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Dies Teil 2 der Serie, hier möchte ich auf die Messung an sich und die Auswertung der Ergebnisse eingehen. Allgemeine Erklärungen rund um MTF findest in Teil 1: Was ist MTF? und in der hervorragenden Dokumentation von Imatest.

Bei einer MTF Messung nimmt man immer Daten über das gesamte optische System auf. Optisches System bedeutet in diesem Fall: Das Testchart, die Beleuchtung, das Objektiv, den Kamerasensor und die Bildverarbeitungssoftware. Um aussagekräftige und Vergleichbare Ergebnisse über das Objektiv zu bekommen, müssen deswegen alle anderen Variablen konstant gehalten werden.

Denn ein Objektiv kann an verschiedenen Kameras unterschiedlich gut Auflösen oder Vignettieren, oder bei anderer Beleuchtung anders reagieren. Auch die Bildverarbeitung in der Kamera kann das Ergebnis verfälschen, z.B. werden die JPG Bilder bereits in der Kamera nachgeschärft und erzeugen so höhere Schärfewerte.

Teil 2: Wie messe ich?

Die einfachste Art Schärfe zu messen ist mit der sogenannten Slanted Edge-Methode. Bei dieser Methode wird ein vorher generiertes Testbild abfotografiert und anschließend automatisiert am Computer ausgewertet.

Testchart

Das Testchart enthält mehrere leicht angewinkelte Quadrate, an jeder Kante des Quadrates kann die Software später einen Schärfewert bestimmen. Wichtige Punkte auf die man beim Testchart achten sollte:

  • Größe: Das Testchart sollte nicht zu klein sein, damit die Objektive im optimalen Abstand arbeiten können. Ich empfehle Din A1 oder DIN A0
  • Druckauflösung: Das Objektiv kann nur das Abbilden was sich auf dem Testchart befindet: Man sollte mindestens mit 600, besser noch 1200dpi drucken, damit das Testchart mehr Auflösung hat als das nachfolgende optische System.
  • Anzahl der Messpunkte: Um die Schärfeverteilung zu bestimmen sollten mehrere Kanten in der Mitte, den Rändern und den Ecken liegen. Mindestens 12 Quadrate nebeneinander sollten es schon sein.

Das Testchart kann gekauft werden, diese Charts für den professionellen sind allerdings sehr teuer. Wer einen guten Druckshop in der Nähe hat kann sich das Testchart auch selbst mit der Software "Imatest" (Befehl: generate_test_chart) generieren und dort drucken lassen. Versichert euch, dass die höchste verfügbare Druckauflösung gewählt wird und das Papier matt ist. Spiegelndes Papier verursacht mit seinen Reflexionen nur Probleme.

Versuchsaufbau & Beleuchtung

Die Kamera sollte unbedingt auf einem Stativ stehen, ausgelöst per Fernbedienung damit die Bewegung der Hände an der Kamera keine Verwackelung bewirkt.

Der Abstand zum Testchart sollte so gewählt werden, dass es das Bild komplett ausfüllt, ist also je nach Objektiv unterschiedlich. Dabei sollte man beachten, dass viele Objektive bei sehr nahem Abstand schlechter auflösen. Deswegen ist eine gewisse Mindestgröße des Charts Pflicht, unter 2-3 Metern Abstand sollte man nicht messen. Bei Teleobjektiven sollte man noch mehr Abstand wählen, eventuell muss man den Messaufbau in den Flur verlagern um auf 5-10m Abstand zu kommen.

Das Testchart sollte für jede Messung gleich beleuchtet werden. Um vom Tageslicht unabhängig zu sein muss also Kunstlicht verwendet werden: Entweder Blitze oder Dauerlicht. Um eine optimale und gleichmäßige Ausleuchtung zu gewähren habe ich zwei Blitze mit Softbox verwendet, jeweils 45° zum Testchart angewinkelt.

Das Bild sollte so belichtet werden, dass keine Bildteile über- oder unterbelichten, ein Blick aufs Histogramm hilft hierbei. Die Bilder wurden in Raw bei ISO 100 gemacht.

Software

Es empfiehlt sich mehrere Bilder mit einem gleichen Objektiv aufzunehmen und bei der Auswertung den Mittelwert der Messwerte zu bilden.
Zur Auswertung benutze ich die kostenlose Software MTF Mapper, die Bilder können in der GUI geöffnet werden. Mtfmapper unterstützt fast alle gängige Bildformate, unter anderem: .png, .jpg, .pgm und jedes RAW Format, dass auch von dcraw unterstützt wird: .nef, .cr2, .pef, und .arw

Im annotated Modus werden die Ergebnisse direkt an den entsprechenden Kanten platziert. Die Ergebnisse mehrerer Messungen werden nun in eine Excel Tabelle eintragen und ausgewertet. Ich unterteile die Ergebnisse in die Bereiche Zentrum, Übergang und Ecken und mittele jeweils alle Messwerte der Bereiche. Anschließend erstelle ich ein Diagramm der Daten.

Interpretation der Ergebnisse

Mtfmapper gibt die Messwerte bei Standardeinstellungen in der Einheit cycles pro pixel aus. Laut Norman Koren von Imatest, ist ein Wert von 0,33 cycles per pixel sehr gut für ein ungeschärftes RAW Bild. Die Einheit cycles pro Pixel ist abhängig von der Sensorauflösung! Cycles pro Pixel beschreibt wie viel der maximalen Schärfe (1cycle pro Pixel) das Objektiv an den Sensor bringt. Zum Beispiel löst das Nikkor 35 mm f/1.8 an einem D40 Body mit ca 0,28 c/p auf. Das selbe Objektiv an einer D7000 erreicht nur 0.22 c/p. Die einzelnen Pixel der D7000 werden also schlechter ausgenutzt - dafür hat die D7000 mehr Pixel. Wenn wir die Messwerte in der Einheit Linienpaare pro mm ausdrücken (lp/mm), erhälrt man 36 lp/mm bei der D40 und 46 lp/mm bei der D7000. Die Gesamtschärfe an der D7000 ist also bei gleichem Objektiv höher.

Deswegen empfehle ich die Einheit Linienpaare pro mm (lp/mm), um die Schärfe eines Objektives auszudrücken auszudrücken. Wenn das Bild als RAW-Bild in mtfmapper geladen wurden, kann man unter Einstellungen direkt diese Einheit auswählen. Diesen MTF50 Wert kann man nun mit anderen Objektiven vergleichen.

Um in die geläufige Einheit Linien pro Bildhöhe (lw/ph) umzurechnen benutzt man folgende Formel:

wobei hpixels die Bildhöhe in Pixeln beschreibt.

Ein kleines Beispiel

Mein Canon nFD 50mm F1.4 löst bei f5.6 in der Bildmitte mit 0.3 c/p auf. Umgerechnet in Vertikale Auflösung ergibt das 3264px x 2 x 0,3c/p = 1958,4.

Wer seine Messwerte mit anderen im Internet vergleichen will muss natürlich beachten, dass diese andere Kameras benutzen könnten. Wenn eine Kamera mit höherer Auflösung benutzt wurde werdend die MTF Werte in lw/ph auch höher ausfallen.

19th Jan, 2016
Stephan Wahlen

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