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ISO 5800

ISO 5800

Der ISO 5800-Standard definiert die Lichtempfindlichkeiten für analoges Filmmaterial. Die vor der ISO 5800 Norm geltenden ASA- und DIN-Normen sind in die ISO-Norm eingeflossen. Die ISO-Norm gibt also für jede Lichtempfindlichkeit zwei Werte, nämlich den linearen ASA-Wert und den logarithmischen DIN-Wert an. Für beide Skalierungen gilt: je höher die Zahl, umso lichtempfindlicher der Film. Für die lineare (ASA) Skalierung gilt, ein doppelter Wert entspricht der doppelten Empfindlichkeit; in der logarithmischen Skalierung entspricht eine Erhöhung um 3 einer Verdoppelung. Die gängigsten ISO 5800-Werte sind 25/15°, 50/18°, 100/21°, 200/24°, 400/27°, 800/30°, 1600/33°, und 3200/36°. Einfache Amateurkameras sind oft nur für Filme mit ISO 100/21° bis 400/27° ausgelegt. In der Fotografie bedeutet die Verdoppelung der Lichtempfindlichkeit des Filmmaterials, dass man bei gegebenen Lichtverhältnissen die Belichtungszeit halbieren kann, um Verwacklungen zu vermeiden oder das Objektiv um eine Blendenstufe weiter schließen kann, um eine größere Schärfentiefe zu erzielen. Eine weitere Eigenschaft des Filmmaterials, die eng mit seiner Empfindlichkeit verbunden ist, ist die Körnung. Je höher die Empfindlichkeit eines Filmmaterials, desto grober ist das Korn und desto geringer ist das Auflösungsvermögen der Fotoemulsion. Typische ISO 5800-Werte im Überblick:

Erläuterungen zu einzelnen Empfindlichkeiten

Die für Amateure empfehlenswerten Filme sind fett dargestellt. Fotoemulsion

Filmempfindlichkeit (ISO bzw. ASA)	Verwendungszweck
25	wurde als feinstkörniger Film bis 2004 hergestellt, wegen zu geringer Nachfrage wurde die Produktion eingestellt (KodaChrome 25)
50	wenig verbreiteter Film für sehr lichtreiche Situationen
64	Nur als Diafilm (KodaChrome 64) erhältlich, schärfer als 50er Filme anderer Hersteller wegen der speziellen 1-Schicht-Emulsion
100	bis vor wenigen Jahren Standardfilm, erfordert mittleres bis gutes Licht
200	Kompromiß zwischen dem schärferen 100er und dem empfindlicheren 400er Filmen, heute Standard
400	noch akzeptables Filmkorn bei Vergrößerungen bis Postkarte, darüber deutlich sichtbares Korn - kann bei schlechten Lichtverhältnissen eingesetzt werden
800	eigentlich schon ein professioneller Film, nicht jede preiswerte Kamera erkennt diesen Film korrekt. Wird der Film nicht erkannt, stellen die meisten Kameras auf ISO 100 - die Bilder werden unbrauchbar weil total überbelichtet
1600 bis 6400	Teure Spezialfilme, die teilweise nur mit manueller Belichtungskorrektur benutzt werden können. Sie werden z.B. bei Konzerten oder Theateraufführungen benutzt wo Blitzlicht verboten oder unangebracht ist. Durch extrem aufwendige Herstellung werden sehr dünne Schichten produziert, die Filmkörnung kann bei einigen Filmtypen gezielt gesteuert werden. Neben dem sehr hohen Preis empfiehlt sich die schwierige Handhabung der Filme nicht für Laien.

Siehe auch

- Bildrauschen - Auswirkungen der Empfindlichkeitseinstellung bei Digitalkameras
- Fotografie
- American Standards Association Kategorie:ISO-Standard Kategorie:Fotografie

Lichtempfindlichkeit

Unter Lichtempfindlichkeit versteht man in der Fotografie die Empfindlichkeit von fotografischen Speichermaterialien wie Fotopapier oder Film oder der lichtempfindlichen Sensoren einer Digitalkamera. Da man in eine Digitalkamera nicht unterschiedlich empfindliches Filmmaterial einlegen kann und auf einen Bildsensor mit einer konstanten Charakteristik angewiesen ist, steuert hier die eingestellte Lichtempfindlichkeit die Verstärkung der aufgenommenen Sensordaten. Weitere Informationen finden sich unter Filmempfindlichkeit. Siehe auch: Lichtstärke, Leuchtdichte, ISO 5800 Anderweitige Bedeutung des Begriffs: In der Medizin bezeichnet Lichtempfindlichkeit die übermäßige Sensibilität des Patienten für Licht, beispielsweise bei einer Migräneattacke. Kategorie:Fototechnik

American Standards Association

ASA ist die Kurzform für American Standards Association, der frühere Name des American National Standards Institute (ANSI). Die Bezeichnung ASA wird häufig in der analogen Fotografie verwendet um die Filmempfindlichkeit auszudrücken. Diese Norm ist 1987 in die ISO 5800-Norm eingeflossen. Siehe auch: International Organization for Standardization, DIN Kategorie:Normungsorganisation

DIN

DIN Deutsches Institut für Normung e. V. ist die nationale Normungsorganisation Deutschlands mit Sitz in Berlin. Die Kurzbezeichnung (nicht Abkürzung) lautet „DIN“; sie ist Jahrzehnte älter als die Bezeichnung „Deutsches Institut für Normung“ und wurde im Volk früher anders gedeutet. DIN bietet ein Forum für Handel, Industrie, Wissenschaft, Verbraucher und Behörden, um technische, klassifikatorische, Begriffs- und Verfahrens-Normen zu entwickeln. Normen in diesem Sinne sind eine Art von Standards. Sie dienen vor allem der Rationalisierung und der Qualitätssicherung. Die elektrotechnischen Themen werden von DIN und VDE gemeinsam durch die DKE bearbeitet. Das DIN vertritt die deutschen Interessen in den internationalen/europäischen Normengremien (ISO und CEN sowie die elektrotechnischen Organisationen IEC und CENELEC). Durch die Entstehungsweise der Normen soll sichergestellt werden, dass die Inhalte und Verfahrenstechniken den allgemein anerkannten Regeln der Technik entsprechen. Dem DIN angegliedert ist der Beuth-Verlag, der den Vertrieb der vom DIN herausgegebenen Normen, Normen anderer Normungsstellen und ausländischer Normen übernimmt. Die Nutzung dieser Dienste – auch das Herunterladen – ist kostenpflichtig. Das Gegenstück zur DIN-Norm in der DDR war die TGL, die aber historisch auf den DIN-Normen beruhte.

Geschichte

Gegründet wurde das DIN am 22. Dezember 1917 als Normenausschuss der deutschen Industrie (NADI). Die Bezeichnung „DIN“ stand für „Das ist Norm“ und wurde zeitweise als Abkürzung für "Deutsche Industrie-Norm" verwendet. Die erste Norm (DIN 1 Kegelstifte) erschien im Jahr 1918. Seit 1920 ist das DIN ein eingetragener Verein und schon 1922 wird die für den Verbraucher wohl bekannteste Norm, nämlich DIN 476 Papierformate (zum Beispiel DIN A4) veröffentlicht. 1926 wird das DIN von Normenausschuss der deutschen Industrie in Deutscher Normenausschuss (DNA) umbenannt. Nach dem Zweiten Weltkrieg genehmigt der Alliierte Kontrollrat 1946 dem DIN die Wiederaufnahme seiner Tätigkeit. Das DIN wird 1951 Mitglied in der International Organization for Standardization (ISO) als einzige für Deutschland zuständige Organisation. 1975 erhält das DIN den heutigen Namen anläßlich eines Vertrages mit der Bundesregierung, der die zweiseitigen Beziehungen bestätigt. Das DIN wird in diesem Vertag als zuständige Stelle für Normung anerkannt; dafür verpflichtet es sich, bei der Ausarbeitung von Normen das öffentliche Interesse, d.h. die betroffenen Fachkreise und Vertreter der Verbraucher, hinzuzuziehen. Das Amt für Standardisierung, Messwesen und Warenprüfung der DDR wird 1990 eingegliedert. In den letzten Jahren ist die Normungsarbeit zunehmend verwoben mit der Arbeit anderer europäischer Normungsinstitute. Immer mehr Gebiete werden durch gemeinsame europäische Regelungen erfasst. Dies stellt einen ersten Schritt für Normung in ganz Europa dar.

Beispiele für Normen

- DIN 476 Papierformat (seit 2002 teilweise ersetzt durch DIN EN ISO 216)
- DIN 1301 SI-Einheitensystem
- DIN 1451 Beschriftung für den Straßenverkehr
- DIN 5008 Schreib- und Gestaltungsregeln für die Textverarbeitung wie zum Beispiel das Datumsformat
- DIN 2342 Terminologie (siehe auch Terminus, Begriff)
- DIN 8580 Fertigungsverfahren
- DIN 66201 Prozessrechensysteme (siehe auch Technischer Prozess)
- DIN 66261 Nassi-Shneiderman-Diagramm, eine Entwurfsmethode für die strukturierte Programmierung
- DIN-Norm für die Empfindlichkeiten fotografischer Materialien
- DIN-Norm für Steckverbindungen

Verbindlichkeit, Kosten und Urheberrechtliches

DIN-Normen sind Empfehlungen und nicht aus sich heraus verbindlich. Wenige Normen wurden von Bundesländern bauaufsichtlich verbindlich gemacht. Rechtlich bindend sind die DIN-Normen auch, wenn das in einem Vertrag oder Gesetz so bestimmt wird. Allerdings ist zu beachten, dass auch sonst die anerkannten Regeln der Technik verpflichtend anzuwenden sind. Diese sind nicht identisch mit den DIN-Normen. Vielmehr gehen sie über die allgemeinen technischen Vorschriften, wozu auch die DIN-Normen gehören, hinaus. Für gültige DIN-Normen besteht nur die Vermutung, dass sie den allgemein anerkannten Regeln der Technik entsprechen. Dies ist aber widerlegbar, denn in den Normenausschüssen werden auch Interessen vertreten. Außerdem entsprechen Normen nicht immer dem aktuellen technischen Kenntnisstand. Aufgrund des in § 5 Abs. 3 UrhG über amtliche Werke ist es dazu gekommen, dass vom Staat für verbindlich erklärte Normen nicht gemeinfrei sind, sofern sie nicht als Volltext in eine amtliche Bekanntmachung aufgenommen werden, sondern nur zu erheblichen Gebühren erworben werden können. § 5 UrhG bestimmt: :(1) Gesetze, Verordnungen, amtliche Erlasse und Bekanntmachungen sowie Entscheidungen und amtlich verfaßte Leitsätze zu Entscheidungen genießen keinen urheberrechtlichen Schutz.
: (2) Das gleiche gilt für andere amtliche Werke, die im amtlichen Interesse zur allgemeinen Kenntnisnahme veröffentlicht worden sind, mit der Einschränkung, daß die Bestimmungen über Änderungsverbot und Quellenangabe in § 62 Abs. 1 bis 3 und § 63 Abs. 1 und 2 entsprechend anzuwenden sind.
:(3) Das Urheberrecht an privaten Normwerken wird durch die Absätze 1 und 2 nicht berührt, wenn Gesetze, Verordnungen, Erlasse oder amtliche Bekanntmachungen auf sie verweisen, ohne ihren Wortlaut wiederzugeben. In diesem Fall ist der Urheber verpflichtet, jedem Verleger zu angemessenen Bedingungen ein Recht zur Vervielfältigung und Verbreitung einzuräumen. Ist ein Dritter Inhaber des ausschließlichen Rechts zur Vervielfältigung und Verbreitung, so ist dieser zur Einräumung des Nutzungsrechts nach Satz 2 verpflichtet. Die Initiative gegen die Direktgeltung privater Normen im Bauwesen hat im Jahr 2003 vergeblich versucht, die Einfügung des 3. Absatzes in den § 5 UrhG (Amtliche Werke) zu verhindern. Kritisiert wird, dass vom Staat für verbindlich erklärte Normen nicht gemeinfrei seien, sofern sie nicht als Volltext in eine amtliche Bekanntmachung aufgenommen würden, sondern nur zu unverhältnismäßig hohen Gebühren erworben werden könnten.

