Belichtung, Film/Chip-Empfindlichkeit
Blendenwert
Lichtmenge und
Sensorgröße
Belichtungszeit
Belichtungsprogramme der Kameras
Um den Film/Chip korrekt zu belichten, wird die Helligkeit des Motivs gemessen, und dann eine geeignete Kombination aus Blendenwert und Belichtungszeit gewählt. Das erfolgt meist automatisch. Der Fotograf kann das an bessere Apparaten aber auch beeinflussen.
Es gibt Filmmaterial unterschiedlicher Empfindlichkeit. Standard ist ISO100. Doppelt so empfindlich ist ISO200. Die ISO400 und ISO800 sind logischerweise 4-mal und 8-mal so lichtempfindlich wie ISO100. Empfindlichere Filme werden mit größeren Blendenwerten und kürzeren Belichtungszeiten belichtet. Dadurch vergrößert sich die Tiefenschärfe, und die Verwacklungsgefahr sinkt. Empfindlichere Filme sind aber auch empfindlich teurer. Außerdem nimmt die Auflösung der Filme mit höherer Empfindlichkeit ab. Gerade in Sachen Auflösung (also der Körnigkeit des Bildes) haben die hochempfindlichen Filme aber aufgeholt. Man könnte heutzutage auch generell auf ISO400 fotografieren, und trotzdem von den Negativen 20cm x 30cm-Abzüge anfertigen lassen.
Digitalkameras lassen sich in ihrer Empfindlichkeit oft umstellen, wobei hier die gewohnte ISO-Einteilung verwendet wird. Dabei wird natürlich der Chip nicht ausgetauscht.Vielmehr wird der Chip bei gewählter höherer Empfindlichkeit unterbelichtet, und das schwache Bild dann verstärkt. Dabei verstärkt man auch das Chip-Rauschen, so dass die Bildqualität nachlässt.
Über-Unterbelichtung
Chemischer Film ist gutmütig. Man kann ihn in der Regel 1..3
Stufen
überbelichten, ohne dass das Ergebnis unbrauchbar wird.
Macher
Film liefert bei leichter Überbelichtung sogar bessere Bilder als
bei Normalbelichtung. Auch Unterbelichtung wird vom Film vertragen,
wenn
auch hier die Grenzen enger gesetzt sind.
Der Beleuchtungsbereich einen Chips ist viel enger. Über- oder
Unterbelichtung quittiert er mit überstrahlten weißen oder
'abgesoffenen'
schwarzen Bereichen, in denen keine Strukturen mehr zu erkennen sind.
Unterbelichtung
führt außerdem zu sichtbarem Bildrauschen.
(Super-CCD-SR-Sensoren, wie sie z.B. in einigen Fuji-Modellen
eingesetzt
werden, reagieren vergleichsweise gutmütig auf
Überbelichtung.)
einfache Belichtungsautomatik
Wir haben uns daran gewöhnt, dass die
Kameraelektronik die
Belichtungssteuerung (Blendenwert, Belichtungszeit)
für uns übernimmt. Leider begreift die Elektronik aber nicht
immer, was für ein interessantes Objekt da vor der Linse ist, und
was wir eigentlich abbilden wollen.
Bilder mit starken Helligkeitsunterschieden führen deshalb automatisch zu Fehlbelichtungen. Im nebenstehenden Bild habe ich versucht den Jakuzzi auf dem Balkon eines mexikanischen Hotels zu fotografieren. Dazu benutzte ich zunächst die dumme Automatik (Integralmessung). Die ist ernsthaft bemüht, dem Bild eine normale Durchschnittshelligkeit zu verpassen. Der strahlende mexikanische Himmel hat aber eine überdurchschnittlich hohe Helligkeit, während der Jakuzzi im dunklen Schatten liegt. Die Automatik produziert das nebenstehende Bild, und ist mit sich zufrieden. Die Helligkeit des Fotos stimmt im Durchschnitt. |
|
Im Gegensatz zur Automatik interessiere ich mich aber nicht
für
den Durchschnitt, sondern für den Jakuzzi. Um den rechten
Bildbereich
deutlich darzustellen, ist eine höhere Belichtung nötig. Nun
wird der schattige Balkonbereich deutlich sichtbar. Der Himmel wird
dadurch
zwar blass, aber das kann mir ja egal sein.
