Dynamikumfang & Objektivkontrast

[georg]

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Da es in der vorweihnachtlichen Zeit kaum etwas Schöneres gibt, als amateurhafte Versuchsaufbauten zu kreieren, anstatt winterliche Impressionen einzusammeln, bin ich der Frage nachgegangen, ob Objektive mit geringerem Kontrast sich vorteilhaft auf den schlussendlich darstellbaren Dynamikumfang auswirken.

 

Dabei bildeten sich zwei konträre Standpunkte:

 

- Ja, kontrastarme Optiken "überfordern" den Sensor eher nicht und erhöhen den erfassbaren Dynamikumfang

 

- Nein, verringter Objektivkontrast ist verlorene Information und verringert den Dynamikumfang im Zweifelsfall sogar.

 

 

Ich habe leider kein Studio und so musste ein wenig Samt, eine 50W Halogenleuchte und zwei Hüllen als Experimentierfeld dienen, sorry dafür ;-)

 

Während die linke Hülle durch die Halogenlampe außerhalb des Bildfeldes (kein Gegenlicht!) angestrahlt wurde, schlummert die rechte Hülle abgetrennt von einem mattschwarzem Negativorder in einer knapp 7EV dunkleren Umgebung.

 

Es wurde einmal korrekt auf die helle (1/250s), einmal die dunkle (1/2s) Seite belichtet, ein dritter Schuss erfolgte mit 1/60s um im Zweifelsfall Schattenpartien zu retten, ohne die helle Seite massiv überzubelichten.

 

Alle Aufahmen erfolgten in RAW, entwickelt mit C1 4.52 mit UV/IR-Filter, 160ASA, keine Filterung, gleicher WB/Schärfung etc. und ohne Geli.

 

Nutzung der "High Dynamik Range"-Regler in C1 wie angegeben.

 

Den Part des kontraststarken Objektiv übernimmt ein 1,4/50Asph bei Blende 2, das andere Extrem bildet ein 1954er Summicron 5cm ausziehbar ebenfalls bei Blende 2.

 

Zuerst mit den verschiedenen Belichtungszeiten und zusätzlich mit max. HDR-Einstellung in C1 im Vergleich:

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[georg]

Damit es bei den ganzen Bildern nicht allzu unübersichtlich wird, geht es hier weiter.

 

Das Bild mit 1/60s Belichtungszeit +40 Schatten am HDR-Regler, um die dunkle Seite hervorzuheben (links Summilux 50 Asph, rechts 5cm Summicron):

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[georg]

Wieder links das Asph, rechts das 5cm.

 

Diesmal allerdings die 1/2s-Aufnahme mit +100 Highlight am HDR-Regler, um die linke Seite zu "retten":

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[georg]

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[mjh]

Objektivkontrast ist ein weites Feld … (und der Motivkontrast auch). Ganz grob muss man wenigstens zwischen dem Objektivkontrast bei hohen und niedrigen Ortsfrequenzen unterscheiden. Ein niedriger Kontrast bei hohen Ortsfrequenzen bedeutet, dass das Objektiv nicht sehr scharf zeichnet und daher feine Details verloren gehen. Ein niedriger Kontrast bei niedrigen Ortsfrequenzen bedeutet nur, dass der Bildkontrast insgesamt sinkt, während die Detailzeichnung dennoch in weiten Teilen erhalten bleiben kann. Die Kombination von hohem Kontrast bei hohen Ortsfrequenzen und niedrigem Kontrast bei niedrigen Ortsfrequenzen wäre der Idealfall eines Weichzeichnerobjektivs, bei dem ein scharfes Bild (= hoher Kontrast bei hohen Ortsfrequenzen) von einem neblig-unscharfen Bild (= niedriger Kontrast bei niedrigen Ortsfrequenzen) überlagert wird.

 

Ein niedriger Kontrast bei niedrigen Ortsfreqnzen ebnet die Kontraste im Bild teilweise ein und kann daher dazu beitragen, dass die Helligkeit der Schattenzeichnung so weit angehoben wird, dass sie vom Sensor überhaupt erst registriert werden kann – vorausgesetzt, dass die Auflösung der hohen Ortsfrequenzen hinreichend hoch ist. Dieser Effekt ist allerdings in seiner räumlichen Ausdehnung begrenzt; wenn ein Objektiv selbst so niedrige Ortsfrequenzen kontrastarm abbildet, dass Licht in der einen Bildhälfte noch die Helligkeit in der anderen anhebt, dann müsste man sich schon Sorgen machen.

[georg]

Meine Auffassung:

 

Es gibt "zu kontrastreiche" ebenso wenig wie "zu scharfe" Objektive.

