Notizen zur Kamera-Technik

Die digitale Kamera zeichnet Licht mittels digitalem Sensor auf. Will man gezielt bestimmte Effekte bei der Aufnahme erzeugen bzw. verhindern, hilft die Kenntnis der wesentlichen technischen Einflussfaktoren und Zusammenhänge. Dieser Artikel stellt meine Notizen zu diesem Thema vor.

Exposure Value

Die Lichtmenge die auf den Sensor trifft, wird als engl. Exposure Value (EV) bzw. Lichtwert (LW) gemessen.

Die Blendeneinstellung des Kamera-Objektivs gibt die Blendenöffnung vor. Damit beeinflusst sie den EV direkt. Die Dauer der "Bestrahlung des Sensors" (Zeit) spielt eine Rolle, und via ISO-Einstellung ist darüber hinaus die Stärke des Sensor-Ausgangssignals beeinflussbar.

ISO-, Blenden- und Belichtungszeiteinstellungsstufen sind so normiert, dass sie die Belichtung mit jeder Stufe rechnerisch verdoppeln oder halbieren. Auf diese Weise kann die Veränderung eines Parameters durch die gegenläufige Veränderung eines oder der beiden anderen ausgeglichen werden.

So läßt sich beispielsweise eine EV-Stufe längere Belichtungszeit durch das Schliessen der Blende um eine Stufe oder Halbierung des ISO-Wertes ausgleichen.

Die Pentax K-5 bietet über die Custom-Funktion "C1-1 LW-Stufen" die Konfiguration in Halb- oder Drittelstufen. Mit der Custom-Funktion "C1-2 Empfindlichkeitsstufen" kann darüber hinaus die Granularität für ISO-Stufen separat vorgegeben werden. Meine Einstellungen sind Drittelstufen und ISO nach LW-Stufen. Die ISO-Einstellung bietet somit ebenfalls Drittelstufen.

Dies gestattet die einfache Gegenrechnung des EV- bzw. LW-Ausgleichs zwischen Zeit-, Blende- und ISO-Einstellung.

Im folgenden gehe ich näher auf Belichtungsmessung, Belichtungszeit, Blende und ISO ein.

Belichtungsmessung

Eine Belichtung wird als korrekt angesehen, wenn der Mittelwert über alle Helligkeitsmesswerte einem mittleren Grau (17,68% = ~18%, im Zonensystem Stufe 5 nach Ansel Adams) entspricht. Die meisten Kamerabelichtungsmesser sind auf diesen Referenzwert kalibriert.

Belichtungsautomatiken (Programme) versuchen diesen Referenzwert als Mittelwert für die Belichtung zu erreichen. 

Entspricht die durchschnittliche Helligkeit (Grauwert) des Bildes nicht diesem mittleren Grau, werden alle Helligkeitswerte des Bildes durch Veränderung der "freien" Parameter ISO, Zeit, Blende so angepaßt, dass dies der Fall ist. 

Die Helligkeitswerte werden bei allen Belichtungsmessmethoden (siehe unten) im Histogramm am Referenzwert (Mitte des Histogramms) ausgerichtet und auf dem Kamera-Display im Live View-Modus angezeigt. Dies trifft allerdings nur zu, wenn die Kamera entsprechend konfiguriert ist.

Aufgrund der kamera-internen Anpassung der Helligkeitsmesswerte entsprechend mittlerem Grau kann es vorkommen, dass bildwichtige Details unter- oder überblichtet erscheinen. 

In diesen Fällen sollte der Fotograf die automatisch berechnete Belichtungszeit manuell über die Belichtungskorrekturfunktion der Kamera geeignet korrigieren. Die manuelle Korrektur wird durch Verschiebung des Helligkeitsprofils nach links oder rechts im Histogramm des Live View sichtbar. Der Grad der Korrektur zeigt an, wie stark die Automatik "daneben" liegt. 

Bei starken Korrekturen macht es ggf. Sinn, die Belichtungsmessmethode zu wechseln. Denn der durch die Kamera berechnete durchschnittliche Helligkeitswert des Bildes basiert auf der verwendeten Mess- bzw. Berechnungsmethode Mehrfeld-, Integral- oder Spot-Messung.

Bei der Mehrfeldmessung teilt die Kamera das Bild in eine Vielzahl an Meßfeldern auf. Die Messungen werden dann gemittelt. Sie verhindert, dass einzelne Bereiche des Bildes überbewertet werden.

Die Integralmessung gewichtet die Messwerte der Bildmitte am stärksten und die Meßpunkte zu den Rändern hin immer schwächer. Sie wird oft in der Landschaftsfotografie eingesetzt.

Die Spotmessung mißt und bewertet einen sehr kleinen im Sucher markierten Bildausschnitt. Sie findet Anwendung, um bildwichtige Details "anzumessen". Der Fotograf visiert den entsprechenden Bildbereich an und speichert den Messwert per AE-L bzw. *-Taste gefolgt von der Wahl des Bildausschnitts mit anschliessendem Auslösen der Aufnahme.