Ähnliche Fehlbelichtungen treten immer dann auf, wenn die Helligkeit des interessanten Bildausschnittes stark vom Durchschnitt des gesamten Bildes abweicht. |
Belichtungsmessfelder
Digitalkameras (mit Ausnahme digitaler SLRs) haben es einfach
- ihr Bildchip ist ein Helligkeitssensor,
der das gesamte Bild abdeckt. Analoge Kameras benötigen zur
Belichtungsmessung
zusätzliche Helligkeitssensoren. Moderne Kameras haben meist
mindestens
5 Sensoren. Einer liegt in der Bildmitte, die anderen 4 nahe den
Bildecken.
Die Messwerte aller Sensoren werden zusammengefasst, und
damit
ein Durchschnittsbelichtungswert für das gesamte Bild ermittelt. Oft ist es möglich, die Eckensensoren abzuschalten, und ausschließlich mit dem Bildmittensensor zu arbeiten. Dadurch wird automatisch das Objekt in der Bildmitte richtig belichtet. Ob die Bildränder über- oder unterbelichtet werde, ist der Kamera dann egal. So eine mittenbetonte Belichtung ist immer dann zu bevorzugen, wenn das abzulichtende Objekt von der Durchschnittshelligkeit des Bildes stark abweicht: ein dunkles Objekt auf hellem Hintergrund oder ein helles Objekt in einer dunklen Szene. |
Messmethoden hochwertiger Belichtungsautomatiken
Die Belichtungsautomatik hochwertiger Kameras lässt sich
oft zwischen folgenden drei Methoden umschalten:
(mittenbetonte) Integralmessung
Es wird mit hunderten (bei Analogkameras: dutzenden) über das
ganze Bild verteilen Sensoren das einfallende Licht gemessen. Es wird
so
belichtet, dass der Durchschnittswert eine mittlere Helligkeit hat. Oft
wird dabei die Bildmitte stärker berücksichtigt, als
äußere
Bildbereiche.
Ideal für Szenerien ohne extreme Helligkeitsunterschiede
(Landschaftsfotografie).
Spotmessung
Ein kleiner Bildbereich (meist die Bildmitte) wird ausgewählt,
und die Belichtung so eingestellt, dass dieser Bereich optimal
belichtet
wird. Was mit dem Rest des Bildes passiert ist der Kamera egal.
Gut für Szenerien mit extremen Helligkeitsunterschieden, bei denen
ein bestimmter Ausschnitt richtig belichtet werden soll (die
berühmte
graue Katze im Schnee) und auch für die Pressefotografie.
k = f / dEin großer Blendenwert entspricht dabei einer kleinen Linse und ein kleiner Wert einer großen Linse.
Blendenwert und Belichtungszeit steuern gemeinsam die Belichtung des Films/Chips. Dabei lassen sich verschiedene Blenden-Zeit-Kombinationen finden, die zum gleichen Belichtungsergebnis zu führen scheinen. So kann man die Belichtungszeit verlängern, wenn man einen höheren Blendenwert (kleinerer Durchmesser) wählt.
Der Durchmesser der Blende ist aber auch für die Tiefenschärfe
verantwortlich. Ein höherer Blendenwert führt zu einer
verbesserten
Tiefenschärfe. Dazu muss dann aber die Belichtungszeit
verlängert
werden. Das kann zu Bewegungsunschärfe
oder
zum Verwackeln führen.
Letztendlich bewirkt die Blende noch optische Beugungseffekte, die
das Bild bei hohen Blendenwerten (kleiner Blendendurchmesser)
unschärfer werden lassen. Jeder in die Optik fallende Lichtstrahl
wird durch das Objektiv etwas aufgeweitet, so dass die Optik
prinzipiell keine beliebig kleinen Punkte abbilden kann. Ein
fotografierter unendlich kleiner Punkt wird auf dem Chip/Film als
kleines Scheibchen mit mehreren Mikrometern Durchmesser abgebildet -
also etwas unscharf. Der Mindestdurchmesser eines Punktes auf dem
Chip/Film beträgt etwa D = 0,5um
x k. Bei Blende 8 werden auf dem Film/Chip also keinerlei
Strukturen unter 4 Mikrometer scharf abgebildet. Viele aktuelle
digitale Kompaktkameras haben Sensoren, deren Zellen weniger als 3 um
Kantenlänge haben. Wenn hier mit einem hohen Blendenwert
fotografiert wird, bleibt von der angeblich hohen Megapixelzahl der
Digitalkamera nicht mehr viel übrig.