 

Ich kenne durchaus den Eindruck, den sonnige Bilder der M8 + Asph-Optiken erzeugen können: regelrecht knallhart und wenig schmeichelhaft, den "duftigen" Eindruck der 60/70er (das 5cm Summicron ist sicherlich etwas arg extrem) Jahre Leitz-Optiken, diese grundlegende "Gutmütigkeit" der Aufnahmen fehlt. Allerdings geht es mir prinzipiell darum, im Moment der Aufnahme soviel Information in die Rohdaten zu quetschen wie irgendwie möglich - Kontraste abflachen, Farben entsättigen, Schärfe rausnehmen etc. (freilich ohne den "Look" im Sinne von Bokeh etc. älterer Rechnung völlig zu imitieren) lässt sich immer!

 

Mir leuchtete es nie ein, wie ein Objektiv, welches Information "verschluckt" (im Sinne eines geringeren, nicht realen Kontrastes) zu Informationshaltigeren (erfasster Dynamikumfang) Aufnahmen führen könnte. Entsprechende Diskussionen z.B. mit dem geschätzten Sean Reid konnte ich in Ermangelung adäquater Englischkenntnisse nie führen bzw. sie führten aneinander vorbei.

 

Eine klassische, reale Aufnahmesituation wird wohl ähnlichen Effekten unterliegen: heller Himmel "strahlt" in den dunkleren Bereich unterhalb des Horizonts ein und hellt die Szenerie auf. Nur womit? Mit Licht, welches dort nicht hingehört, demnach würde nicht die Helligkeit der Schattenzeichnung erhöht, sondern die Schatte lediglich mit einem aufhellenden "Schleier" überzogen. Der Kontrastumfang sinkt tatsächlich (womöglich auf ein von der Elektronik erfassbares Maß), aber es gibt keinen wirklichen Anstieg von realer Information (weder in Helligkeitsnuancen niedriger Ortsfrequenzen noch von Detailauflösung hoher Frequenzen).

 

Bei der Aufnahme eines Graukeils fällt dies natürlich nicht wirklich auf, man freut sich über die "Aufhellung"/"Abdunklung" der Extrema und setzt dies - fälschlicherweise - mit Bildinformation gleich - so jedenfalls mein Eindruck.

 

Übrigens sieht man bei genauem Hinsehen, dass auch eng beieinanderliegende Bereiche z.B. bei der überstrahlten Hülle der 1/2s-Belichtung beim Asph mehr Zeichnung besitzen.

 

Witzig finde ich, dass die Jpgs des Asph durchgängig größer sind als die des 5cm, was aber sicherlich größtenteils an der Detailzeichnung liegt.

[mjh]

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Kontraste abflachen, Farben entsättigen, Schärfe rausnehmen etc. (freilich ohne den "Look" im Sinne von Bokeh etc. älterer Rechnung völlig zu imitieren) lässt sich immer!

Wenn ein Teil der Tonwerte eines sehr kontrastreichen Motivs den Dynamikumfang des Sensors überfordert, dann sind diese Tonwerte verloren; Du kannst den Kontrast zwar nachträglich verringern, aber die verlorenen Tonwerte kehren deshalb nicht zurück.

 

Mir leuchtete es nie ein, wie ein Objektiv, welches Information "verschluckt" (im Sinne eines geringeren, nicht realen Kontrastes) zu Informationshaltigeren (erfasster Dynamikumfang) Aufnahmen führen könnte. Entsprechende Diskussionen z.B. mit dem geschätzten Sean Reid konnte ich in Ermangelung adäquater Englischkenntnisse nie führen bzw. sie führten aneinander vorbei.

 

Eine klassische, reale Aufnahmesituation wird wohl ähnlichen Effekten unterliegen: heller Himmel "strahlt" in den dunkleren Bereich unterhalb des Horizonts ein und hellt die Szenerie auf. Nur womit? Mit Licht, welches dort nicht hingehört, demnach würde nicht die Helligkeit der Schattenzeichnung erhöht, sondern die Schatte lediglich mit einem aufhellenden "Schleier" überzogen. Der Kontrastumfang sinkt tatsächlich (womöglich auf ein von der Elektronik erfassbares Maß), aber es gibt keinen wirklichen Anstieg von realer Information (weder in Helligkeitsnuancen niedriger Ortsfrequenzen noch von Detailauflösung hoher Frequenzen).

Ich hatte es ja schon in dem Thread drüben im internationalen Forum zu erklären versucht … Licht, das dort nicht hingehört, würde stören, wenn es sich hier um ein scharfes Bild handelte; man erhielte dann eine Art Doppelbelichtung. Hier geht es aber um einen diffusen Schleier, der zum eigentlichen Bild hinzuaddiert wird. Da jedes Pixel zum Licht des scharfen Bildes eine annähernd gleich große Zugabe erhält, bleibt die Detailzeichnung bewahrt, aber die registrierte Lichtmenge steigt.

