Schärfentieferechner für den Makrobereich

Schärfentieferechner für den Makrobereich

Update 17.12.2020
Neue Kameramodelle. Bei Kamerauswahl wird nun automatisch die Senorgröße in px sowie der Pixelpitch eingetragen.
Update 18.11.2020
Fehlerbehebung: bei Übernahme der förderlichen Blende wird nun automatisch aktualisiert
Neues Feature: der Zerstreuungskreisdurchmesser lässt sich nun anpassen.
Update 25.09.2020
Nun gibt es die förderliche Blende, die Berechnung der Schärfentiefe und die Anzahl der Bilder zum Focus Stacking für Ihre Kamera auch als Tabelle im praktischen Hosentaschen-Format zum Mitnehmen: Individuelle Schärfentiefetabelle für die Makrofotografie

Warum ein weiterer Rechner?

Wenn man nach Makrorechnern im Internet sucht, wird man auch schnell fündig.
Allerdings sind viele dieser Makrorechner meiner Ansicht nach
  • schlecht bedienbar oder unübersichtlich
  • nicht für den Makrobereich optimiert
  • oder benötigen Informationen, an die heranzukommen etwas aufwändiger ist
Deshalb war es mein Ziel, einen Rechner zu erstellen, der auf den Makrobereich spezialisiert ist, der besser bedienbar und übersichtlicher ist und nur Informationen benötigt, die man einfach auf seiner Kamera bzw. seinem (Makro-)Objektiv nachlesen kann. Für das Ergebnis habe mich auf relevante Informationen wie förderliche Blende, Schärfentiefe und Anzahl der Bilder und Größe des Vorschubs für einen Makroschlitten beschränkt, wenn man stacken muss, weil die Tiefenschärfe ansonsten nicht ausreicht.

Errechnen der förderlicher Blende, der Schärfentiefe & Mindestanzahl der Bilder zum Focus Stacking

Der Makrorechner ist selbstausführend: Alle Werte aktualisieren sich, sobald Eingaben geändert oder die Schieberegler bedient werden.
Kamera / Sensor (1)
mm
mm
x
Abbildungsmaßstab (2) des Objektivs incl. Auszugverlängerung und Nahlinsen
Anpassung des Zerstreuungskreises (3)
1/
von
mm
µm
px
x
px
µm
(Die Sensorauflösung fließt nicht in die Berechnung ein, sondern dient nur als Vergleich bei Änderung des Zertreuungskreises.)
förderliche Blende (4)
f/
Schärfentiefe / Focus Stacking
mm
mm
Mindestanzahl Bilder bei angegebenen Abbildungsmaßstab und 20% Überlappung
Vorschub bei 0 Quellbildern und 20% Überlappung
mm
mm

Was bedeutet was?

(1) Kamera / Sensor

Die Formate Vollformat, APS-C und DX, ... bezeichnen eher Größenverhältnisse als exakte Größenangaben. Die Sensoren einzelner Kameras mit vermeintlich gleicher Sensorgröße können sich hierbei in den Abmessungen um Bruchteile von Millimetern unterscheiden. So hat z.B. NIKON in seinen Halbformat-Kameras z.B. Sensorgrößen wie 23.1x15.4, 23.2x15.4, 23.5x15.6 23.6x15.8, 23.7x15.7 verbaut. Diese - wenn auch kleinen - Unterschiede haben trotzdem einen Einfluss auf die resultierende Tiefenschärfe. Wer also ein exakteres Ergebnis möchte, sollte - sofern vorhanden - sein Kameramodell aus der Liste wählen.

(2) angepasster Zerstreuungskreis

Zerstreuungskreis

Bei Unschärfe im Bild, sei es durch Beugungsunschärfe oder auch wenn die Abbildung eines Punktes vor oder hinter der Sensorebene liegt, wandelt sich ein idealer Punkt in eine Scheibe. Diese Scheibe wird als Zerstreuungskreis bezeichnet. Die Größe des Zerstreuungskreises ergibt aus dem mittleren Auflösungsvermögen unseres Auges und wird standardmäßig mit 1/1500 der Sensordiagonalen angegeben.
In manchen Fällen kann es aber sinnvoll sein, den Zerstreuungskreis auch kleiner anzugeben: wenn man z.B. einen Sensor mit hoher Pixeldichte besitzt, sehr scharfe Linsen nutzt und man einen Bildausschnitt stark vergrößern möchte. Aus diesem Grund lassen sich unterschiedliche Zerstreuungskreise einstellen. Eine Änderung hat Einfluß auf Tiefenschärfe und förderliche Blende.