Lichtmenge
und Sensorgröße
Ausgehend von der obigen Blendenwertformel, hat
ein Normalobjektiv
(f=50mm) mit einem Linsendurchmesser von d=18mm einen sehr guten
Blendenwert von k=2,8. Ein Fotohandy mit 5 mm Brennweite benötigt
für den gleichen Blendenwert einen Linsendurchmesser von nur 1,8
mm. Da die Linsenfläche des Normalobjektivs aber 100 mal
größer ist, kann sie auch 100 mal mehr Licht einfangen als
das Fotohandy. Wenn der Handy-Fotosensor nur 1/10 der Höhe und
Breite des Normalobjektiv-Sensors (-Films) hat, dann bilden beide
Kameras den gleichen Bildausschnitt ab, das Handy hat dafür aber
nur 1/100 des Lichtes zur Verfügung. Die Folge ist ein hohes
Bildrauschen.
Daraus erkennt man, das der Blendenwert einer Kamera allein noch nichts
über die Lichtempfindlichkeit einer Kamera aussagt. Eine
Empfindlichkeitsabschätzung ist nur möglich, wenn man auch
die Sensorgröße mit einbezieht. Ein größerer
Sensor muss zur Abbildung des gleichen Bildausschnittes in einem
größeren Abstand von der Linse positioniert werden. Das
erfordert eine größere Brennweite und damit auch einen
größeren Linsendurchmesser, wenn der Blendenwert gleich sein
soll. Dadurch steigt automatisch die Menge des einfallenden Lichts, das
dem Sensor zur Verfügung steht. Ein Sensor mit doppelter Diagonale
erhält die vierfache Lichtmenge.
Bei gleicher Sensorauflösung und gleichem Blendenwert hat
deshalb
der Lichtempfindlichkeit einer professionelle DSLR mit
Vollformatsensor. Um das auszugleichen, muss der kleinere Chip eine
geringere Pixelzahl (und dadurch größere Pixel) haben, oder
er darf nicht mit hohen ISO-Werten
betrieben werden.
Eine zu lange Belichtungszeit führt zum Verwackeln des
Bildes.
Niemand kann den Fotoapparat wirklich ruhig halten. Bei einem
Normalobjektiv
(50 mm) gilt 1/60 Sekunde als längstmögliche Belichtungszeit
beim freihändigen Fotografieren. Bei Weitwinkel- und
Teleobjektiven
sind die zulässigen Verschlusszeiten etwas anders. Die in der
Tabelle angegebenen Werte sind nur Richtwerte. Große, schwere
Kameras
mit langen Objektiven neigen durch ihre Masseträgheit weniger zum
Verwackeln als kleine leichte Geräte. Auch das Geschick und die
Konstitution
des Fotografen wirken sich aus.
Als Faustegel kann man sich merken: Das Verwacklungrisiko bei langen Brennweiten lässt sich mit Geld in den Griff bekommen. So gibt es (z.B. von Canon) Teleobjektive mit Bildstabilisator. Hier wird im Objektiv eine Linse durch Steuerspulen so bewegt, das sie das Wackeln ausgleicht. Das Ergebnis ist absolut begeisternd, besonders wenn man mit dem Teleobjektiv schnell bewegte Objekte fotografieren will. Leider hat diese Technik ihren Preis. Zum hohen Anschaffungspreis des Objektivs gesellt sich noch ein hoher Stromverbrauch, der die Fotobatterie schon nach wenigen Filmen in die Knie zwingt. |
Eine interessante Idee verfolgte Minolta bei der Entwicklung der
digitalen
Kamera 'Dimage A1'. Diese Kamera verfügte als erste Kamera
überhaupt über einen
Bildstabilisator,
bei dem keine Linse bewegt wird. Stattdessen verschiebt eine Mechanik
während
der Belichtung den Sensorchip fortwährend so, dass Verwackler
ausgeglichen werden. Je nach Brennweite kann man mit der Dimage-A1 bei
Belichtungszeiten von 1/10 Sekunde (problemlos) bis zu 1/4 Sekunde (mit
etwas Glück) aus der Hand fotografieren, ohne zu verwackeln.