 

Die Wirkung auf die Kontrastkurve kann man sich so veranschaulichen: Bei einer Aufnahme ohne kontrastminderndes Objektiv ist der Motivkontrast zu groß; belichtet man knapp, so bleibt die Lichterzeichnung bewahrt, aber die Details in den Schatten gehen im Rauschen unter. Belichtet man hingegen reichlich, so bleibt die Schattenzeichnung, aber die Zeichnung in den Lichtern fällt dem Clipping zum Opfer.

 

Nun kommt das (für niedrige Ortsfrequenzen) kontrastarme Objektiv ins Spiel: Der Lichtschleier hebt die Kurve zunächst im Ganzen um einen Sockelbetrag an. Wenn man nun knapp belichtet, um die Lichterzeichnung zu retten, dann flacht sich die Kurve ab, aber die Tonwerte in den Schatten erscheinen immer noch heller als beim kontrastreichen Objektiv und bleiben so oberhalb des Rauschteppichs, der sie verschlucken würde. Im Endeffekt bleiben so Tonwerte erhalten, die bei einer Aufnahme mit dem kontrastreichen Objektiv oben oder unten abgeschnitten würden. Der Preis, der dafür zu zahlen ist, ist ein gewisser Verlust an Tonwertdifferenzierung, aber der ist oft leichter zu verschmerzen (und fiele nach einer Kontrastkorrektur vermutlich gar nicht auf) als ein Totalverlust von Tonwerten in den Lichtern oder Schatten.

 

Sean Reid hatte das schon ganz richtig beschrieben; der Effekt ist real, auch wenn er natürlich kein Allheilmittel für alle kontrastreichen Szenen ist: Wenn die hellsten und dunkelsten Bildteile zu weit voneinander entfernt sind, reicht der Schleier nicht so weit und kann die gewünschte Aufhellung nicht leisten.

[georg]

Ich denke man muss sorgfältig unterscheiden zwischen dem Gesamtkontrast/Tonwerten (z.B. Histogramm für Gesamtbild) und den tatsächlichen Bildinformationen.

Ein kontrastschwaches Objektiv "hebt" dunkle Bildbereiche an, "dunkelt" helle Bereiche ab, was dem begrenzten Dynamikbereich des Aufnahmemediums entgegen kommt - soweit sind wir uns einig. Nur ist der angesprochene Verlust der Tonwertdifferenzierung nicht der Knackpunkt, der die Idee "Sockelanhebung/senkung" in der Praxis zunichte macht?

 

Ich habe nochmal einen Ausschnitt gewählt, der den per HDR-Regler maximal gedämpften hellen Bereich und den direkt daneben liegenden Schattenbereich zeigt. Helle Bereiche sind hoffnungslos ausgefressen und auch im Schatten konnte ich nur mit sanftem Nachregeln (Shadows +20) minimale Tonwerte herstellen. Allerdings wird dieser Bereich deutlich vom "Schleier" des konstrastarmen Summicrons angehoben, er ist heller besitzt aber nicht mehr Information, im Gegenteil, die mangelnde Differenzierung macht aus ihm eine belichtete, aber homogene, graue Fläche:

 

Ich wüsste nicht, wie der Versuchsaufbau geändert werden müsste, um zu gegensätzlichen Ergebnissen zu kommen, hier hat das kontraststarke 50Asph mehr Informationen im Schatten wie auch in den Lichtern gegenüber dem kontrastarmen 5cm Summicron obwohl der Dynamikumfang des Sensors deutlich übertroffen wird.

 

Die Lösung wäre eine Optik, die durch geringen Kontrast bei niedrigen Frequenzen den "Schleier" erzeugt und gleichzeitig durch hohen Kontrast bei hohen Frequenzen die Details differenziert? Wenn man sich aber die MTFs der älteren Leitz-Rechnungen ansieht, dann zeigt sich immer das gleiche Bild im Vergleich zu den neuen Optiken: niedrigerer Kontrast bei hohen UND geringen Frequenzen.

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[mjh]

Ein kontrastschwaches Objektiv "hebt" dunkle Bildbereiche an, "dunkelt" helle Bereiche ab, was dem begrenzten Dynamikbereich des Aufnahmemediums entgegen kommt - soweit sind wir uns einig. Nur ist der angesprochene Verlust der Tonwertdifferenzierung nicht der Knackpunkt, der die Idee "Sockelanhebung/senkung" in der Praxis zunichte macht?

