richtung des Sensors gelangt. Mit diesem Objektiv kann man nur dann noch richtige Belichtungen erzielen, wenn das Motiv relativ gut beleuchtet ist.
Tiefenschärfe
Mit der Wahl der Blende geht die sogenannte Tiefenschärfe auch Schärfentiefe genannt, einher. Die Tiefenschärfe bezeichnet jenen Bereich vor und hinter dem Fokuspunkt, auf den am Objektiv scharf gestellt wurde, der im Bild noch hinreichend scharf abgebildet wird. Die Tiefenschärfe ist neben der Blendenöffnung auch noch von der Brennweite, der Entfernung zum Motiv und der Sensorgröße wie folgt abhängig:
- Kleine Blendenzahl (f/2,8), große Blendenöffnung → geringe Tiefenschärfe
- Nahe am Motiv → geringe Tiefenschärfe
- Große Brennweite → geringe Tiefenschärfe
- Großer Sensor → geringe Tiefenschärfe
Bokeh
Die Tiefenschärfe ist zwar technisch bedingt, wird aber gerne als fotografisches Gestaltungselement eingesetzt. Dann spricht man von Freistellung, Unschärfe-Look oder Bokeh. Ein Anwendungsfall ist etwa ein Portrait, bei dem der Vorder- und der Hintergrund im Unterschied zur Person absichtlich unscharf abgebildet werden, damit die ganze Aufmerksamkeit auf die Person gerichtet wird.
Scharfe Wahrnehmung
Die Wahrnehmung wird als scharf empfunden, wenn ein Punkt im Motiv als Punkt auf der Netzhaut, am Kamerasensor oder am Bild bzw. Monitor wieder als Punkt und nicht als Zerstreuungskreis abgebildet wird. Physikalisch gesehen ist dies für gegebene optische Parameter nur für eine einzige Gegenstandsweite möglich. Punkte vor und hinter dieser Gegenstandsweite zerstreuen.
- 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.
- 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.
- In der Fotografie wird die Schärfe als Gestaltungsmittel eingesetzt, um die Aufmerksamkeit des Betrachters auf ausgewählte Bildteile zu lenken. Unter Bokeh versteht man jene Bildanteile, speziell im Bildhintergrund, die gewollt zunehmend unschärfer werden. Die Form der Zerstreuungskreise hängt dabei von der gewählten Brennweite, der Blendenöffnung und der Anzahl der Lamellen ab, welche die Blende bilden.
Beispiel:
Zeige, dass für eine Verdoppelung der Kreisfläche deren Durchmesser mit dem Faktor \(\sqrt 2 \approx 1,414\) zu multiplizieren ist
\(\begin{array}{l} A = \dfrac{{{d_1}^2}}{4} \cdot \pi \to {d_1} = 2 \cdot \sqrt {A \cdot \pi } \\ 2 \cdot A = 2 \cdot \dfrac{{{d_1}^2}}{4} \cdot \pi = \dfrac{{{d_2}^2}}{4} \cdot \pi \to 2 \cdot {d_1}^2 = {d_2}^2 \to {d_2} = \sqrt 2 \cdot {d_1} \end{array}\)
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Wissenspfad
Zur aktuellen Lerneinheit empfohlenes Vorwissen
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. |
Aktuelle Lerneinheit
Blende | In einer Kamera steuert die Blende mit Hilfe von beweglichen Lamellen am Ende des Objektivs, wie viel vom Durchmesser des Objektivs für den Lichteinfall tatsächlich geöffnet wird. Die Blende steuert also wie viel Licht auf den Sensor fällt. |
Verbreitere dein Wissen zur aktuellen Lerneinheit
Kameraobjektiv | Das Objektiv sammelt das Licht, welches vom Motiv kommt mit Hilfe von einer oder mehreren Linsen, um ein Bild davon auf die Sensorebene abzubilden. |
Verschluss im Kameragehäuse | Der Verschluss steuert wie lange das Licht, welches von der Blende durch das Objektiv gelassen wurde, auf den Sensor fällt. |
Lichtwert | Die korrekte Belichtung setzt sich aus einer Kombination von Blende und Belichtungszeit zusammen, wobei man von einem konstanten ISO = 100 ausgeht. |
CMOS-Sensoren | Bei Kamerasensoren unterscheidet man nach deren Abmessungen, der Anzahl der Pixel und der Funktionsweise bei der Bilddatenverarbeitung. |
Farbfotografie | Bei den gängigen Farbfilter-Array-Kameras wird jedes Pixel mit einem Bayer-Farbfilter bedeckt, welcher nur Photonen mit jener Wellenlänge, die rotem, grünem oder blauem Licht entspricht, zur lichtempfindlichen Sensorschicht durchlässt. |
Bilddateiformate | Die durch den digitalen Signalprozessor als Rohdaten vorliegenden Bildinformationen müssen gespeichert werden. Dafür stehen verschiedene Bilddatei-Formate zur Verfügung. |
Zusammenhang Sensorgröße, Brennweite, Öffnungswinkel und Bildfeld | Über die Abbildungs- und die Linsengleichung besteht ein mathematischer Zusammenhang zwischen Sensorgröße, Brennweite, Öffnungswinkel und Bildfeld. |