Siehe auch

- Initiative gegen die Direktgeltung privater Normen im Bauwesen
- Liste von DIN-Normen
- Liste von Standards
- Normungsorganisationen
- Norm

Weblinks

- [http://www.din.de/ Deutsches Institut für Normung e.V. (DIN)]
- [http://www.beuth.de/ Beuth-Verlag]
- [http://delegibus.org/2005,9.pdf Die Konkretisierung rechtlicher Anforderungen durch technische Regeln] vom 10. September 2005 PDF
- [http://www.konrad-fischer-info.de/2mbu.htm Kritik an DIN-Normen im Baubereich] ja:DIN

Logarithmisch

Unter dem Logarithmus (griech.: logos = Verständnis, arithmos = Zahl) versteht man in der Mathematik das Ergebnis der Auflösung der Gleichung :

y = a^x

nach der Unbekannten x, geschrieben als :

x = \log_a(y)

. Der Logarithmus (zur Basis a) einer Zahl y ist also derjenige Exponent x, mit dem man die Basis a potenzieren muss, um die Zahl y zu erhalten. Die Logarithmusfunktion ist die Umkehrfunktion der Exponentialfunktion; sie kann zum Auffinden der Werte zur Auflösung obiger Gleichung herangezogen werden. Für jede vorgegebene Basis (oder Grundzahl)

a>0,\,a\neq 1

ergibt sich dabei eine andere Logarithmusfunktion

\log_a

. Den Funktionswert

\log_a(y)

nennt man den Logarithmus von y zur Basis a. Das Argument y heißt Logarithmand, gelegentlich auch Numerus. Im Sprachgebrauch wird häufig die Logarithmusfunktion selbst auch kurz als Logarithmus bezeichnet.

Charakterisierung des Logarithmus als Umkehrfunktion der Potenzierung

Die Funktionen a^x und log_a(x) sind Umkehrfunktionen voneinander, d. h. Logarithmieren macht Potenzieren rückgängig und umgekehrt: :

a^ = x \mbox  _a(a^x) = x

Charakterisierung des Logarithmus als Lösung einer Funktionalgleichung

Die Logarithmusfunktionen sind die nicht-trivialen stetigen Lösungen der Funktionalgleichung :

F(x y) = F(x) + F(y)

Die triviale Lösung obiger Funktionalgleichung wäre die Nullfunktion F(x) = 0.

Der Logarithmus als Größenmaßstab

Der Logarithmus zur Basis 10 (dekadischer Logarithmus) ist im Dezimalsystem ein Maß für die Größenordnung einer Zahl, denn die Ungleichung :

^k \leq x < ^

ist gleichwertig mit :

k \leq \log_(x) < k+1

. Gelten diese Ungleichungen für eine ganze Zahl

k

, so besitzt die reelle Zahl

x

in ihrer Dezimalbruchentwicklung gerade

k+1

Stellen vor dem Komma (für

k\geq 0

) bzw. beginnt bei der

|k|

-ten Stelle nach dem Komma (für

k<0

Logarithmengesetze

Logarithmen von Produkten

Für das Rechnen mit Logarithmen von Produkten steht eine hilfreiche Rechenregel zur Verfügung: :

\log _a (x\cdot y) = \log _a (x) + \log _a (y)

Oder allgemeiner: :

\log _a \left( x_1 \cdot x_2 \cdot\ldots\cdot x_n \right) =
\log _a \left(x_1 \right) +\log _a \left(x_2 \right) + \cdots + \log _a \left( x_n \right)

Für Potenzen mit reellem Exponent

r

gilt die Regel: :

\log _a \left( x^r \right) = r \cdot \log _a (x)

Diese Rechenregeln lassen sich von den Potenzgesetzen ableiten. (siehe weiter unten)

Logarithmen von Quotienten

Diese leiten sich direkt aus den Logarithmen von Produkten ab. Hier sei nur der einfache Fall angegeben: :

\log _a \bigg(\frac \bigg) = \log_a (x) - \log_a (y)

Logarithmen von Wurzeln

Da Wurzeln nichts anderes als Potenzen mit gebrochenem Exponenten sind, ergibt sich nach der oben angegebenen Potenzregel des Logarithmus folgende Rechenregel: :

\log_a \left( \sqrt[n] \right) = \log_a \left( x^\frac \right) = \frac

Der Logarithmus als Rechenhilfe

Im Normalfall tauchen beim Logarithmieren auch Nachkommastellen auf, die Mantisse genannt werden. So ist log₁₀(3) ≈ 0,47712. Multipliziert man eine Zahl mit der Basis, ändert sich zwar die Kennzahl, nicht aber die Mantisse, es ist also log₁₀(3
- 10) = log₁₀(30) ≈ 1,47712. Bevor elektronische Rechenmaschinen zur Verfügung standen, nutzte man dies aus, um Multiplikationen zu Additionen und Divisionen zu Subtraktionen zu vereinfachen. Als Hilfsmittel verwendete man hierzu oftmals Rechenstäbe (John Napier) oder Logarithmentafeln. Siehe dazu die ersten beiden Rechenregeln am Ende des Artikels.

Natürlicher Logarithmus und andere spezielle Logarithmen

Der Logarithmus zur Basis e (der Eulerschen Zahl) wird auch als natürlicher Logarithmus bezeichnet und mit „ln“ oder einfach „log“ (ohne Subskript) abgekürzt: : Wenn y = e^x dann ist x = log_e(y) = ln(y). Die Zahl e ist z.B. dadurch ausgezeichnet (und könnte auch so definiert werden), dass die Exponentialfunktion

e^x

sich bei Ableitung wieder selbst reproduziert, als Formel: :

\frac e^x  = e^x

Der Begriff natürlicher Logarithmus wurde gewählt, weil sowohl die Exponentialfunktion als auch der Logarithmus zur Basis e in vielen Zusammenhängen (Integralrechnung, Differentialrechnung, Komplexe Zahlen, Trigonometrie) auftreten. Zudem lässt sich der natürliche Logarithmus sehr einfach integrieren und differenzieren. Der natürliche Logarithmus f(x)=ln(x) ist die Stammfunktion der Potenzfunktion f'(x)=x^(-1) bzw. 1/x. Der Logarithmus zur Basis 10 wird oft mit „lg“ abgekürzt; er heißt dekadischer Logarithmus oder auch Briggscher Logarithmus, benannt nach dem Mathematiker Henry Briggs. Der Logarithmus zur Basis 2 – abgekürzt mit „lb“ oder „ld“ – heißt binärer, dualer oder dyadischer Logarithmus. Abkürzungen
- log_a: allgemeiner Logarithmus mit der beliebigen Basis a
- ln = log_e: Natürlicher Logarithmus zur Basis e (Logarithmus naturalis)
- lg = log₁₀: Logarithmus zur Basis 10 (dekadischer Logarithmus)
- lb = ld = log₂: Logarithmus zur Basis 2, binärer Logarithmus, dualer Logarithmus, Zweierlogarithmus

Berechnung des Logarithmus, Potenzreihe

Die Potenzreihenentwicklung :

\ln(1+x) = \sum_^\infty (-1)^ \frac 
= x-\frac + \frac -\frac \pm \cdots ,
\qquad -1 < x \le 1

des natürlichen Logarithmus um den Entwicklungspunkt 1 konvergiert nicht sonderlich schnell. Zur Berechnung verwendet man besser folgende Reihendarstellung, die auf der Potenzreihenentwicklung des Areatangens Hyperbolicus beruht: :

\ln(x) = 2 \cdot \sum_^ 
\frac \cdot \left( \frac\right)^
+ \; R_(x) , \qquad x > 0

mit der Restgliedabschätzung :

|R_(x)| \le \frac \left( \frac\right)^.

Die Reihe zeigt für x und 1/x ähnliches Konvergenzverhalten und konvergiert um so besser, je näher x bei 1 liegt. Um dies zu erreichen, verwendet man :

\ln(x) = m \ln (2) + \ln(2^ x).\quad

Durch Wahl einer geeigneten ganzen Zahl m kann man immer erreichen, dass gilt

1 / \sqrt \le 2^x \le \sqrt

und erhöht damit die Konvergenzgeschwindigkeit der Reihe, die man jetzt für

\left( 2^ \right) \cdot x

berechnet. Allerdings braucht man dann auch eine gute Näherung für ln 2. Für den natürlichen Logarithmus gilt zudem: :

\ln(x) = \lim_ n \, \left(\!\sqrt[n] -1 \right)

sowie :

\ln(x) = \lim_ \frac.

Für eine praktische Berechnung von ln x sind die beiden letzten Formeln jedoch nicht sonderlich geeignet.

Der Logarithmus von Null und den negativen Zahlen

In den reellen Zahlen ist der Logarithmus für Null und negative Zahlen nicht definiert. Begründungen:
- x = log_a(0) müsste dann 0 = a^x bedeuten. Was aber nicht der Fall ist, wenn a ungleich Null ist.
- (als Beispiel die negative Zahl -1) x = log_a(-1) müsste dann -1 = a^x bedeuten. Was aber nicht sein kann, wenn a größer Null ist. In der Funktionentheorie, in der Funktionen von komplexen Zahlen betrachtet werden, kann man den Logarithmus auch für negative Zahlen definieren (siehe Komplexer Logarithmus), allerdings gelten dann einige der Rechenregeln nicht mehr.

Kurvendiskussion des Logarithmus

- Definitionsmenge: s. oben (

D = ]0,\infty[

)
- Wertemenge: alle reellen Zahlen
- Nullstellen bzw. Schnittpunkte mit den Koordinatenachsen: bzw. (1|0)
- Gebräuchliche Limites / Verhalten im Unendlichen:
-

\lim_ \log_b(x) = -\infty

(wenn b > 1) bzw. (+)

\infty

(wenn b < 1)
-

\lim_ \log_b(x) = \infty

(wenn b > 1) bzw.

-\infty

(wenn b < 1)
- Erste Ableitung:

\log_b(x)' = \frac

- Extrempunkte: keine
- Wendepunkte: keine

Basisumrechnung

Man kann Logarithmen zu einer Basis a in Logarithmen zu einer anderen Basis b umrechen: :

\log_b(r) = \frac

oder in der suggestiven „Kürzungsform“: :

\log_a(b)\cdot \log_b(r) = \log_a(r).

Denn: :

a^ = (a^)^ = b^ = r = a^.

Tabellenwerke oder Taschenrechner stellen i. A. Logarithmen zur Basis 10 und natürliche Logarithmen zur Verfügung. Mit obiger Formel lassen sich daraus Logarithmen zu einer beliebigen Basis berechnen. Beispiel: :

\log_(8) = \frac \approx \frac \approx 090

Alternative mit Hilfe des ln: :

\log_(8) = \frac \approx 090

Ableitung und Integral des Logarithmus

Die natürliche Logarithmusfunktion ist die Umkehrfunktion der Exponentialfunktion. Daher erhält man die Ableitung des natürlichen Logarithmus einfach durch Anwendung der Umkehrregel (siehe Beispiel dort). Es ergibt sich :

\ln'(x) = \frac

Für allgemeine Logarithmen gilt: :

(\log_b)' = \frac

Das unbestimmte Integral des natürlichen Logarithmus erhält man mit partieller Integration: :

\int = \int = x\cdot\ln-\int = x\ln-x

Ist bei einem bestimmten Integral des natürlichen Logarithmus eine der Grenzen Null, so kann die Regel von L'Hospital angewendet werden (Beispiel): :

\int_0^1 = [x\ln-x]_^ = -1

, da :

\lim_ x\ln = \lim_ \frac = \lim_ \frac = \lim_ (-x) = 0.

