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Bayer-Demosaic-Konvertierung versus echter Monochrom-Sensor
Warum das Entfernen des Farbfilterarrays die Auflösung und Lichtempfindlichkeit eines digitalen Sensors gegenüber einer entsättigten Bayer-Farbdatei erhöht.
Geschrieben im von Simon Lehmann Editor
Fang mit der Zahl an, denn jede andere Aussage in diesem Artikel muss sich an ihr messen. Die gesamte Schärfentiefe in der Filmebene beträgt 2 x N x c, wobei N die Blendenzahl und c der Zerstreuungskreis ist. Bei 35mm gilt konventionell c = 0,03mm. Ein Objektiv bei f/2 ergibt also 0,12mm gesamte Schärfentiefe in der Filmebene, also +/-0,06mm; weit offen bei f/1.4 schrumpft das Budget auf rund 0,084mm, +/-0,042mm. Das ist ungefähr der halbe Durchmesser eines menschlichen Haares – und genau dieses Ziel müssen Messsucher wie SLR bei jeder Aufnahme treffen. Alles Folgende dreht sich darum, wer es trifft und wie jedes System versagt.
Ein Messsucher arbeitet nach dem Triangulationsprinzip. Zwei Fenster, getrennt durch die mechanische Basislänge, betrachten das Motiv aus leicht unterschiedlichen Winkeln. Ein mit dem Objektivgewinde gekoppelter Nocken dreht einen Strahlenteiler, sodass ein übergelagertes Bild in einem zentralen Messfeld horizontal verschoben wird; sobald das Objektiv auf die Motiventfernung fokussiert ist, fallen beide Bilder zusammen. Das Prinzip geht auf den gekoppelten Deckbild-Messsucher zurück, den Leitz 1954 in die M3 einbaute.
Die Geometrie ist ein langes, schmales Dreieck, und das begrenzende Element ist das Auge. Das menschliche Auge löst etwa eine Bogenminute auf, ungefähr 0,0003 Radiant – das ist die kleinste Winkelabweichung zwischen den beiden Bildern, die beurteilt werden kann. Dieser feste Winkelfehler, durch die Optik zurückprojiziert, wird zu einem Entfernungsfehler, den das Objektiv dann in eine Unschärfe in der Filmebene umwandelt. Je breiter die Basis und je stärker das Messfeld vergrößert wird, desto kleiner wird der Entfernungsfehler bei gleichem Winkelspiel.
Diese Triangulation ist unabhängig vom Aufnahmeobjektiv. Ein Messsucher fokussiert ein 21mm- und ein 90mm-Objektiv mit identischer mechanischer Präzision, weil das Messfeld nichts über das vorgesetzte Objektiv weiß. Der Haken: Die erforderliche Präzision unterscheidet sich zwischen diesen beiden Objektiven gewaltig – und auch das weiß der Messsucher nicht.
Die reine Basislänge unterschätzt die Genauigkeit, weil das Messfeld durch ein vergrößerndes Okular betrachtet wird. Die maßgebliche Kenngröße für die tatsächliche Leistung ist die effektive Basislänge (EBL): mechanische Basislänge multipliziert mit der Suchervergrößerung. Das Datenblatt der Leica M-A (Typ 127) nennt alle drei Werte direkt: eine mechanische Basis von 69,25mm, einen Sucher mit 0,72-facher Vergrößerung und eine EBL von 49,9mm.
Vergrößerung und Basis sind gegeneinander abwägbar – weshalb die EBL, nicht die rohe Basis, die entscheidende Zahl ist. Ein Vergleich von Gehäusen auf Basis derselben 69,25mm mechanischen Basis:
Der Voigtländer R3A beweist es in umgekehrter Richtung: ein 1,0-facher Sucher, aber nur 37mm mechanische Basis – die EBL beträgt damit trotz lebensgroßer Darstellung nur 37mm. Eine kurze Basis hinter einem starken Sucher verliert gegen eine lange Basis hinter einem mäßigen. Die M6 allein belegt es: Tauscht man den 0,72-fachen Sucher gegen den 0,85-fachen, steigt die EBL bei identischer Hardware von 49,9mm auf rund 59mm.
Die für präzise Fokussierung mindestens benötigte EBL lautet b' = (e x f²) / (k x z), wobei e die Sehschärfe in Radiant (~0,0003), f die Brennweite, k die Blendenzahl und z der Zerstreuungskreis (0,03mm) sind. Zwei Terme verrichten die Arbeit: Die benötigte EBL steigt mit dem Quadrat der Brennweite und sinkt mit der Blendenzahl. Lange, lichtstarke Objektive sind nach beiden Kriterien anspruchsvoll.
Konkret: Ein 50mm f/1.4 benötigt ungefähr (0,0003 x 50²) / (1,4 x 0,03) = rund 18mm EBL – weit innerhalb der 49,9mm eines 0,72-fachen M-Gehäuses. Ein 90mm f/2 benötigt (0,0003 x 90²) / (2 x 0,03) = rund 40mm, immer noch unter 49,9mm, aber mit wenig Spielraum, sobald man ein leicht ermüdetes Auge oder ein nicht perfekt justiertes Messfeld einrechnet. Bei 90mm f/1.4 springt der Bedarf auf über 57mm – jenseits dessen, was ein 0,72-facher Sucher liefert; dafür wäre die 63mm-EBL der M3 nötig.