Wenn sich diese Technik im Body einer digitalen SLR-Kamera
wiederfindet,
verwandelt sie quasi jedes Wechselobjektiv in eines mit
Bildstabilisator.
Bewegungsunschärfe
Die oben (Verwackeln) angegebenen Belichtungszeiten beziehen sich auf
das Fotografieren unbewegter Objekte aus dem Stillstand. Wenn sich
Objekt
oder Fotograf aber bewegen, kommt es aber auch schon bei diesen
Belichtungszeiten
zur sogenannten Bewegungsunschärfe.Das kann sehr störend
sein,
wenn man ein fahrendes Auto scharf abbilden will, oder wenn man aus dem
fahrenden Touristenbus heraus die Landschaft fotografieren will.
Andererseits bietet sich damit aber auch die gestalterische Möglichkeit, Bewegung auf einem unbeweglichen Foto darzustellen. Einem durch Bewegungsunschärfe verzerrtem Auto, das durch eine scharf abgebildete Landschaft fährt sieht man seine Geschwindigkeit auch auf dem statischen Foto geradezu an.
Belichtung
Wir wollen nicht vergessen, das die Belichtungszeit
natürlich
immer mit Blendenwert und Filmempfindlichkeit
zusammen
zu betrachten ist. Wenn bei schlechten Lichtverhältnissen auch
eine
völlig offene Blende nicht genug Licht auf den Film/Chip bringt,
um
in kurzer Zeit das Bild zu belichten, dann muss die
Belichtungszeit
zwangsläufig verlängert werden.
Um ein Verwackeln zu verhindern, kann man die Kamera dabei an eine Wand oder Säule seitlich anhalten. Ab etwa 1/10 Sekunde ist aber auch das nicht mehr stabil genug. Dann benötigt man ein Stativ. Ein kleines Reisestativ, das zusammengeschoben in jede Hosentasche passt, ist oft ausreichend. Damit entstand z.B. nebenstehende Nachtaufnahme. Kritisch ist das Drücken des Auslösers. Dabei kann die Kamera trotz Stativ verwackelt werden. Ich benutzte dann den (eigentlich für Selbstportraits gedachten) Timer, der die Kamera 10 Sekunden nach Betätigung des Knopfes auslöst. Bis dann wackelt nichts mehr. Einige Kameras besitzen genau für solche Situationen einen 2-Sekunden-Selbstauslöser. Bei Nachtaufnahmen (wenn die Belichtungszeit etliche Sekunden beträgt) kann man auch die Optik mit einem dicht vor die Linse gehaltenen schwarzem Stück Papier zuhalten, dann die Kamera auslösen, und erst kurz danach die Linse freigeben. Allerdings erlauben nicht alle Kameras lange Belichtungszeiten. Auch sehr kurze Belichtungszeiten sind nicht mit allen Kameras möglich. An die Mechanik herkömmlicher Kameras werden bei sehr kurzen Belichtungszeiten (Verschlusszeiten) hohe Anforderungen gestellt. Mittelklassekameras gehen deshalb nur bis 1/2000 Sekunde. Bessere Apparate erlauben auch 1/10000 Sekunde. |
Digitalkameras
haben
ihre
eigenen
Probleme
mit
langen
Belichtungszeiten - das Rauschen des
Bildsensors.
Auch in völliger Dunkelheit fangen nach einiger Zeit einzelne
Pixel
an 'umzukippen', sie tun so, als ob sie belichtet worden wären.
Bis
zu 10 Sekunden Belichtungszeit können gute Kameras diesen Effekt
unterdrücken,
danach werden einzelne Pixel mehr oder weniger hell. Das führt zu
einem Bildrauschen, das besonders in dunklen Nachtszenen deutlich
auffällt.