Komplexer Logarithmus

Regel von L'Hospital Regel von L'Hospital Regel von L'Hospital Analog zur reellen Definition heißt jede komplexe Zahl

w

, die die Gleichung :

e^ = z

erfüllt, ein natürlicher Logarithmus von

z

. Dies ist im Unterschied zum reellen Logarithmus jedoch nicht eindeutig, da gilt: :

e^ = 1, \  k \in \mathbb

Hat man also einen Logarithmus

w_

von

z

gefunden, so ist auch :

w = w_ + 2k\pi i

ein Logarithmus von

z

, da gilt: :

e^ = e^ = e^ \cdot e^ = e^ \cdot 1 = e^ = z

Um Eindeutigkeit erreichen, schränkt man

w

auf einen Streifen in der komplexen Zahlenebene ein. Man kann z.B. den Streifen :

\left\

verwenden. Ein

w

aus diesem Streifen heißt Hauptwert des Logarithmus und man schreibt

w = \ln

. Stellt man

z

in Polarkoordinaten dar, so erhält man eine einfache Darstellung des k-ten Zweigs der Logarithmusfunktion: :

w = \ln + i\left(\arg + 2k\pi\right), \ k \in \mathbb

Für

k = 0

hat man dann den Hauptzweig des Logarithmus: :

\ln = \ln + i\arg

ln(z) ist nicht stetig auf

\mathbb \setminus \

. Entfernt man jedoch die negative reelle Achse, so ist ln(z) auf dem Gebiet :

\mathbb \setminus \

stetig und sogar holomorph. Mit dem Hauptzweig des komplexen Logarithmus kann man den Logarithmus von negativen, reellen Zahlen bestimmen: :

\ln = \ln + i\arg = \ln + i\pi, \ x \in \mathbb^

Man muss jedoch beachten, dass im komplexen die Rechenregeln für Logarithmen nicht immer gelten:
-

\ln + \ln \neq \ln

::Beispiel:

\ln + \ln = 2\pi i \neq 0 = \ln = \ln

y \cdot \ln \neq \ln

::Beispiel:

2\pi i \cdot \ln = 2\pi i \neq 0 = \ln = \ln

Anwendungen des Logarithmus

holomorph Anwendungen des Logarithmus finden sich vielfach in der Wissenschaft, wenn der Wertebereich viele Größenordnungen umfasst. Daten werden entweder direkt mit einer logarithmischen Skala dargestellt, oder die Einheiten selbst, wie
- Berechnung der Anzahl der Stellen, die zur Darstellung einer Zahl benötigt werden. Als Basis des Logarithmus dient die Basis des Zahlensystems (z.B. 10, 2, 8 oder 16), dem die Zahl, deren Länge berechnet werden soll, zugeordnet ist. (Siehe auch „bit“ im nächsten Punkt.)
- bit = Informationseinheit = Messung der Informationsmenge; die Informationstheorie sagt das wan etwas die Wahrscheinlichkeit von Auftreten p hat, das Wissen über das tatsäglichen Auftreten davon eine Informationsmenge

\log_2

gibt
- pH-Wert (Säurewert von chemischen Lösungen) (Anmerkung: In der Chemie kann man logarithmische Skalen i. A. am vorangestellten p erkennen, z. B. beim pKs- oder pKb-Wert)
- dB (Dezibel) z. B. Messung von Lautstärke, elektronischer Dämpfung
- In der belebten Natur finden sich zahlreiche Beispiele logarithmischer Spiralen, so z. B das Wachstum von Schneckenhäusern oder die Anordnung der Kerne auf der Sonnenblume.
- Die Empfindlichkeit von Sinnesorganen folgt dem logarithmischen Weber-Fechner-Gesetz der Psychophysik, wonach eine Vervielfachung der Reizstärke nur eine lineare Zunahme des wahrgenommenen Reizes bewirkt.
- Sternhelligkeiten werden in astronomischen Größenklassen angegeben, die ein logarithmisches Maß der tatsächlichen Strahlungsstärke darstellt.
- Logarithmische Zeitskalen finden sich in der Geschichte der Technologie ebenso wie in der geologischen Zeitskala.
- Zur graphischen Darstellung von bestimmten mathematischen Funktionen werden spezielle mathematische Papiere verwendet, wie z. B. einfachlogarithmisches Papier oder doppeltlogarithmisches Papier. Ferner erlaubt der Logarithmus die Lösung von Aufgabenstellungen, die bei Wachstums- oder Zerfallsprozessen typischerweise auftreten, da diese durch seine Umkehrfunktion, die Exponentialfunktion, modelliert werden.

Literatur

Walter, Wolfgang: Analysis I, Grundwissen Mathematik Band 3, Springer-Verlag (1985), ISBN 3-540-12780-1 und ISBN 0-387-12780-1

Weblinks

: [http://www.fh-kaernten.ac.at/%7Epester/scripts/Logarithmus1.htm Logarithmusrechner mit Quelltext] : [http://www.madeasy.de/2/log.htm Logarithmen] Kategorie:Analytische Funktion ja:対数

Belichtungszeit

Die Belichtungszeit (englisch exposure time) ist derjenige Zeitraum, in welchem der Bildaufnehmer (herkömmliche Kameras: Film, Digitalkameras: CMOS- oder CCD-Sensor) dem Licht ausgesetzt wird. Eine falsche Belichtungszeit führt zu unterbelichteten (zu kurze Belichtungszeit) oder überbelichteten (zu lange Belichtungszeit) Bildern. Mit dem richtigen Verhältnis aus Belichtungszeit und Blendenöffnung erhält man die benötigte Lichtmenge für eine korrekte Belichtung des Filmmaterials. Die Belichtungszeit wird als zu steuernde Verschlusszeit an der Kamera eingestellt oder auf andere geeignete Weise gebildet, wenn die benötigte Belichtungszeit außerhalb des von der Kamera gesteuerten Verschlusszeitenbereichs liegt. Die Belichtungszeit kann je nach eingesetzter Technik von Bruchteilen einer Sekunde bis hin zu Stunden reichen. Bei extrem kurzen Zeiten (unter ca. 1/5000s) wird von Kurzzeitfotografie gesprochen, bei Zeiten über ca. 5s von Langzeitbelichtung. Bei Langzeitaufnahmen auf Film ist der Schwarzschildeffekt zu beachten. Die notwendige Belichtungszeit wird mit zunehmendem Lichteinfall (Helligkeit) sowie zunehmender Lichtempfindlichkeit des Bildaufnehmers (ISO-Zahl - je höher, umso lichtempfindlicher) kürzer. Ermittelt wird die richtige Belichtungszeit mit einem Belichtungsmesser. Neben der Blende ist die Belichtungszeit das wichtigste Mittel zur Gestaltung fotografischer Werke (Bewegungsunschärfe). Siehe auch: Kurzzeitfotografie - Langzeitbelichtung Kategorie:Fototechnik

Bewegungsunschärfe

Als Bewegungsunschärfe (engl. Motion Blur) bezeichnet man in der Fotografie eine zonal begrenzte Unschärfe in Bildern bewegter Objekte. Die Bewegungsunschärfe kann vom Fotografen bewusst als fotografischer Effekt eingesetzt oder auch ungewollt, also als Bildfehler auftreten. Je nach Kameraführung kann dabei das bewegte Objekt oder der Hintergrund unscharf dargestellt sein.

Technischer Hintergrund

Hintergrund Bewegungsunschärfe entsteht durch eine merkliche Bewegung der fotografierten Objekte während der Belichtung. Den Haupteinfluss auf die Bewegungsunschärfe haben dabei die relative Geschwindigkeit des bewegten Objektes im Zusammenspiel mit der Belichtungszeit; durch eine kürzere Verschlusszeit kann Bewegungsunschärfe reduziert oder ggf. auch ganz vermieden werden. Hintergrundunschärfe entsteht durch das zusätzliche Nachführen der Kamera mit einem bewegten Objekt. Hintergrundunschärfe und Bewegungsunschärfe sind nicht zu verwechseln mit dem Verwackeln.

Synthetische Bewegungsunschärfe

In den meisten modernen Grafikbearbeitungsprogrammen lassen sich synthetische Bewegungsunschärfe-Effekte durch Filter hervorrufen; auch in Macromedia Flash kann Bewegungsunschärfe durch ActionScript erzeugt werden. In einem gewissen Grad kann Bewegungsunschärfe zum Zwecke der Bildrestauration auch durch spezielle Filteralgorithmen reduziert oder beseitigt werden; siehe dazu Newton-Raphson-Algorithmus und Wiener-Filter.

Siehe auch

- Bildstabilisierung
- Anti-Shake
- Mitziehen

Weblinks

- [http://www.gimps.de/gimp/bilder-fotos/bewegungsunschaerfe/index.htm Bewegungsunschärfe mit Gimp nachempfinden (Gimps.de)]
- http://www.derknork.de/begriffe/bewegungsunschaerfe.html - Die Bewegungsunschärfe
- http://lmb.informatik.uni-freiburg.de/lectures/digitale-bv/DBV-II-Kap1+2.pdf - Digitale Bildverarbeitung von H. Burkhardt (PDF-Datei) Kategorie:Fotopraxis Kategorie:Fotografie

Objektiv (Fotografie)

] Ein Objektiv ist ein sammelndes optisches System, das eine reelle optische Abbildung eines Objektes erzeugt. Sowohl Linsen als auch spiegelnde Flächen können Bestandteile eines Objektivs sein. Genau wie das Objekt ist das erzeugte Bild dreidimensional. Objekte, die sehr weit entfernt sind, also scheinbar im Unendlichen liegen, (z.B. Sterne und andere Objekte am Himmel) werden in einer Ebene, der Bildebene abgebildet. Die Größe des Bildes hängt von der Brennweite der Linse ab. Je größer diese, desto größer ist auch das Bild. Um die Kamera für Linsen verschiedener Brennweite benutzen zu können, war sie mit einem Auszug (Balgen) versehen, der es gestattete, sie zu verlängern bzw. zu verkürzen; das Balgenprinzip wird auch heute noch in der Großbild- und Makrofotografie genutzt.

Systematik

Man unterscheidet Objektive primär aufgrund ihrer Brennweite; dabei wird unterschieden zwischen
- Superteleobjektiv
- Teleobjektiv
- Normalobjektiv
- Weitwinkelobjektiv
- Superweitwinkelobjektiv und
- Fischaugenobjektiv. Die oben genannten Kategorien gelten für Festbrennweiten-Objektive; sehr populär sind in der Amateurfotografie heutzutage mittlerweile Zoomobjektive, die die Veränderung der Brennweite erlauben und je nach Brennweiten-Bereichen auch mehrere der genannten Kategorien abdecken können. Zoomobjektive werden auch nach ihrem relativen Brennweitenbereich kategorisiert und sind umso schwerer und aufwendiger, je lichtstärker sie sind und ein je größeres Verhältnis zwischen längster und kürzester Brennweite sie abdecken. Weiteres wichtiges Unterscheidungsmerkmal ist die Anfangsöffnung, oder anders ausgedrückt: wie lichtstark ein Objektiv ist. Außerdem können Objektive nach verschiedenen konstruktiven Merkmalen unterschieden werden, z.B.
- Spiegelteleobjektiv
- Tilt- und Shift-Objektiv
- Autofokus-Objektiv
- Infrarotobjektiv usw.