Das ist der eigentliche Grund, warum das längste nativ rangefindergebundene M-Objektiv bei 135mm endet und nie schneller als f/2.8 statt f/2 ist. Das schnellste, das 135mm f/2.8 Elmarit-M, wurde sogar mit einem fest angebrachten 1,5-fachen Vergrößerer über dem Sucher ausgeliefert, um die effektive Basis genau für diese Blende ausreichend zu machen. Die Optik für ein lichtstarkes 135mm ist nicht das Hindernis; der Messsucher schon. Der f²-Term bedeutet, dass ein 135mm-Objektiv bei gleicher Blende mehr als das Siebenfache der EBL eines 50mm benötigt – und keine 35mm-Messsucherbasis ist lang genug, um ein schnelles Exemplar zuverlässig zu halten.
Stell dir ein Schulterporträt auf HP5 Plus belichtet auf EI 400 vor: 90mm f/2 weit offen, fokussiert auf das nähere Auge. Zwei verschiedene Dinge müssen gleichzeitig stimmen. Die Schärfentiefe vor dem Objektiv entscheidet, wie viel vom Gesicht akzeptabel scharf abgebildet wird – Wimpern gegenüber Augenbraue; das ist eine Eigenschaft der Optik und der Entfernung und identisch bei beiden Systemen. Ob das Auge aber überhaupt scharf abgebildet wird, hängt davon ab, ob der Fehler des Fokussiersystems innerhalb des +/-0,06mm-Budgets in der Filmebene bleibt. Beim Messsucher ist das das Winkelspiel des Messfelds, projiziert durch eine EBL von 49,9mm – nahe an der Grenze für 90mm f/2. Bei der SLR schaust du auf genau diese Ebene auf einer hellen f/2-Mattscheibe und bestätigst sie direkt. Gleiches Negativ, zwei verschiedene Wege zum Fehler.
Eine SLR umgeht die Triangulation vollständig, indem sie auf einer Mattscheibe fokussiert, deren mattierte Oberfläche an einem optisch dem Filmkanal gleichwertigen Strahlenweg liegt, dorthin gefaltet durch den Spiegelkasten. Diese Mattscheibe ist selten blankes Mattglas; sie kombiniert eine matte Oberfläche mit einer Fresnel-Feldlinse, die die Helligkeit über das Bildfeld gleichmäßig verteilt, damit die Ecken nicht abdunkeln. Weil du das tatsächlich projizierte Bild beurteilst, skaliert die Genauigkeit mit dem Objektiv: Ein lichtstarkes, längeres Objektiv wirft einen steileren Kegelstrahl und schnappt deutlicher ein und aus dem Fokus – genau das Regime, in dem dem Messsucher die Basis ausgeht.
Die Hilfsmittel haben einen konstruktiv bedingten Kompromiss. Ein Schnittbildindikator oder Mikroprismenring ist auf einen bestimmten Kegelwinkel ausgelegt; je steiler der Keil, desto stärker der Fokusruck, aber desto größer die Blende, bei der er abdunkelt. Der gängige Schnittbild-plus-Mikroprismen-Sucher – de-facto-Standard bei manuell fokussierenden 35mm-SLRs der 1980er, abgeleitet von der Nikon F von 1959 – ist auf einen Kegel von etwa f/4 ausgelegt. Bei f/5.6 muss das Auge exakt zentriert sein, sonst verdunkelt eine Schnittbildhälfte; bei etwa f/8 ist eine Hälfte ständig schwarz, und man ist auf den äußeren Mattglasring angewiesen. Konstrukteure können nicht beides haben: einen harten Fokusruck und eine Scheibe, die bei einem langsamen Objektiv auch abgeblendet funktioniert – sie müssen wählen.
Die andere systembedingte Schwäche des Messsuchers ist die im Titel dieses Artikels genannte. Weil der Sucher neben dem Objektiv sieht statt durch es, verschieben sich die Leuchtrahmen beim Fokussieren – der Versuch der Kamera, die Parallaxe zu korrigieren – und selbst korrigiert sind sie an der Naheinstellgrenze am ungenauesten, bei den meisten M-Gehäusen rund 0,7m. Der Sucher zeigt weder das echte Bildfeld noch die tatsächliche Schärfentiefe; man rahmt nach einer Annäherung. Die SLR, mit einem gemeinsamen optischen Weg, rahmt bei jeder Distanz exakt ein – auch im Makrobereich.
Unter beiden Systemen liegt dieselbe verborgene Variable: eine mechanische Referenz, die auf etwa 0,04mm gehalten wird. Beim Messsucher sind das Nocken, Gleitstift und die Höhenjustage des Messfelds; bei der SLR sind es der Spiegelanschlag, die Mattscheibenlagerung und der Flanken-Film-Abstand. Stimmt er nicht, verschiebt sich der Fokus unsichtbar – und das ist eine messbare Aussage, keine rhetorische. Bei einem 90mm f/2 Summicron verbraucht ein Justierfehler von rund 0,04mm praktisch das gesamte Schärfetiefenbudget; der Hexar RF, mit seinen großzügigen Flanschentoleranzen und dem kurzen 0,6-fachen Sucher, ist gut dokumentiert dafür, dass er über Unendlich driftet, sobald diese Einstellschraube auch nur minimal verstellt ist – genau der Fehler, den ein lichtstarkes 90mm am härtesten bestraft. Die Grenze des Messsuchers ist seine feste Basis; die der SLR ist ihre Abhängigkeit von einer hellen, präzise eingesetzten Mattscheibe. Beide existieren oder scheitern innerhalb desselben +/-0,04mm.
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