Nein, eigentlich nicht. Nehmen wir an, wir hätten einen bestimmten Sensor mit einem bestimmten Dynamikumfang, dessen Output mit 14 Bit quantisiert wird. Nehmen wir weiterhin an, wir könnten diesen Sensor gegen einen anderen austauschen, der einen um zwei Blendenstufen größeren Dynamikumfang hätte, wobei die Raw-Dateien aber weiterhin nur 14 Bit pro Pixel enthielten (statt, wie es dem gewachsenen Dynamikumfang adäquat wäre, 16 Bit) – das wäre dieselbe Situation. Sicher, wir hätten gerne ein 16-Bit-Raw-Format, aber würden wir den neuen Sensor nicht haben wollen, wenn sich am Raw-Format nichts änderte?

 

Ich habe nochmal einen Ausschnitt gewählt, der den per HDR-Regler maximal gedämpften hellen Bereich und den direkt daneben liegenden Schattenbereich zeigt. Helle Bereiche sind hoffnungslos ausgefressen und auch im Schatten konnte ich nur mit sanftem Nachregeln (Shadows +20) minimale Tonwerte herstellen. Allerdings wird dieser Bereich deutlich vom "Schleier" des konstrastarmen Summicrons angehoben, er ist heller besitzt aber nicht mehr Information, im Gegenteil, die mangelnde Differenzierung macht aus ihm eine belichtete, aber homogene, graue Fläche

Die Bilder zeigen allerdings nur, dass leider auch die hohen Ortsfrequenzen einen geringeren Kontrast haben. Aber das schreibst Du ja auch selbst.

[like_no_other]

Bewußt provokant und einfach gefragt:

 

Die Monitore und vermutlich auch die meisten home printer können nur einen wesentlich geringeren Teil des Dynamikumfangs dessen darstellen, was die DSLRs aufzeichnen können (durch Bildbearbeitung in den Lichtern und Schatten Details 'herausholen' , die man zunächst nicht sah, funktioniert ja schon seit mehreren Kameragenerationen ganz gut) und was der Mensch in der Natur mit seinen Augen und Gehirn wahrzunehmen in der Lage ist.

 

Ferner komprimieren EBV Maßnahmen, die zuviele vom Monitor nicht darstellbare Zeichnungen in Lichtern und/oder Schatten in einem Bild sichtbar machen, in einen zu engen Monitor-Darstellungsbereich, so dass zum Beispiel HDR Aufnahmen zwar "interessant", letztlich jedoch oft unnatürlich wirken.

 

Dennoch entbrennt regelmäßig bei Vorstellung einer neuen Kamera die Diskussion um Testergebnisse an der dritten Nachkommastelle des Dynamikumfangs.

Wäre eine Diskussion über den Darstellungsbereich verschiedener Ausgabegeräte (Monitore oder Drucker) nicht wesentlich ergiebiger, als von einer Kamera mit Dynamikumfang 11,4 wesentlich bessere Ergebnisse zu erwarten als von einer Kamera mit Dynamikumfang 11,2 Blenden? 0,2 von etwas, das der Monitor zunächst nicht darstellen kann, was aber durch EBV in dessen Darstellungsbereich sichtbar gemacht und hineiungepresst werden kann, ist nicht sehr viel?

[mjh]

Die Monitore und vermutlich auch die meisten home printer können nur einen wesentlich geringeren Teil des Dynamikumfangs dessen darstellen, was die DSLRs aufzeichnen können (durch Bildbearbeitung in den Lichtern und Schatten Details 'herausholen' , die man zunächst nicht sah, funktioniert ja schon seit mehreren Kameragenerationen ganz gut) und was der Mensch in der Natur mit seinen Augen und Gehirn wahrzunehmen in der Lage ist.

Der klassische Abzug auf Fotopapier kann auch nur eine Handvoll Blendenstufen darstellen … Das ist aber unerheblich, weil man sehr viel höhere Motivkontraste auf den Kontrast komprimieren kann, den das Wiedergabemedium darstellen kann; damit bleiben alle von der Kamera erfassten Tonwerte erhalten. Das ist fotografischer Alltag, seit es Fotografie gibt (in der analogen Fotografie greift man dazu auf die jeweils optimale Gradation zurück oder reduziert den Kontrast durch Abwedeln und/oder Nachbelichten, aber wem sage ich das).

 

Für den Dynamikumfang, den eine Kamera bewältigen kann, interessiert man sich hingegen deshalb, weil eine Zeichnung in den Lichtern oder Schatten, die außerhalb des vom Sensor registrierten Tonwertspektrums liegt, verloren ist. Das ist das Problem, und nicht die triviale Tatsache, dass Fotos fast nie denselben Kontrast wie das Motiv zeigen.