Grundkonstruktionen

- Meniskus (Monokel) als Hinter- oder Frontlinse
- Periskop (Symmetrisches Doppelobjektiv)
- Achromat,

Verwendung

Ein Projektor benutzt ein Objektiv, um ein stehendes oder bewegtes Bild vergrößert auf eine Wand zu projizieren. In einem Mikroskop oder einem Teleskop betrachtet man das durch das Objektiv erzeugte Bild sehr kleiner oder weit entfernter Objekte durch ein Okular, ein weiteres Linsensystem. Beim Mikroskop liegt dabei die Bildebene näher beim Objektiv, und das Objektiv hat verglichen mit dem Okular eine kurze Brennweite. Beim Teleskop liegt die Bildebene näher am Okular, und das Objektiv hat die größere Brennweite. In der Fotografie oder Videotechnik ist das Objektiv Teil eines Fotoapparates beziehungsweise einer Videokamera. Es erzeugt ein reelles Bild in der Bildebene, wo sich der lichtempfindliche Film oder ein elektronischer Sensor befindet. Man unterscheidet anhand der Brennweite zwischen Weitwinkelobjektiven, Normalobjektiven und Teleobjektiven. Lässt sich die Brennweite des Objektivs ändern, spricht man von einem Zoomobjektiv, sonst von einer Festbrennweite. Spezialobjektive sind das Fischauge (Fisheye) und TS-Objektive.

Geschichte und Entwicklung

Zu dem Fortschritt der Fotografie in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts haben die zahlreichen Vervollkommnungen der Objektive beigetragen. Früher benutzte man einfache achromatische Linsen, welche zur Erzielung scharfer Bilder stark "abgeblendet" werden mussten. Infolgedessen gaben sie sehr lichtschwache Bilder, die eine lange Expositionszeit nötig machten. Ein großer Fortschritt war die Erfindung des Porträtobjektivs von Josef Petzval, einem lichtstarken Objektiv, das aus zwei Doppellinsensystemen besteht, bedeutend hellere Bilder lieferte als vorherige und damit die Aufnahme von Porträten in kurzer Expositionszeit ermöglichte. Zur Aufnahme von Landschaften, Architekturen etc. ist weniger Lichtstärke, aber ein großer Gesichtswinkel notwendig. Die gewöhnlichen Landschaftsobjekte umfassen nur einen Winkel von 30° bis 45°, der meist zu klein ist. Man benutzte dazu früher ausschließlich einfache Linsen, später aber die Tripletobjektive, etwa ab den 1860er Jahren dann die von Steinheil eingeführten Aplanate. Das Tripletobjektive ist ein Objektiv, das insgesamt drei Linsen besitzt. Zu diesem System gehören auch die Euriskope, das Rapid Rectilinear u.a. Diese geben bei einem Gesichtsfeld von ca. 60° eine hinreichende Lichtstärke, um in heiterem Sommerwetter selbst Momentaufnahmen zu gestatten. Ist ein noch größeres Gesichtsfeld als 60° nötig, so nimmt man Weitwinkellinsen, wie Buschs Pantoskop, Dallmeyers Wide angle lens, Steinheils Weitwinkelaplanat, Voigtländers Weitwinkeleuriskop, die ein Gesichtsfeld von 75 bis 100° besitzen. Im Jahre 1860 konstruierte Thomas Sutton eine symmetrische Tripletlinse; das Objektiv bestand dabei aus zwei Konvexlinsen, deren vordere um etwa ein Drittel kleiner war als die Hinterlinse, sowie einer weiteren Einzellinse als konkaver Meniskus. Steinheils Periskopobjektiv von 1865 ist ein verzeichnungsarmes Objektiv mit großem Bildwinkel, das erste Weitwinkelobjektiv im heutigen Verständnis. Ludwig Seidel untersuchte in München die Abbildungsfehler der Linsen und veröffentlichte 1866 ein Formelsystem, das die Objektivkonstruktion erleichterte. Hugo Adolf Steinheil konstruierte 1881 das erste Universalobjektiv. Abbe und Otto Schott begannen ab 1880 mit der Berechnung neuer Glassorten; sie gründeten 1882 zusammen mit Zeiss eine Glasschmelzerei in Jena. Mit Hilfe der neuen Gläser gelang es nach 1886 dem Mitarbeiter Paul Rudolph, ein Doppelobjektiv zu konstruieren, bei dem der Fehler des Astigmatismus erstmals korrigiert war. Der Astigmatismus kann auch durch Verwendung asphärischer Linsen korrigiert werden, die aber in der Herstellung viel komplizierter sind als sphärische Linsen.

Literatur

- H. E. Fincke: Das Objektiv deiner Kamera (2. neubearb. Aufl.). Halle: Fotokino-Verlag 1963
- Johannes Flügge: Das photographische Objektiv (Die wissenschaftliche und angewandte Photographie, hrsg. v. Kurt Michel, Band 1). Wien: Springer-Verlag 1955

Weblinks

- [http://www.fotografieren-leichtgemacht.de/tipp_3-4.html Fotografieren leicht gemacht] Seite auf der das Kameraobjektiv in einfachen Worten erklärt wird
- [http://www.photography-starters.com/tipp_3-4.html Photography Starters] Erklärung des Kameraobjektives auf Englisch
- [http://www.analog-photography.com/ranking/ranking.htm Analog Photography] Objektiv Ranking für manuelle Objektive

Objektivhersteller

- Emil Busch, Rathenow
- Canon
- Optische Anstalt Goerz
- [http://www.leica-camera.com Leica]
- Minolta
- [http://www.nikon.de Nikon]
- Rodenstock
- Jos. Schneider Optische Werke GmbH
- Sigma
- C. A. Steinheil
- [http://www.tamron.de Tamron]
- Tokina
- Zeiss Kategorie:Optisches Instrument Kategorie:Fototechnik ja:写真レンズ

Fotografische Blende

Die Blende (engl. Aperture = Öffnung, vom lateinischen "aperire", öffnen) ist eine (normalerweise mechanische) Vorrichtung an Fotoapparaten, mit deren Hilfe der Lichteinfall durch das optische System (Objektiv) geregelt werden kann. Sie ist meist als Lamellen- oder Irisblende ausgeführt, bei der sich lamellenförmig angeordnete Bleche so ineinander verschieben, dass der Lichtdurchlass enger oder weiter wird und so das einfallende Lichtbündel kleiner oder größer wird. Die Blende steuert die Stärke der Beleuchtung des Films oder Fotopapiers. Sie regelt in Verbindung mit der Belichtungszeit die Belichtung des Films. Neben der Belichtungszeit und dem Sucher ist die Blende ein wichtiges technisches Mittel zur fotografischen Bildgestaltung, da sie die Schärfentiefe beeinflusst. In manchen einäugigen Spiegelreflexkameras kann der Fotograf diese beurteilen, indem er mittels der Abblendtaste die Arbeitsblende der Kamera aktiviert. Die Blende wird als dimensionslose Blendenzahl angegeben, die aus dem Verhältnis von Brennweite zu Öffnungsweite der Optik (Objektiv) errechnet wird. Die Lichtstärke des Objektivs entspricht der kleinsten Blendenzahl, also der größten relativen Öffnung. Diese wird oft als Bruchteil der Brennweite f, z. B. "f/2" angegeben. Größere Blendenzahlen bedeuten demzufolge stärkere Abblendung, also einen geringeren Lichteinfall. Die Blendenzahl wird bei mechanischen Kameras am Objektivring, bei modernen elektronischen Kameras auch über Steuerelemente am Kameragehäuse (Body) eingestellt. Als Blendenreihe bezeichnet man eine Reihe von Blendenwerten, die jeweils die doppelte Menge Licht einlassen. Die benachbarten Werte einer Blendenreihe stehen, da sie sich auf den Durchmesser der Öffnung beziehen, immer im Verhältnis 1 : 1,4 (Wurzel aus 2), so dass die offene Fläche sich im Quadrat dieser Werte ändert. So kann die Verstellung der Blende um einen Wert eine entsprechend entgegengesetzte Verstellung der Verschlusszeit um einen Wert kompensieren. Eine Belichtungsautomatik, bei der die Belichtungszeit manuell eingestellt wird und die Blende durch die Kamera gesteuert wird, bezeichnet man als Blendenautomatik. Alternativ wird bei der Zeitautomatik die Blende vorgewählt und die Belichtungszeit von der Kamera gesteuert. Werden sowohl Belichtungszeit als auch die Blende nach einem fest programmierten Schema von der Kamera gesteuert, spricht man von einer "Programmautomatik". Einige Kameras lassen es zu, die von der Programmautomatik vorgegebene Zeit/Blenden-Kombination durch manuelle Bedienelemente zu verändern. Bild:A4_blendenwirkung.jpg Durch die kleinere Blendenöffnung wird nicht nur die wirksame Lichtmenge verringert, auch die Unschärfenkreise werden durch den spitzeren Lichtkegel kleiner. Folglich vergrößert sich der Bereich, der noch als scharf wahrgenommen wird, bis der zulässige Grenzwert (Zerstreuungskreisdurchmesser, hier 0,1 mm) erreicht wird. Der Bereich der scharfen Abbildung (Schärfentiefe) nimmt beim Schließen der Blende also zu.

Siehe auch

- Portal:Fotografie
- Blende (Optik)
- Blende (Begriffsklärung) Kategorie:Fototechnik Kategorie:Fotopraxis

Schärfentiefe

Der als Schärfentiefe (auch als Abbildungstiefe, umgangssprachlich oft auch als Tiefenschärfe) bezeichnete Schärfebereich ist die Ausdehnung des scharf abgebildeten Bereichs entlang der optischen Achse eines optischen Systems. ob Tiefenschärfe umgangssprachlich ist oder nicht, ist wohl egal. Jedenfalls ist es nicht falsch. Arbeitet lieber am Artikel als so einen Zores zu veranstalten. Als scharf empfindet ein Betrachter ein Bild dann, wenn es seinen normalen Sehgewohnheiten entspricht. Linien und Kanten des Bildinhaltes haben klare Grenzen. In der Fotografie wird der Entfernungsbereich vor der Kamera, der in einem Foto scharf erscheint, in der Schärfentiefe betrachtet. Andere Definition: Die Schärfentiefe ist jener Bereich, der einem normalsichtigem Auge, vor und hinter der Scharfstellebene noch scharf erscheint.

Geometrische Schärfentiefe

Kamera In der geometrischen Optik kann streng genommen ein völlig scharfes Bild auf der Bildebene nur von einer einzigen Gegenstandsebene erzielt werden. Nur von dieser einzigen Gegenstandsebene werden sämtliche Punkte als Bildpunkte (ein Punkt hat genau genommen keine Ausdehnung) wiedergegeben. Alle anderen Punkte, die sich in näher oder weiter liegenden Ebenen befinden, erscheinen nicht mehr als Punkte, sondern als Scheibchen, so genannte Zerstreuungskreise oder Unschärfekreise (Z). Sie entstehen, weil die vom Objektiv auf den Film fallenden Lichtkörper Kegel sind; gerät die Kegelspitze hinter den Film, weil nicht genau auf diesen Punkt fokussiert ist, wird die Spitze abgeschnitten, endet die Kegelspitze vor der Filmebene, werden die Oberflächenlinien des Kegels dorthin verlängert (analog Spiegelbild des Kegels) und es entsteht ebenso ein Zerstreungskreis auf dem Film (siehe Grafik). Eng nebeneinander liegende Punkte, die nicht in der Gegenstandsebene liegen, werden durch eng nebeneinander liegende Zerstreuungskreise abgebildet, die sich überdecken und in den Randbereichen vermischen, wodurch ein unscharfes Bild entsteht. Die Größe des maximalen Zerstreuungskreises Z ist abhängig vom Aufnahmeformat; teilweise ist sie genormt. Die folgende Tabelle veranschaulicht die maximale Größe der Zerstreuungskreise je nach Aufnahmeformat des jeweiligen Fotoapparats: Zu den Sensorgrößen siehe [http://sprec000.xardas.lima-city.de/Digicam7.html Auflösungen von Filmen]. Eine Liste der Zerstreuungskreise von Digitalkameras verschiedenster Hersteller findet sich unter [http://www.dofmaster.com/digital_coc.html DOF - Circles of Confusion for Digital Kameras] (englisch). Solange die Unschärfekreise nicht größer als Z werden, wird die Abbildung als scharf erachtet. Dabei entsteht der Eindruck, das Bild weise nicht nur eine Schärfenebene, sondern einen Schärfebereich auf.