Je nach Helligkeitsverteilung können die Messmethoden sehr unterschiedliche Meßwerte liefern. Daher kommt der Bewertung des Szenariums und der dafür geeigneten Auswahl der Messmethode sehr grosse Bedeutung zu.

ISO

Mit den ISO-Werten, der "Empfindlichkeit" des Sensors, verhält es sich genau umgekehrt zu den Blenden. Verdopplung führt zur rechnerischen Erhöhung des Lichtwertes um ein EV.

25 - 50 - 100 - 200 - 400 - 800 - 1600 - 3200 - 6400 - 12800 - 25600 - 51200 (max. Pentax K-5, Nikon 810) - 102400 (max. Canon 6D) - 204800 (max. Pentax 645Z) - 409600 (max. Sony 7s)

Abhängig von der Temperatur tritt bei höheren ISO-Einstellungen verstärkt Bildrauschen auf.

Blende

Die wesentliche Funktion der Blende ist die Möglichkeit mit Schärfentiefe Bilder bewusst zu gestalten. Je kleiner der Blendenwert, desto offener die Blendenöffnung des Objektivs und desto geringer die Schärfentiefe. Erhöhung des Blendenwerts verkleinert die Blendenöffnung. Dies hat zur Folge, dass weniger Licht auf den Sensor gelangt. Konkret sieht das wie folgt aus.

Bei gegebener Belichtungszeit und stufenweiser Erhöhung der Blendenzahl verdoppelt sich die Belichtungszeit. Das die Blende passierende Licht wird halbiert. Die Blende ergibt sich durch Multiplikation der letzten Blende mit Wurzel 2. Die Blendenwerte sind gerundete Werte.

Dabei entspricht jede Blendenstufe rechnerisch der Reduktion des Lichtwertes um ein EV:

f/1 - f/1.4 - f/2 - f/2.8 - f/4 - f/5.6 - f/8 - f/11 - f/16 - f/22 - f/32 - f/45.

Blendenwerte von Objektiven können auch Halb- oder Drittelstufen entsprechen, z.B. Blendenöffnung 1.7 und 7.1 beim Pentax f1.7/50mm.

In Abhängigkeit von Sensor- und Pixelgrösse tritt bei hohen Blendenwerten Beugungsunschärfe auf.

Belichtungszeit

Die Belichtungszeit wird in folgenden Stufen vorgegeben. Jede Stufe entspricht rechnerisch einem  EV:

1/8000 - 1/4000 - 1/2000 - 1/1000 - 1/500 - 1/250 - 1/125 - 1/60 - 1/30 - 1/15 - 1/8 - 1/4 - 1/2 - 1 - 2 - 4 - 8 - 15 - 30.

An Kameras werden meist auch Halb- und/oder Drittelschritte als Zwischenwerte angeboten.

Für Langzeitbelichtungen grösser 30 Sekunden ist das Belichtungsprogramm Bulb zu wählen. Hier steuert der Fotograf die Belichtungszeit per Fernauslöser manuell oder via Timer.

Belichtungsprogramme der Kamera

Je nach Situation bietet es sich an, eine geeignete Programmautomatik zu verwenden.

P: Programm-Automatik

Kamera berechnet optimale ISO-Zeit-Blenden-Kombination.

Sv: Programmautomatik mit Vorgabe der ISO-Einstellung

Kamera berechnet optimale Zeit-/Blenden-Kombination. Im Grunde entspricht dieses Programm der Programm-Automatik analoger Spiegelreflex-Kameras. Die Empfindlichkeit wird bei diesen Kameras durch den eingelegten Film vorgegeben.

Av: Zeit-Automatik

ISO-Einstellung und Blende werden vorgeben. Kamera berechnet Zeit. Mein Standard-Programm für bewusste fotografische Gestaltung von Aufnahmen mittels Schärfentiefe.

Tv: Blenden-Automatik

ISO-Einstellung und Zeit werden vorgegeben. Kamera berechnet Blende.

TAv: ISO-Automatik bei Vorgabe von Zeit und Blende

Blende und Zeit werden vorgegeben. Kamera berechnet ISO. Verwende ich oft für Sportaufnahmen, bei denen die Zeit zur Darstellung von Bewegungsunschärfe und gleichzeite Freistellung des Objekts über vordefinierte Schärfentiefe wichtig ist.

M: Manuell

Blende, Zeit und ISO werden manuell vorgegeben und manuell über Kontrolle der Belichtungsanzeige zur korrekten Belichtung geführt. Verwende ich für Langzeitaufnahmen und bei Einsatz manueller Objektive (Nähres hierzu in meinem Blog-Beitrag "Altglas an der Pentax-Kamera").

B: Bulb

Wie das Programm Manuell, nur dass hier der Fotograf die Belichtungszeit per Fernauslöser manuell oder via Timer steuert. 

X: Blitzsynchronisation

Der Blitz wird manuell über feste Zeit synchronisiert. Bei der Pentax K-5 ist das eine 1/180 Sekunde.