Fotographie

Geschichte

Eigenschaften Linsen und Objektive

Fehler im Objektiv

Sensortechnik

Bayer-Technik

Sensorgröße

Größe und Format

Bild-Stabilisation

Übungsklausur

Aufgabe 1: Das Abbildungsprinzip der Digitalkamera entspricht dem Modell der Camera Obscura, bei der die kleine Öffnung durch ein Objektiv ersetzt ist. Welche wesentliche Komponente enthält ein Objektiv und welche Gründe sprechen für deren Einsatz? Warum kann nicht einfach der Durchmesser der Öffnung vergrößert werden? (8 Pkt)

Antwort: Ein Objektiv enthält eine oder mehrere Linsen. Für den Einsatz sprechen, dass Linsen das Bild heller und schärfer machen. Durch das Vergrößern des Loches fällt mehr Licht auf den Sensor, allerdings wird das Bild unschärfer. Dank der Linse kann die Schärfe nachjustiert werden, um so die Öffnung zu vergrößern, mehr Licht durchzulassen und somit eine bessere Bildqualität zu erreichen. Dazu kann eine Linse zum Einstellen des Bildausschnitts verwendet werden.

Aufgabe 2: Objektive weisen zu den Bildrändern hin einen Helligkeitsabfall auf. (4 Pkt)

  1. Wie wird diese Erscheinung bezeichnet?
  2. Was kann beim Fotografieren an einem gegebenen Objektiv verstellt werden, um den Helligkeitsabfall zu vermindern?
  3. Welche Korrekturmöglichkeiten bestehen noch?

Antwort:

  1. Veginette
  2. Abblenden (physische Blende verkleinern)
  3. Es kann nur der helle Bildausschnitt genommen werden; Es kann im Nachhinein eine digitale Korrektur vorgenommen werden (Helligkeit in Bildecken anheben)

Aufgabe 3: Sie möchten ein Lichtgemälde aufnehmen, aber die Umgebung ist zu hell, um in den Standardeinstellungen Ihrer Kamera 10 Sekunden belichten zu können. Was können Sie mit Kamera und Objektiv unternehmen, um möglichst lange Belichtungszeiten zu erreichen? (5 Pkt)

Antwort: Blende schließen, (bei digitalem Sensor) Lichtempfindlichkeit des Seonsors (ISO) verringern, Belichtungskorrektur verstellen, ND- oder Polarisationsfilter verwenden, Außenlicht verringern

Aufgabe 4: Sie haben folgende drei DSLR-Kameras des gleichen Herstellers zur Wahl: (6 Pkt)

Alle Kameras arbeiten mit dem Bildformat 3:2. Bei beiden APSC-Kameras beträgt der Crop-Factor 1,5. Unter guten Lichtbedingungen möchten Sie bestmöglich aufgelöste Aufnahmen von weiter entfernten Motiven machen. Es steht ein Teleobjektiv mit 400mm Brennweite zur Verfügung.

  1. Welche Kamera wählen Sie und warum?
  2. Der Akku der ausgewählten Kamera ist nach kurzer Zeit leer. Hat es Einfluss auf die Auflösung eines gegebenen Motivs, welche der beiden anderen Kameras Sie jetzt wählen? Begründen Sie Ihre Antwort, ggf. rechnerisch.

Antwort:

  1. APSC Kamera mit 24 MP Auflösung, weil diese die meisten Pixel pro Sensorfläche hat. Da es um gutaussehende Bilder bei normalem Licht geht, wird nicht unbedingt die große Pixelgröße des Vollformates benötigt. Gleichzeitig bietet der APSC Sensor mit 24 MP Auflösung die größte Pixelanzahl pro abgelichteter Fläche. Der Crop-Faktor verstärkt die Vergrößerung des Objektivs.
  2. Ja, weil der Vollformat-Sensor in einem APSC Ausschnitt nur 10,4 MP hat. Damit ist der APSC Sensor auf 16 MP höher auflösend mit dem gleichen Ausschnitt.

Aufgabe 5: Das Objektiv einer Crop-Kamera liefert bei 73mm physischer Brennweite den gleichen Bildausschnitt wie ein 200mm-Teleobjektiv an einem Vollformatsensor. (6 Pkt)

  1. Berechnen Sie den Crop-Faktor der Kamera (eine Nachkommastelle!).
  2. Welche Größe besitzt der in dieser Kamera eingebaute Sensor?
  3. Das Objektiv ist mit einer Lichtstärke von 1:4 angegeben. Warum erreichen den Sensor der Crop-Kamera trotz gleicher Lichtstärke des Objektivs in der gleichen Aufnahmesituation weniger Photonen als bei einem 200mm F/4-Objektiv für das Vollformat?

Antwort:

  1. c = 200 / 73 = 2,74
  2. 1 Zoll
  3. Weil die Linse kleiner ist. F = Brennweite / Durchmesser -> gleiche F, unterschiedliche Brennweite => kleinerer Durchmesser

Aufgabe 6: Sie erhalten den Auftrag, das Board eines neu entwickelten Einplatinencomputers zu fotografieren und möchten das ganze Board scharf abbilden. Sie haben dafür ein 100mm F/2 Makro-Objektiv zur Verfügung. (4 Pkt)

  1. Nutzen Sie Offenblende oder blenden Sie stark ab? Begründen Sie Ihre Antwort.
  2. Warum kann eine Smartphone-Kamera ohne Blende einen vergleichbaren Effekt erzielen?