Anwendung in der Fotografie

Der Schärfebereich kann durch mehrere Faktoren (siehe Abschnitt Schärfentiefe berechnen) beeinflusst werden:
- Durch Abblenden der Blende wird er ausgedehnt und durch Aufblenden eingeengt. Je kleiner die Blende ist, desto größer ist also der Schärfebereich.
- Eine weitere Einflussgröße auf die Schärfentiefe ist der Abbildungsmaßstab

m

. Der Abbildungsmaßstab hängt von der Brennweite des Objektivs

f

und der Gegenstandsweite

g

ab. :

m= =

:Je kleiner der Abbildungsmaßstab, desto größer ist die Schärfentiefe. Ein Weitwinkelobjektiv mit einer kürzeren Brennweite erzeugt eine größere Schärfentiefe als ein Teleobjektiv mit einer langen Brennweite.
- Die Schärfentiefe ändert sich praktisch nicht, wenn ein Motiv einmal mit kurzer Brennweite aus geringer Entfernung und einmal mit langer Brennweite aus größerer Entfernung derart abgebildet wird, dass es im Bild die gleiche Größe hat. Der vorgenannte Einfluss der Brennweite wird durch die andere Gegenstandsweite kompensiert. ([http://www.dofmaster.com/dof_imagesize.html Depth of Field When Image Size is Constant])
- Der zulässige Zerstreuungskreis der Kamera wirkt sich ebenfalls auf die Schärfentiefe aus. Zerstreuungskreis Kameras lassen sich manuell, teilautomatisch oder auch vollautomatisch einstellen.
- Beim manuellen Einstellen der Kamera ist es bis zu einem Abbildungsmaßstab von 1:1 (nicht im Makrobereich) üblich, den Schärfebereich über Blende und Abbildungsmaßstab zu bestimmen (mit Objektivtabellen, entsprechenden Schieberechnern). Dafür gibt es Formeln (siehe z.B. unten). Dies wird ausführlich in der [http://de.wikibooks.org/wiki/Photoschule_Großformat Photoschule Großformat] erläutert.
- Bei Kameras mit computergestützten Automatik-Funktionen wird der Maßstab in Brennweite und Abstand aufgelöst. Bei diesen Kameras kann der Schärfentiefebereich bei vorgegebener Gegenstandsweite über die Arbeitsblende und die Brennweite beeinflusst werden. Dies gilt nicht für Vollautomatik-Programme. Die Verteilung der Schärfentiefe vor und hinter dem fokussierten Objekt variiert mit der eingestellten Entfernung: im engen Nahbereich wird ungefähr ein Verhältnis von 1:1 erreicht, mit wachsender Entfernung wächst der Anteil hinter dem fokussierten Objekt kontinuierlich an; letzteres extrem, wenn die Unendlicheinstellung noch eben in den Schärfebereich gelegt wird (= halbe hyperfokale Entfernung; die hyperfokale Entfernung entspricht der Fokussierung auf den Punkt "Unendlich"). Der gezielte Einsatz der Schärfentiefe durch Einstellen der Blende, der Entfernung und der Brennweite ermöglicht es, den Blick des Betrachters auf das Hauptmotiv zu lenken. Dazu schränkt der Fotograf die Schärfentiefe so eng wie möglich um die Ebene ein, auf dem sich das zentrale Bildelement befindet. Der Vorder- und Hintergrund wird dadurch unscharf dargestellt und lenkt nicht mehr vom zentralen Element ab. Bei der Fachkamera kann mit der Scheimpflug-Einstellung der Schärfebreich auch von oben, unten, links nach rechts oder diagonal in das Motiv gelegt werden.

Schärfentiefe berechnen

Scheimpflug Scheimpflug Folgende Variablen werden benötigt:
- die Objektiv-Brennweite

f

in mm, z.B. 7,2 mm, 35 mm oder 200 mm
- die Blendenzahl

\kappa

(Arbeitsblende, dimensionslos), z.B. 5,6 oder 22
- die fokussierte Entfernung (Gegenstandsweite vom Linsenmittelpunkt aus)

g

in mm, z.B. 500 mm Ferner wird für die Schärfentiefen-Berechnung eine kameraabhängige Konstante benötigt:
- der Zerstreuungskreisdurchmesser

Z

in mm, z.B. 0,006 mm Zuerst wird die hyperfokale Entfernung

d_h

vom Linsenmittelpunkt aus in mm berechnet: :

d_h=

:Ein Objektiv, das auf seine hyperfokale Entfernung fokussiert ist, bildet alle Gegenstände, die zwischen der halben hyperfokalen Entfernung und Unendlich liegen, in guter Näherung scharf ab. Anschließend können wir den Nahpunkt

d_n

berechnen: :

d_n=

:Die Formel liefert die Entfernung zum Nahpunkt vom Linsenmittelpunkt aus in mm. Ebenso können wir den Fernpunkt

d_f

berechnen: :

d_f = 
\begin 
 , &  \mbox d_h >   (g-f) \\
 \infty,                  &  \mbox d_h \le (g-f) 
\end

:Die Formel liefert die Entfernung zum Fernpunkt vom Linsenmittelpunkt aus in mm. Der Schärfentiefebereich

\Delta_d

erstreckt sich vom Nahpunkt

d_n

bis zum Fernpunkt

d_f

: :

\Delta_d = d_f-d_n = 
\begin
 2, & \mbox d_h >   (g-f) \\
 \infty,                            & \mbox d_h \le (g-f)
\end

Zum weiterlesen: [http://www.traxel.de/foto/drf/schaerfentiefe.pdf Ein Blick auf die Schärfentiefe] (PDF).

Wellenoptische Schärfentiefe

Alle optischen Abbildungen sind durch Beugung begrenzt, so dass ein einzelner Punkt niemals auf einen Punkt, sondern nur auf ein Beugungsscheibchen (oder Airyscheibchen) abgebildet werden kann. Die Trennschärfe zweier benachbarter Beugungsscheibchen definiert analog zum fotografischen Film einen maximal zulässigen Zerstreuungskreis. Nach dem Rayleigh-Kriterium muss die Intensität zwischen zwei benachbarten Bildpunkten um 20% abfallen, um als scharf zu gelten. Die Größe des Beugungsscheibchens ist abhängig von der Wellenlänge des Lichts. Man definiert die Rayleighsche Schärfentiefe als

d_R = \frac\,.

Hierbei ist

\lambda

die Wellenlänge, n der Brechungsindex und u der Aperturwinkel des abbildenden Systems. Die Rayleighsche Schärfentiefe ist bei beugungsbegrenzten optischen Systemen relevant, zum Beispiel in der Mikroskopie oder in der Fotolithografie.

Literatur

- Berechnungsgrundlagen und Beispiele optische Systeme einschließlich Betrachtungen zur Wellenoptik im Buch von H. Haferkorn, Optik Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen, Verlag Harri Deutsch Frankfurt/Main, 1981, ISBN 3-8744-570-3, Kap. 6.4.3, Seite 562-573

Siehe auch

- Schärfe (Optik)
- Fotoapparat
- Zerstreuungskreis

Weblinks

- [http://www.azuswebworks.com/photography/dof.html Focus on Photography] (englisch).
- Hier finden Sie einen [http://www.erik-krause.de/schaerfe.htm Schärfentiefe-, Abbildungsmaßstab- und Nahlinsenrechner] (deutsch). Allerdings ist er für Digitalkameras etwas komplizierter zu handhaben.
- ein sehr schöner javascriptbasierter online-Rechner findet sich hier bei [http://www.dofmaster.com/dofjs.html DOFMaster - DEPTH OF FIELD CALCULATORS] (englisch). Der Rechner enthält eine lange Liste gängiger Digitalkameras und Filmformate; daneben kann der maximale Zerstreuungskreisdurchmesser auch von Hand festgelegt werden.
- Beispiel für eine Imitation der [http://www.gimps.de/gimp/bilder-fotos/schaerfentiefe/index.htm Verfremdung durch Verringerung der Schärfentiefe] mittels einer Bildbearbeitungssoftware.
- Eine Liste der Zerstreuungskreise verschiedener Digitalkameras findet sich bei [http://www.dofmaster.com/digital_coc.html DOFMaster - DEPTH OF FIELD CALCULATORS] (englisch). Kategorie:Optik Kategorie:Fototechnik ja:被写界深度

Korn (Foto)

Korn nennt man in der analogen Fotografie die kleinsten Strukturen des entwickelten Films, die bei starker Vergrösserung sichtbar werden. Es ist vergleichbar mit Pixeln (bei digitalen Medien) oder Rasterpunkten (bei Druckerzeugnissen). Die Feinheit oder Grobkörnigkeit ist sehr vom Filmtyp, aber auch von den Entwicklungsbedingungen abhängig. Filme mit niedriger Lichtempfindlichkeit, also mit niedrigen ISO-Werten, sind feinkörniger als stark lichtempfindliche Filme mit hohen ISO-Werten. kategorie:Fotografie

Auflösung (Fotografie)

Als Auflösung oder Auflösungsvermögen bezeichnet man in der Fotografie die Fähigkeit eines Objektivs oder Films bestimmte kleinste Strukturen noch wiedergeben zu können. Das Auflösungsvermögen von Filmen wird in der Modulationsübertragungsfunktion (Müf; engl. Modulation Transfer Function, MTF) angegeben.

Ermittlung

Zur Ermittlung des Auflösungsvermögens werden Testaufnahmen von Strichmustern angefertigt. Dazu wird auf den Film ein Strichraster mit zunehmender Ortsfrequenz (in Linien pro Millimeter bzw. Perioden pro Millimeter) und abgestimmter Intensität aufbelichtet und mit einem Mikrodensitometer überprüft, wie stark der Modulationsgrad der Abbildung mit zunehmender Ortsfrequenz prozentual abnimmt. Die Gitterkonstante eines solchen Strichmusters ist nicht konstant, sondern verändert sich kontinuierlich. Die Ermittlung des Auflösungsvermögens erfolgt durch Abzählen der noch erkennbaren Anzahl von Strichintervallen pro Millimeter. Die durch den MTF-Wert beschriebene Bildqualität eines Films oder Objektivs berücksicht neben anderen Faktoren wie dem reproduzierbaren Bildkontrast auch das Auflösungsvermögen. Abbildung: Testmuster zur Bestimmung des Auflösungsvermögens von fotografischen Objektiven und Filmen. Testmuster zur Bestimmung des Auflösungsvermögens von fotografischen Objektiven und Filmen (1/3) Testmuster zur Bestimmung des Auflösungsvermögens von fotografischen Objektiven und Filmen (2/3) Testmuster zur Bestimmung des Auflösungsvermögens von fotografischen Objektiven und Filmen (3/3)

Körnigkeit und Auflösungsvermögen

Körnigkeit und Auflösungsvermögen einiger Farbnegativ- und Umkehrfilme: Angaben nach den Datenblättern der Hersteller und [http://www.abmt.unibas.ch/SKRIPTEN/ScriptColor/09-kap_8_Koernigkeit.pdf].

Siehe auch

- Bildauflösung
- Ausbelichtung
- Film
- Objektiv
- Wechselobjektiv

Literatur

- Joachim Böhringer u.a.: Kompendium der Mediengestaltung, Berlin: Springer, 1. A. 2001, S. S. 84 ff. Kategorie:Fototechnik

Fotoemulsion

Als Fotoemulsion wird eine dünne lichtempfindliche Schicht bezeichnet, mit der verschiedene Trägermaterialien, wie Glas und Folien aus Zellulose oder Polyestern, beschichtet werden. Die lichtempfindliche Fotoemulsion bildet die Grundlage für alle fotografischen Filme und Platten.