Belichtungszeiten über 20 Sekunden sind bei vielen Kameras
eigentlich nicht nutzbar. Das nebenstehende Bild ist ein 500x500 Pixel großer Ausschnitt aus einem Foto einer Dimage A1. Es wurde bei Dunkelheit und aufgesetztem Objektivdeckel 30 Sekunden lang belichtet (ISO-100, Raumtemperatur). Das Pixelrauschen ist hier nicht mehr akzeptierbar, obwohl die Rauschunterdrückung (dark frame subtraction) aktiviert war. Bei 20 Sekunden Belichtung sah das Ergebnis deutlich erträglicher aus. Bei 5 Sekunden Belichtung waren keine störenden Pixel feststellbar. (Ich möchte mal wissen, wie die das beim Hubble Teleskop gelöst haben, dort wird bis zu 10 Tage belichtet. Offensichtlich werden dort tausende Einzelbilder der selben Region geschossen und dann im Computer übereinandergelegt.) Ich habe dieses Test mit einer Dimage A2 wiederholt, die bei ISO100 weniger rauschte als die A1. Selbst nach 30 sekündiger Belichtung ist kaum Rauschen auszumachen. Bei ISO800 neigt sie stark zu "rotem" Rauschen, während die A1 vor allem "blau" rauschte: |
Programmautomatik P |
Die Universaleinstellung für unkritische Motive. Die Kamera arbeitet bei Belichtungszeiten um 1/250 Sekunde und den passenden Blenden. Bei extremen Beleuchtungssituationen kann natürlich auch die Belichtungszeit gefährlich lang werden. Die Kamera fordert den Fotografen dann meist auf, das Blitzlicht zu benutzen. |
Standardsituation |
Porträt | Porträts sollen die Person scharf abbilden. Der Hintergrund soll dagegen unscharf sein. Das erreicht man durch geringe Tiefenschärfe. Dafür wählt der Apparat einen kleinen Blendenwert. Zum Ausgleich wird die Belichtungszeit kurz gewählt. | Portraits |
Sport | Wenn man mal vom Schach absieht, sind Sportarten durch
schnelle Bewegung
gekennzeichnet. Mit dem Sportprogramm soll diese Bewegung eingefangen
werden.
Da gibt es zwei Denkansätze und zwei grundlegend unterschiedliche
Interpretationen. Ein Blick in das Handbuch ist hier also
unerlässlich,
um herauszufinden, ob die eigene Kamera zur Variante 1 oder zur
Variante
2 zählt:
Variante 1: Variante 2: Falls Bilderserien geschossen werden, dann wird zwischen den Bildern jedesmal der Autofokus zum Scharfstellen aktiviert. |
Abhängig vom Kameratyp, siehe Erläuterungen links. |
Makro | Im Prinzip unterscheidet sich das Fotografieren einer
einzelnen Blüte
nicht von der Portraitfotografie. Deshalb gilt auch hier: kleiner Blendenwert und kurze Belichtungszeit. |
Nahaufnahmen einzelner Objekte |
Landschaft | Landschaften sind groß und unbewegt. Mann benötigt also eine große Tiefenschärfe, hat aber kaum Bewegungsunschärfe zu befürchten. Die Kamera wählt konsequenterweise einen großen Blendenwert und eine lange Belichtungszeit. Wer mit Teleobjektiv arbeitet sollte dabei ein Auge auf die Belichtungszeit haben, um Verwackler zu vermeiden. | unbewegte Szene mit Weitwinkel- oder Normalobjektiv |
Nacht | In der Regel wird zunächst der Blitz ausgelöst, um Personen im Vordergrund aufzuhellen. Danach bleibt der Verschluss aber noch eine recht lange Zeit offen (bis zu 2 Sekunden), um den lichtschwachen Hintergrund abzubilden. Personen im Vordergrund sollten also nach dem Blitz noch ein wenig unbeweglich verharren. Außerdem ist die Verwendung eines Stativs empfehlenswert. | Nachtszenen |
Zeitautomatik A |
Der Fotograf stellt einen Blendenwert fest ein. Die Kamera passt die Belichtungszeit entsprechend den Lichtverhältnissen an. | .. |
Blendenautomatik S |
Der Fotograf stellt einen Belichtungszeit fest ein. Die Kamera passt den Blendenwert entsprechend den Lichtverhältnissen an. | .. |
manuell M |
Der Fotograf wählt sowohl Blendenwert wie auch Belichtungszeit manuell. Die Kamera zeigt parallel dazu an, ob das Motiv ihrer Meinung nach dabei über- oder unterbelichtet wird. | .. |