Antwort:

  1. Ich blende ab. Ein lichtstarkes Objektiv hat wenig Schärfentiefe (also viel Bokeh). Abblenden sorgt dafür, dass die Schärfentiefe zunimmt.
  2. Smartphone Kamers haben eine kleinere Lichtstärke, demnach viel Schärfentiefe, weil die Linsen kleiner sind.

Aufgabe 7: Sie fotografieren in sehr heller Umgebung eine sich schnell drehende weiße Windmühle. Auf den Fotos erscheinen die Windmühlenflügel scharf, aber unnatürlich ver- formt. Erläutern Sie das dafür verantwortliche Phänomen. Wie können Sie versuchen, es schon bei der Aufnahme zu vermeiden? (4 Pkt)

Antwort: Die Verformung liegt an dem Rolling-Shutter-Effekt. Dadurch, dass der Sensor zeilenweise ausgelesen wird, kann das Mühlenblatt sich schon weiter bewegt haben, wenn die nächste Zeile/Reihe ausgelesen wurde. Dadurch entsteht eine Verformung. Um diesem entgegen zu wirken, kann ein globaler Shutter oder eine weniger geöffnete Blende oder eine höhere Belichtungszeit (Unschärfeeffekt) helfen.

Aufgabe 8: RAW-Dateien gelten unter anderem deshalb als vorteilhaft, weil sie für die drei Farbkanäle R, G und B wesentlich feinere Helligkeitsabstufungen aufzeichnen als JPEG- Dateien. (4Pkt)

  1. Welche Vorteile bietet die feinere Abstufung für die Nachbearbeitung?
  2. Warum können nur RAW-Dateien zusammen mit der dazugehörigen Kamera ein ein- deutiger Nachweis der Urheberschaft sein?

Antwort:

  1. Durch Kompression der Abstufungen auf nur das, was benötigt wird, nimmt man sich Spielraum, um den Ausschnitt später noch anzupassen. Wenn mann statt RAW in JPEG speichert, hat man also mehr Freiheiten in der Nachbearbeitung.
  2. In der RAW-Dateien sind Pixel- und andere Bildfehler. Diese Fehler sind für jede Kamera einzigartig. Außerdem können Kamers ihre RAW-Dateien signieren.

Aufgabe 9: Eine verlustbehaftete JPEG-Kompression umfasst mehrere Schritte. Welches sind zwei Schritte der Kompression, die am meisten Informationsverlust bewirken? Welcher dieser Schritte wird durch verschiedene Qualitätsstufen der Kompression beeinflusst und was bewirken die Qualitätsstufen? (5Pkt)

Antwort: Das Reduzieren der Farbtiefe und das Zusammenfassen ähnlicher Farben zu einem Medium sind die beiden verlustbehaftesten Schritte der JPEG-Kompression. Letztere kann durch das Verändern der Qualitätsstufe beeinflusst werden. Dadurch werden weniger ähnliche Farbbereiche zusammengefasst und es entstehen weniger gleiche Farbflächen.

Aufgabe 10: Digitalkameras besitzen für die Verwendung höherer Empfindlichkeiten eine für JPEG-Bilder immer stärker wirksamere Rauschunterdrückung (7Pkt).

  1. Mit welchen „Einheiten“ kann die Kameraempfindlichkeit angegeben werden?
  2. Die Rauschunterdrückung beruht im Wesentlichen auf der statistischen Angleichung der Helligkeit und Farbe räumlich benachbarter Pixel. Welchen Nachteil hat dieses Vorgehen bezüglich vorhandener Bilddetails und warum?
  3. Nennen Sie drei Maßnahmen, die Sie bei statischen Motiven anstelle höherer Empfindlichkeit treffen könnten, um das Bildrauschen zu vermindern?

Antwort:

  1. ISO, DIN
  2. Durch das Durchschnittbilden von mehreren Pixeln werden zwar Pixelfehler (z.B. ein weißer Pixel in einem Haufen Schwarzer) ausgeglichen, aber auch kleine Motive, welche wenige weiße Pixel auf schwarzem Hintergrund sind verloren gehen oder unscharf werden. Kanten verlieren ebenfalls ihre Schärfe. Man verliert also Details.
  3. Belichtungszeit erhöhen, ISO verringern, Aufblenden, Mehrfachaufnahmen

Aufgabe 11: Wie funktioniert die In-Body Image Stabilisation (IBIS) für nicht verwackelte Aufnahmen mit hohen Brennweiten und längeren Belichtungszeiten? Welcher weitere Ansatz wird neben IBIS verfolgt und ggf. mit dieser kombiniert? (4Pkt)

Antwort: Der Sensor ist auf Federn oder elektromagnetischen Aufhängen montiert, welcher durch Bewegungssensoren Bewegungen entgegen wirken kann. Ein anderer Ansatz ist das Bewegen der Linse, sodass die optische Mitte gleich gerichtet auf das Motiv bleibt.

Aufgabe 12: Welchen Zweck erfüllen sichtbare und unsichtbare Wasserzeichen in digitalen Bildern? Welche Möglichkeiten bieten Metadaten für einen vergleichbaren Zweck? (2Pkt)

Antwort: Kopierschutz. Man kann ein Copyright Notice und weitere Infos über das Bild und zu meiner Person in die Metadaten notieren.