Aufbau und Zusammensetzung

Bei der "Fotoemulsion" handelt es sich eigentlich um keine Emulsion. Die lichtempfindliche Schicht ist vielmehr eine Suspension, denn es handelt sich um eine Aufschlämmung fein verteilter Kristalle in Gelatine, also einem Gel. Trotzdem hat sich der Begriff Fotoemulsion eingebürgert. Fotoemulsionen bestehen aus Gelatine mit den eingebetteten Halogeniden Silberchlorid, Silberbromid oder Silberiodid. Die Halogenide entstehen aus Umsetzungen mit Kochsalz (Natriumchlorid (NaCl), Kaliumbromid (KBr) und Kaliumiodid (KI). Silberhalogenide bilden Kristallgitter, in denen die Elemente geladen vorliegen (Ag+, Cl-) = Ionengitter. Theoretisch ist dabei jedes Silberatom von sechs Chloratomen (analog zu Brom- und Iod-) umgeben und jedes Chloratom von sechs Silberatomen. In der Praxis ist es jedoch so, dass zumindest einige der Silberionen, so genannte Zwischengitter-Silberionen, ihren Platz verlassen und sich im Kristall bewegen. Diese Ionen spielen eine wichtige Rolle bei der weiteren Entstehungsgeschichte eines Bildes. Silberhalogenide sind lichtempfindlich, wobei die Empfindlichkeit vom Iodid über das Bromid zum Chlorid abnimmt. Sie sind jedoch nur für blaues und UV-Licht empfindlich. Auf andere Wellenlängen reagieren sie nicht. Daher müssen sie spektral sensibilisiert werden. Dabei werden sie mit Farbstoffmolekülen ummantelt, welche die Lichtquanten einfangen und Elektronen in Richtung Kristall liefern. Beim Auftreffen eines solchen Elektrons (Fotoelektron) auf ein Zwischengitter-Silberion vereinigen sich beide zum Silberatom, trennen sich aber sofort wieder. Bei der chemischen Reifung der Emulsion entstehen jedoch Ag2-Reifungskeime. Trifft das Elektron in der Nähe eines solchen Reifungskeimes auf ein Zwischengitter-Silberion, findet die Trennung nicht statt. Das entstandene Silberatom lagert sich an den Ag2-Keim an, wodurch ein Ag3-Cluster entsteht. Wiederholt sich dieser Vorgang ein weiteres Mal, entsteht ein langzeitstabiler und entwickelbarer Ag4-Cluster. Somit ist ein Latentbild entstanden. Alle ausreichend belichteten Kristalle werden somit zu metallischem Silber. Die nicht belichteten Kristalle werden später beim Fixieren aus der Schicht herausgewaschen, welche dann stabilisiert wird. Dadurch entsteht das Negativ. Bei Farb- und Umkehrfilmen sorgt eine kompliziertere Schichtenfolge bzw. Entwicklung für die gewünschten Effekte.

Orthochromatische Emulsion

Eine orthochromatische Emulsion ist empfindlich für Licht jeder Wellenlänge des sichtbaren elektromagnetischen Spektrums (zzgl. Ultraviolett) außer für die Farbe Rot. In der Frühzeit der Fotografie war damit beschichtetes Aufnahmematerial die Regel, weshalb insbesondere die menschlichen Hauttöne bei alten Fotografien oft recht seltsam anmuten. Um diesen Effekt zu mildern, mussten die zu portraitierenden Personen bisweilen eine umfangreiche Schminkprozedur über sich ergehen lassen. Orthochromatische bzw. nichtsensiblisierte Filme und Papiere werden meist dort eingesetzt, wo ohnehin durchgängig schwarzweiß gearbeitet wird (z. B. Schwarzweiß-Vergrößerung vom Schwarzweiß-Negativ) bzw. die Wandlung der Farbtöne in visuell stimmige Graustufen unkritisch ist, etwa in vielen Bereichen der Reprofotografie.

Panchromatische Emulsion

Eine panchromatische Emulsion ist lichtempfindlich für Licht jeder Farbe bzw. jeder Wellenlänge des sichtbaren elektromagnetischen Spektrums. Die spektrale Empfindlichkeit reicht über den gesamten sichtbaren Bereich von 400 bis 700 nm. Dies wird bei der Herstellung der Emulsion durch Beimischung spezieller lichtabsorbierender Substanzen erreicht (Sensibilisierung). Panchromatische Filme zeichnen sich durch eine tonwertrichtige Wiedergabe der Farben aus: Die Wahrnehmung der Graustufen entspricht dem Helligkeitseindruck des Auges. Schwarzweiß-Filme für den Einsatz in der bildhaften Fotografie sind daher heutzutage fast ausnahmslos panchromatisch sensibilisiert. Zur Herstellung farbwertrichtiger Schwarzweiß-Abzüge von Farbnegativen stehen einige wenige Fotopapiere mit panchromatischer Emulsion zur Verfügung (z. B. Kodak Panalure). Diese können natürlich – ebenso wie ein normaler Pan-Negativfilm – nicht mit der üblichen roten Dunkelkammer-Beleuchtung eingesetzt werden. Allerdings gibt es für die Dunkelkammer Material mit verminderter Empfindlichkeit im Bereich der Natriumlinien (etwa 589 nm), so dass bei begrenzter Expositionsdauer eine schwache Natriumdampflampe zur Beleuchtung eingesetzt werden kann.

Siehe auch

- Aufnahmeformat
- Konfektionierung
- Panchromatische Emulsion Kategorie:Fototechnik

Bildrauschen

Bildrauschen ist ein ungelöstes technisches Problem in der Digitalfotografie. In Digitalkameras werden die Helligkeitswerte des Bildes mit lichtempfindlichen Sensoren (in den Pixeln) "gemessen" und in digitale Werte (= Zahlen) umgewandelt. Bei diesem Prozess entsteht nicht nur ein Nutzsignal, sondern auch Störungen. Diese Störungen sind Ursache des Bildrauschens. Das Resultat ist vergleichbar mit dem so genannten "Korn" bei der analogen Fotografie. Jedes Digitalfoto verfügt über ein gewisses Grundrauschen, welches im Normalfall vom Betrachter nicht wahrgenommen wird. In manchen Bildern wird das Bildrauschen auch zur künstlerischen Gestaltung herangezogen. Verschiedene Aufnahmebedingungen führen aber zu einem wahrnehmbaren und ab einem gewissen Grad störenden Bildrauschen. Besonders gut sichtbar wird das Bildrauschen in dunklen oder blauen Bildbereichen. Dieses kann sich in den dunklen Bildbereichen zudem verstärken, wenn diese am Computer nachträglich gezielt aufgehellt werden. Der Umfang des Bildrauschens ist abhängig von der Qualität der Digitalkamera.
- Größe der Pixel (großer Sensor mit geringer Packungsdichte der Pixel zieht im allgemeinen geringeres Rauschen als ein kleiner Sensor und hoher Packungsdichte nach sich)
- Qualität der analogen Signalverarbeitung und der Analog-Digital-Wandlung. und folgenden Faktoren:
- Belichtungsdauer
- wenig Licht (insbesondere Nachtaufnahmen)
- hohe ISO-Einstellung (Filmempfindlichkeit). Erhöhung der "Empfindlichkeit" bedeutet Verstärkung des Signals der Pixel und damit auch der Störungen.
- hohe Sensortemperatur
- hoher Vergrößerungsgrad der Aufnahme
- Motiv Störendes Bildrauschen kann durch verschiedene Verfahren reduziert werden. Bei den meisten Verfahren nimmt der Fotograf jedoch Einbußen anderer Qualitätsmerkmale (beispielsweise Bildschärfe) einer Fotografie in Kauf. Qualitätsmerkmale Folgende Verfahren werden üblicherweise eingesetzt:
- Kameraseitige Unterdrückung des Bildrauschens: Während der Speicherung der Fotografie werden spezielle Algorithmen angewendet, welche das Bildrauschen minimieren.
- Verwendung von Sensoren geringer Packungsdichte (zum Beispiel in digitalen Spiegelreflexkameras)
- Belichtung auf die "rechte Seite des Histogramms". Dabei wird das Bild derart belichtet, dass das Bild möglichst hell abgebildet wird. Unter der Annahme eines "konstanten" Rauschpegels des Sensors werden somit die gefährdeten dunklen Stellen gemieden. Dabei ist natürlich zu vermeiden, dass bildrelevante Teile überbelichtet werden (dies gilt auch für einzelne Farbkanäle rot, grün, blau). Ein eventuell zu helles Bild kann noch nachträglich abgedunkelt werden.
- Bildbearbeitungsprogramme (Filter): Eine spezielle Funktion in Bildbearbeitungprogrammen (beispielsweise Adobe Photoshop) erlaubt die Reduzierung des Bildrauschens. Der Vorteil bei einer Verarbeitung nach der eigentlichen Aufnahme liegt darin, dass der Benutzer die Rauschunterdrückung selbst, angepasst auf die Aufnahme, optimieren kann. Außerdem bleibt die Originaldatei erhalten. Ein professioneller Fotograf wird die kameraseitige Optimierung kaum bevorzugen. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass es noch weitere Optimierungsverfahren gibt, welche aber meist nur im professionellen Bereich oder in speziellen Aufnahmesituationen (Nachtaufnahme) verwendet werden, da sie sehr aufwändig sind (Sensorkühlung). Wenn fehlerhafte Bildpunkte aufgrund eines Defektes im Bildsensor auftreten, spricht man von Hotpixeln.

Weblinks

- [http://gimps.de/gimp/bilder-fotos/dead-pixel/ Korrektur des Bildrauschen mit Software Gimp ]
- [http://uwpix.net/index.php?/archives/9-Sensorgroesse-Megapixel-vs.-Bildrauschen.htmlextended Zusammenhang zwischen Sensorgröße und Bildrauschen] Kategorie:Fotografie Kategorie:Fernsehtechnik

Digitalkamera

Ein digitaler Fotoapparat, auch Digitalkamera genannt, ist ein Fotoapparat, bei dem das Aufnahmemedium Film durch einen elektronischen Bildwandler (Sensor) und ein digitales Speichermedium ersetzt wurde.

Funktionsweise

Das fotografische Bild entsteht in einer Digitalkamera in folgenden Schritten: # Scharfstellung des Bildes # Abschätzen einer sinnvollen Belichtungszeit und Blende # optische Projektion durch das Objektiv; # optische Filterung durch Infrarot- und RGB-Filter; # Wandlung der Lichtintensitäten in analoge elektrische Signale in diskreten Elementen (Diskretisierung); # Digitalisierung der Signale durch Analog-Digital-Wandlung (Quantisierung); # Bildverarbeitung der Bilddatei: ## Farb-Rekonstruktion ## Umrechnung von Spannungen in Helligkeiten ## Rauschfilterung ## Entfernen bekannter Fehler des Bildaufnahmesystems (defekte Pixel, Übersprechen, Nachschärfen, Randabschattung, Verzeichnung) # Komprimierung der Bilddatei; # Speicherung der Bilddatei. Bei einer Digitalkamera gelangt das Licht durch eine Linse, welche das Bild auf den Sensor wirft, in das Kameragehäuse. Vor dem Sensor durchläuft das Licht einen Infrarot- sowie anschließend einen RGB-Filter. Erst dann gelangt das Licht auf den Sensor, der die Helligkeit des einfallenden Lichts misst; die Photonen des Lichtes setzen Elektronen frei, deren Anzahl proportional zur Lichtintensität ist. Die Höhe der Spannung entspricht der Helligkeit des einzelnen Bildpunktes, Lichtsignale werden also in elektrische Signale umgewandelt; dieser Prozess ersetzt funktional den Film. Bis zu diesem Punkt der Bildverarbeitung handelt es sich also um einen vollständig analogen Prozess. Die Digitalisierung erfolgt im A/D-Wandler, an den die analogen Signale aus dem CCD- bzw. CMOS-Sensor weitergereicht werden; dabei stellt eine CCD-Zelle in der Regel einen Pixel dar, deren Farbwert einzeln an den Wandler übertragen wird. Der A/D-Wandler führt eine Bildwandlung durch, die aus den Schritten Diskretisierung und Quantisierung besteht. Die Diskretisierung bezeichnet die Bilderzerlegung in diskrete Einheiten. Da bei Kameras, die nach dem RGB-System arbeiten pro Pixel drei Farbwerte gespeichert werden müssen, findet eine Farbinterpolation statt. Dabei werden die zwei nicht registrierten Farbwerte aus den Werten der umliegenden Zellen interpoliert, das heißt nach einer Regel "geraten" (educated guess). Generell ist die Farbinterpolation eine Mittelwertbildung. Anschließend erfolgt die Kompression zur Reduktion des Datenvolumens, wenn das Bild im JPEG- oder komprimierten TIFF-Datenformat gespeichert wird; inwieweit Rohdaten (Raw-Format) komprimiert werden, hängt vom proprietären Format des jeweiligen Herstellers ab. Die digitale Bilddatei wird digital gespeichert und kann verlustfrei dupliziert und weiterverarbeitet werden. Die Digitalkamera verfügt über eine Schnittstelle, mit der die Bilder an andere digitale Geräte wie Computer sowie autarke Massenspeicher und Drucker übertragen werden können. Die digitale Bildbearbeitung ermöglicht es, die Bilder auf einem Personal Computer zu korrigieren oder zu verändern.

Bildwandlung

Wie bei einer Analogkamera wird das einfallende Licht mit einem Objektiv gesammelt und auf die Filmebene, in diesem Fall den Sensor, scharfgestellt (fokussiert). Der Sensor ist ein elektronisches Bauelement, das in der Regel eine deutlich kleinere Fläche hat als ein Bild auf analogem 35-mm-Film einer Kleinbildkamera; nur höherwertige Digitalkameras verfügen über einen Sensor in Größe des APS-C-Negativs oder sogar über einen Vollformatsensor. Es werden grundsätzlich zwei Sensortypen unterschieden: Flächensensor und Zeilensensor. Beim Flächensensor registriert der CCD entweder gleichzeitig die drei Grundfarben (One-shot-Kameras), oder nacheinander (Three-Shot-Kameras). Es existieren im Wesentlichen zwei verschiedene marktgängige Flächensensor-Typen, der CCD-Sensor (die meisten Digitalkameras von Sony, Nikon, Konica Minolta, Pentax, Olympus usw.) mit der Variante des Super-CCD-Sensor (nur Fujifilm) sowie der CMOS-Sensor. Eine Sonderstellung nimmt der Foveon-Sensor ein, der in Sigma-Kameras zum Einsatz kommt. Dabei handelt es sich um einen dreischichtigen Sensor, der rotes, grünes und blaues Licht mit jedem Sensorelement aufzeichnet. Dem interessanten Prinzip zum Trotz hat auch die zweite Generation nicht zum durchschlagenden Erfolg geführt. Zeilensensoren werden in Scannerkameras eingesetzt, die nach dem Scannerprinzip funktionieren, das heißt sie arbeiten ähnlich wie ein Flachbettscanner und tasten das Bild zeilenweise ab.

Bildverarbeitung

In einem digitalen Fotoapparat führt die Elektronik eine Reihe bildverändernder Verarbeitung vor, während und nach der Aufnahme durch; diese werden unter dem Begriff der Bildverarbeitung zusammengefasst. Diese ist zu unterscheiden von der Bildbearbeitung, die an der fertiggestellten Aufnahme durchgeführt wird. Die Digitalkamera beeinflusst durch den Weißabgleich – wie auch die Videokamera – die Farbtreue bei Tageslicht oder Kunstlicht. Die Homogenität, das heißt gleichmäßige Schärfe und Helligkeit über das gesamte Bild insbesondere am Bildrand, ist abhängig von der Optik und muss bei Abbildungsfehlern durch die kamerainterne Software ausgeglichen werden. Die Qualität der kamerainternen Elektronik entscheidet auch über die Signaldynamik, das heißt die von der Kamera unterscheidbaren Helligkeitsstufen, sowie den Kontrastumfang des digitalen Bildes. Die Kameraelektronik beeinflusst auch die Bildreinheit bzw. den Grad an Bildfehlern, die sich beispielsweise als Rauschen oder Artefakte zeigen. Bei Kameras mit einer Auflösung von drei Megapixeln und mehr lassen sich CCD-Fehler nicht mehr vermeiden: Einzelne Zellen arbeiten möglicherweise überhaupt nicht, andere arbeiten dagegen mit unterschiedlicher Empfindlichkeit usw. Solche "Aussetzer" müssen ebenso wie das besonders bei Nachtaufnahmen auftretende Bildrauschen von der Kamera-Elektronik ausgeglichen werden. Zur Verbesserung der subjektiven Bildwirkung führt die Kameraelektronik darüber hinaus noch diverse Optimierungen durch. Dazu zählen beispielsweise:
- Scharfzeichnung: Erkennen und Verstärken von Übergängen im Bild;
- Kontrastanhebung: Anhebung des Kontrasts im Bild;
- Farbsättigung: Erhöhen der Farbsättigung; Bevor ein Foto ausgelöst wird, wird der Autofokus in Gang gesetzt, der die Scharfeinstellung übernimmt. Auch wenn mehrere Fotos vom gleichen Objekt gemacht werden, muss jeweils eine Scharfeinstellung erfolgen. Bei einigen Kameras kann der Autofokus abgestellt werden. Einen Schärfe-Einstellring sucht man bei den meisten Digitalkameras allerdings vergeblich. Lediglich über eine Menüstruktur kann eine manuelle Scharfeinstellung in Stufen erreicht werden, was die Einsatzmöglichkeiten von Digitalkameras begrenzt, zumal die manuelle Scharfeinstellung nur bei Spiegelreflexkameras zuverlässig funktioniert. Auch wenn der Autofokus abgeschaltet wird, findet vor dem Auslösen in der Kameraelektronik noch ein Weißabgleich statt. Und weil das nicht reicht, findet auch noch ein Schwarzabgleich statt (um das elektronische Rauschen des Sensors und Fehlerpixel auszufiltern).

Optisches System

Bildrauschen Durch die gegenüber einer Kleinbildkamera kleinere Bildfläche des Sensors ergeben sich für gleiche Bildwinkel andere Brennweiten für die Objektive; dies wird teilweise fälschlicherweise als Brennweitenverlängerung bzw. Brennweitenverlängerungsfaktor bezeichnet, obwohl sich die Brennweite des Objektives natürlich nicht ändern. Um die Objektive weiterhin auf einfache Weise mit dem herkömmlichen Kleinbildformat vergleichen zu können, geben viele Hersteller von kompakten Digitalkameras zusätzlich zur realen Brennweite ihre Objektive auch mit der Brennweite an, welche im Kleinbildformat den gleichen Bildwinkel erreichen würde. Bei digitalen Spiegelreflexkameras mit Wechselobjektiven, wird zumeist ein Umrechnungsfaktor angegeben – der so genannte Verlängerungsfaktor – mit dem die Brennweite des Objektivs multipliziert werden muss, um die Kleinbild-Brennweite zu errechnen, welche den gleichen Bildwinkel aufnimmt. Dies hat Nachteile im Weitwinkelbereich, da sich dort kleinere Bildwinkel in Richtung Normalobjektiv ergeben, Vorteile dagegen im Telebereich, da dort die kleineren Bildwinkel ein stärkeres Tele bedeuten. Zusätzlich zu einem bei digitalen Kompaktkameras meist eingebauten optischen Zoom besitzen viele Modelle noch einen digitalen Zoom. Dabei handelt es sich um eine Interpolation, die das Bild zwar größer erscheinen lässt, tatsächlich findet jedoch nur eine Ausschnittsvergrößerung mit verringerter Auflösung statt. Digitalzooms sind ein reines Marketing-Konstrukt und haben keinen fotografischen Wert. Der funktional identische Effekt lässt sich mit jeder Bildbearbeitungssoftware nachträglich und mit jedem beliebigen Vergrößerungs bzw. "Zoomfaktor" realisieren.

Leistungsklassen und Auflösung

Digitalkameras mit Auflösungen unter zwei Megapixel gelten heute als Fun- bzw. Spielzeugkameras oder werden für spezielle Anwendungen (z.B. schnelle Serienbildfolgen, Schnappschüsse) eingesetzt. Darunter fallen auch Mikrokameras mit VGA-Auflösung (0,3 Megapixel), die als Schlüsselanhänger benutzt werden können, sowie nahezu alle derzeit verfügbaren Handy-Kameras (Stand: 2004). Handy Digitalkameras mit einer Auflösung von drei Megapixeln gelten heute (2004) als Einsteigerklasse. Sie sind ausgereift, preiswert und leicht zu bedienen. Sie genügen für Papierabzüge bis 10x15 cm. Bild-Dateigrößen liegen hierbei um 800KB. Unkomprimierte TIFF-Bilder können aber auch 10MB groß sein. Auflösungen von vier bis fünf Megapixeln gelten als Mittelklasse, High-End-Geräte verfügen derzeit (Stand: 2004) über Auflösungen von 8 bis 16 Megapixeln; bei diesen Auflösungen sind problemlos Ausbelichtungen im Format 21x29,7 cm (DIN A4) möglich. Zu beachten ist jedoch auch hier, dass sich die Bildformate der Kamera unterscheiden von den Bildformaten, die von Fotolaboren für Papierabzüge angeboten werden. Das an Din A4 am nächste kommende Format ist beim Papierabzug 20x30cm. Beim Papierabzug fehlt also in der Regel etwas vom Digitalbild. Die Profiklasse bietet Spiegelreflexkameras mit Wechselobjektiven, erweiterten Einstellungsmöglichkeiten sowie mit CCD- bzw. CMOS-Sensoren mit Auflösungen ab etwa 6 Megapixeln zu Preisen von unter 1000 EUR (Stand: 2004). Die Anzahl der Pixel ist in der Profiklasse von untergeordnetem Rang; entscheidend sind vielmehr die Qualität des Objektivs und der Bildwandlung sowie Einstellungsmöglichkeiten und Aufnahmegeschwindigkeit. Zum Vergleich: Bei der herkömmlichen analogen Kleinbild-Fotografie spricht man von 30 Megapixeln, die mit einem guten Film erzielt werden können. Diese Auflösung wird zum Beispiel von dem Negativfilm Kodak Ektar 25 prof. erreicht (Auflösung 200 Linien / mm bei 1000:1 Kontrast). Nahezu jeder fotografische Film bietet heute eine Auflösung von zumindest 100 Linien pro Millimeter, ein Kleinbildfilm hat daher eine Auflösung von mindestens 3600x2400 Pixeln, also etwa 8,6 Megapixel; derartige Vergleiche sind jedoch aus verschiedenen Gründen problematisch; vgl. hierzu Ausbelichtung und Kodachrome. Neben der CCD-Auflösung entscheiden aber auch das optische System und die Elektronik über das Gesamtergebnis. Diese drei "Säulen" zusammen ergeben die eigentlich relevante Effektivauflösung, die nur anhand von Testbildern, zum Beispiel nach dem Auflösungschart ISO 12233, festgestellt werden kann. Die Effektivauflösung wird von der jeweils schwächsten "Säule" bestimmt. Die Grenze der Auflösung wird sowohl bei der analogen als auch digitalen Fotografie durch die Objektive bestimmt. Die besten zur Zeit (2003) auf dem Markt verfügbaren Objektive wie zum Beispiel das Leica Summilux-R 1:1,4/80 mm (2003: 3000 Euro) haben das Auflösungsvermögen von vergleichbaren 20 Megapixeln. Ein sehr gutes Zoom-Objektiv wie das Canon 28-70mm f/2.8 (2003: 1000 Euro) hat eine Auflösung von ca. 61 lp/mm (Linienpaaren/Millimeter), was etwa 13 Megapixeln entspricht. Leider wird bei billigen Digitalkameras hauptsächlich an der Optik gespart. Für verschiedene Zielgruppen und -einsätze reichen bestimmte Auflösungen aus:
- 2-3 Megapixel: Schnappschüsse, Urlaubsfotos, Kompaktkameraersatz,
- 3-4 Megapixel: Abzüge bis maximal DIN A4-Größe,
- > 5 Megapixel: professioneller Einsatz durch Designer und Grafiker.

Geschwindigkeit

Die Arbeitsgeschwindigkeit einer Digitalkamera wird vor allem durch vier charakteristische Merkmale bestimmt: # Aufnahmebereitschaft, also die Zeitspanne, die der digitale Fotoapparat nach dem Einschalten benötigt, um eine Fotografie anfertigen zu können; # Auslöseverzögerung, also die Zeitspanne die zwischen Drücken des Auslösers und tatsächlicher Bildaufzeichnung verstreicht; # Bildfolgezeit, also die Zeitspanne nach einer Aufnahme, nach der die Kamera ein Folgebild anfertigen kann. In direktem Zusammenhang hiermit steht die maximale Bildfrequenz der Digitalkamera. # Fokussiergeschwindigkeit, also die Zeitspanne, die der Autofokus zur Scharfstellung benötigt. Trotz einer rasanten technischen Entwicklung sind heute noch nahezu alle digitalen Kompaktkameras signifikant langsamer als ihre Äquivalente im Kleinbildbereich (Stand: 2004). Vor allem die Bildfolgezeiten brechen oft nach wenigen Aufnahmen massiv ein, während bei Kleinbildkameras über den gesamten Film hinweg die gleiche Geschwindigkeit erreicht werden kann. Die Auslöseverzögerung und Bildfolgezeit sind bei hochwertigen digitalen Kameras hingegen vergleichbar zu ihren analogen Pendants.

Energieversorgung

Jede Digitalkamera benötigt eine kontinuierliche Energieversorgung, die in der Regel über ein Netzteil oder einen Akku gewährleistet wird; daneben gibt es auch einige Spezialkonstruktionen, die beispielsweise auf Solarenergie basieren. Digitalkameras brauchen bei weitem mehr Energie als analoge Fotoapparate. Dies ist ein großer Nachteil der Geräte und beim Umstieg auf die digitale Fotografie zu beachten. Insbesondere der ständige Gebrauch eines eingebauten Mini-Monitors und die Blitzverwendung sind große Stromfresser. Die Kapazität des Akkus bestimmt – in Verbindung mit der Leistungsaufnahme der Kameraelektronik und deren Stromsparfunktionen – über die maximale Betriebsdauer der Kamera, bis ein Akkuwechsel nötig wird. Proprietäre Akkutypen sind deutlich teurer als Standard-Akkus (Mignon AA oder AAA etc.), aber häufig auch leistungsfähiger. Ein durchschnittlicher Akku von 2000mAh versorgt eine Digitalkamera für Energie zum Aufnehmen von rund 200 Bildern. Es sollten keine Nickel-Cadmium-Akkus (NiCD), sondern nur hochwertige NiMH-Akkus mit mindestens 1800mAh verwendet werden. Noch länger haltende Lithium-Ionen-Akkus sind nur für wenige Digitalkameratypen auf dem Markt.

Dateiformat

Damit ein Bild mit einer Auflösung von zwei Megapixeln und drei Farben pro Pixel nicht sechs Megabyte (unkomprimierte Dateigröße) auf die Speicherkarte schreiben muss, wird es komprimiert. Als verlustbehafteter Modus steht nach EXIF-Standard das JPEG-Format zur Verfügung, als verlustfreier Modus wird TIFF angeboten; daneben können einige höherwertige Kameras die digitalen Bilder in einem proprietären Rohdatenformat (RAW) speichern. Da für das Format der Rohdaten kein Standard existiert, sind die Bilddaten unterschiedlicher Kamerahersteller und sogar unterschiedlicher Baureihen eines Herstellers untereinander nicht kompatibel und müssen vor der Betrachtung oder Bearbeitung mittels einer vom Kamerahersteller bereitgestellten Anwendung in ein Standard-Bildformat (meist TIFF oder JPG) konvertiert werden. Es existieren auch Anwendungen und Plugins für Bildbearbeitungsprogramme von Drittherstellern, die RAW-Daten verschiedener Kameras lesen und verarbeiten können. RAW-Daten werden auch als digitales Negativ bezeichnet. Ähnlich zur analogen Fotografie kann man davon ausgehend viele Parameter vor Erstellung der eigentlichen Bilddaten beeinflussen: Gammakorrektur, Weißabgleich, Helligkeit, Kontrast, Schärfe. RAW-Daten weisen aufgrund ihrer verlustlosen Speicherung keine Fragmente auf. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist der größere Farbumfang. Während JPG-Bilder mit 8 Bit je Farbe gespeichert werden, liegen RAW-Daten in 12 oder sogar 14 Bit vor. Die Bilder liegen somit in größerer Farbabstufung vor. Neuere Kameras bieten auch die Möglichkeit, kurze Videosequenzen aufzunehmen, die meist im Motion JPEG- oder Apple Quicktime-Format gespeichert werden, jedoch aufgrund der zu erreichenden Bildwiederholrate meist in niedrigerer Auflösung als die von der Kamera aufgenommen Bilder. Die Auflösung liegt deutlich unter den Werten aller gängigen Videokameras. Digitalkameras betten in die Bilddaten auch so genannte Metainformationen ein, die im EXIF-Standard spezifiziert sind. Diese EXIF-Metadaten finden sich im so genannten Header der Bilddatei. Viele Bildbearbeitungsprogramme sowie spezielle Tools können diese Daten auslesen und anzeigen. Sie können auch Anwendung finden bei der Ausbelichtung des digitalen Bildes auf Fotopapier im Fotolabor. Zu den via EXIF automatisch für jede Aufnahme gespeicherten Parametern gehören beispielsweise:
- Datum und Uhrzeit
- Belichtungszeit
- Blendeneinstellung
- Belichtungsprogramm
- Sensor-Empfindlichkeit (in ASA)
- Blitzverwendung

Speichermedien

Sensor-Empfindlichkeit Gespeichert werden die Bilder in der Kamera auf verschiedenen Speichermedien. Gebräuchlich sind vor allem CompactFlash, Memory Stick, Microdrive, SmartMedia, SD Memory Card (bzw. der Vorgänger Multimedia Card) sowie xD-Picture Card; ältere Digitalkameras verwendeten daneben auch Floppy Disks, PCMCIA-/PC Cards oder Compact Discs.

Geräteschnittstellen

Softwareschnittstellen zwischen Bildeingabegerät und Bildverarbeitungspogramm SANE TWAIN

Weitere Ausstattungsmerkmale

Weitere relevante Ausstattungsmerkmale sind:
- Bedienung
- Abmessungen
- Gewicht
- Lichtstärke des Objektivs
- Qualität der Objektivs (Abbildungsfehler)
- Optischer Zoom
- Digitaler Zoom
- Weißabgleich
- Sonnenlichtabdeckung des Displays
- Digitaler Sucher
- Systemgeschwindigkeit (Serienbildfunktion, Auslöseverzögerung etc.)
- Akkuart und -kapazität
- Schnittstellen
- Speichermedium
- Dokumentation
- Service und Garantie
- Zusatzfunktionen wie Panorama-Bildfunktion, Sprachaufzeichnung, Videoaufnahme, Selbstauslöser, Fernbedienung, Belichtungskorrektur, einstellbare Empfindlichkeit, Akku-Restanzeige
- Integration in ein bestehendes Kamerasystem, digital oder analog
- mögliches Zubehör (Blitz, Objektive, Filter, Fernauslöser)

Geschichte und Entwicklung

Digitalkameras wurden ab Mitte der 80er Jahre zunächst vorwiegend von professionellen Fotografen im Bereich der Studio-, Mode- und Werbefotografie sowie ab Mitte der 90er Jahre auch in der Reportagefotografie eingesetzt. Frühe serienreife Modelle wurden von Apple ([http://en.wikipedia.org/wiki/Apple_QuickTake Apple QuickTake]), Sony (Mavica) und Canon (Ion) angeboten; Minolta (Dimage), Nikon (Coolpix) und Olympus (Camedia) u. a. folgten mit eigenen Modellreihen. 2002 wurde erstmals eine digitale Spiegelreflexkamera mit einem Sensor in voller Kleinbildgröße von Canon vorgestellt. Im Heimanwenderbereich setzen sich Digitalkameras ab Ende der 1990er Jahre durch und erzielen aufgrund rapide fallender Preise mittlerweile höhere Umsätze als analoge Fotogeräte. 2002 machten bei Fotokameras Umsätze mit Digitalkameras in Deutschland bereits 60% aus und 2003 wurden erstmals mehr Digitalkameras als analoge Fotokameras verkauft. Der Schwerpunkt lag dabei bei einfachen digitalen Sucherkameras. Digitale Spiegelreflexkameras (D-SLR) sind preislich im Jahr 2004 zum Teil unter die 1.000 Euro-Schwelle gesunken (z.B. Canon EOS 300D, Nikon D70, Olympus E-300). Mittlerweile 2005 bieten die meisten Hersteller von digitalen Spiegelreflexkameras Einsteigermodelle für zum Teil deutlich unter 1000 EUR (z.B. Canon, Nikon, Olympus und Pentax). Damit verbunden ist außerdem eine stürmische Belebung im gesamten Fotohandel, der vor Einführung der Digitalkameras als gesättigt und technologisch ausgereizt galt. Trotz anfänglicher Befürchtungen hat die Einführung des digitalen Fotografierens auch zu keinem Rückgang im Auftragsvolumen in den Fotolaboren geführt. Es werden vielmehr sogar Steigerungen festgestellt. Auch heute wollen die Fotografen ihre Bilder noch auf Papierabzügen sehen. Digitalkameras werden seit Anfang des 21. Jahrhundert zunehmend in andere Geräte integriert:
- Fast alle modernen Mobiltelefone besitzen eine eingebaute Digitalkamera. Mittlerweile werden hier auch Modelle mit ein bis zwei Megapixel verbaut.
- Für Personal Digital Assistants sind externe Handy-Module verfügbar, oder eine einfache Digitalkamera ist in den PDA integriert.
- Video-Camcorder besitzen Fotofunktionen, die ähnlich wie Digitalkameras arbeiten. Andererseits verfügen viele digitale Fotoapparate über die Möglichkeit, Filme in VHS-Qualität mit Ton aufzunehmen oder die digitalen Signale ohne Zwischenspeicherung direkt an die Schnittstelle zu übertragen. Damit können diese Digitalkameras auch als Webcam genutzt werden.

Anbieter

Die größten Hersteller der digitalen Fotoapparate sind: Canon, Sony, Konica Minolta, Nikon, Olympus und Kodak. Auch verbreitet sind Kameras von Agfa, BenQ, Casio, Contax, Epson, Fujifilm, HP, JVC, Kyocera, Leica, Panasonic, Pentax, Praktica, Ricoh, Rollei, Samsung, Sanyo, Sigma und Toshiba.

Siehe auch

- Bildrauschen bei der Digitalfotografie
- Bildgebendes Verfahren und Bildregistrierung
- Fernsehtechnik und Videotechnik
- Filmkunst
- Fotohandy

Literatur

- N.N.: Digitale Fotografie. Elektronik ersetzt Film (Info & Grundlagen). In: Elektor 10/98, S. 54-58

Weblinks

- [http://uwpix.net/index.php?/archives/9-Sensorgroesse-Megapixel-vs.-Bildrauschen.htmlextended Zusammenhang zwischen Sensorgröße und Bildrauschen]
- Kategorie:Digitalfotografie ja:デジタルカメラ ko:디지털 카메라

American Standards Association

Kategorie:Fotografie

Kategorie:Bildende Kunst Kategorie:Grafikdesign ja:Category:写真 ko:분류:사진술 th:Category:การถ่ายภาพ

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