Sensorauflösung / Pixelpitch

Zum Abschätzen, ob sich eine Änderung überhaupt lohnt, besteht die Möglichkeit die Sensorauflösung in Pixel der Kamera einzugeben und die Pixelgröße (Pixelpitch) zu erhalten. Die Berechnung des Pixelpitchs ist nur eine Hilfestellung, um den Wert mit dem Zertreuungskreisdurchmesser zu vergleichen und hat keinen Einfluss auf die Berechnungen! Die Eingabe eines Wertes (Breite oder Höhe) genügt. Bei Angabe von beiden Werten wird der Mittelwert berechnet.
s. Zerstreuungskreis

(3) Abbildungsmaßstab

Der Abbildungsmaßstab lässt sich bei den meisten Makroobjektiven am Objektiv ablesen: Er befindet sich in einer zusätzlichen Zeile bei den Entfernungseinstellungen am Objektiv.

Ich kann die Zeile "Abbildungsmaßstab" bei meinem Objektiv nicht finden

Entweder es handelt sich um ein älteres Modell oder um kein reguläres Makro-Objektiv. Manche Zoom-Objektive haben bei der Objektivbezeichnung den Zusatz "Makro". Dies bedeutet, dass die Naheinstellgrenze gering genug ist, dass sich dann ein Abbildungsmaßstab ergibt, der kleiner als 1:10 ist. Trotzdem handelt es sich hier nicht um Objektive, die für nahe Entfernungen optimiert sind, wie sie in der Makrofotografie benötigt werden.

(4) förderliche Blende

In der Makrofotografie möchte man meist eine möglichst hohe Schärfentiefe erreichen, um das Motiv vollständig scharf abzubilden. Dies wird mit Abblenden durch die Wahl einer kleinen Blendenöffnung erreicht, da die Schärfentiefe grundsätzlich mit dem Schließen der Blende zunimmt. Beim Schließen der Blende treten allerdings die Effekte der Beugungsunschärfe stärker auf, die dem möglichen Gewinn an Schärfentiefe wieder gegenläufig sind. In vielen Fällen ist daher ein Kompromiss zwischen Schärfentiefe und Beugungsunschärfe erforderlich. Dieser Kompromiss wird auch förderliche Blende oder optimale Blende genannt.

(5) Überlappung der Quellbilder beim Focus Stacking

Beim Focus Stacking sollte eine Überlappung der Schärfeebenen der Quellbilder von mindestens 20% vorliegen. So ist sichergestellt, dass die Bilder durch Focus Stacking Programme nahtlos zusammengefügt werden können.

(6) (7) Vorschub

Falls man nicht spezielle Programme oder Apps wie Helicon Remote, qDslrDashboard oder ähnliche benutzt, die dafür sorgen, dass sich Makroobjektiv automatisch schrittweise die Schärfeebene verstellt, gibt es zwei Wege um Bilder für eine Satcking zu sammeln: man bewegt das Motiv auf die Kamera zu oder die Kamera auf das Motiv. Hat sich bei ersterem der Kreuztisch von Proxxon als günstige Lösung bewährt, ist es bei der zweiten Variante der Makroschlitten, auf dem die Kamera Schritt-für-Schritt vorbewegt wird.
Bei beiden Varianten muss man jedoch wissen, wie weit man den Tisch bzw. den Schlitten vorbewegen muss, um auf die ausreichende Bildanzahl für ein Stacking zu kommen.
Der (5) minimale Vorschub ist die Weite, die man den Tisch oder Schlitten mindestens bewegen muss, um auf die erforderliche Anzahl von Quellbildern zu kommen.
Der (6) optimale Vorschub ist höher und der Mittelwert aus dem minimalen Vorschub und dem größtmöglichen Vorschub, um auf die Anzahl der Bilder bei der gegebenen Überlappung zu kommen.

Tipps & Tricks

Ich benutze ein Objektiv in Retrostellung, das ich direkt an die Kamera angschlossen habe. Wie groß ist mein Abbildungsmaßstab?

Der Abbildungsmaßstab bei der Nutzung von Retroadaptern lässt sich aus dem markenspezifischen Auflagemaß der Kamera und der Brennweite des genutzten Objektivs errechnen. Zu dem Wert des Auflagemaßes ( eine Liste findet man hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Auflagemaß) kann man noch grob 1cm für den Retroadapter einrechnen.

Der Abbildungsmaßstab ergibt sich dann aus:
(Auflagemaß + Retroadapter)[mm] / Brennweite[mm]

Beispiel:
Auflagemaß NIKON F: 46,5mm + Retroadapter 10mm = 56,5mm
Das in Retrostellung genutzte Objektiv hat die Brennweite 28mm
Es ergibt sich ein Abbildungsmaßstab von 56,5 / 28 = ~ 2:1

Ich benutze ein Objektiv in Retrostellung, das ich auf ein weiteres Objektiv geschraubt habe, welches in Normalstellung an meiner Kamera angeschlossen ist. Wie groß ist mein Abbildungsmaßstab?

Der Abbildungsmaßstab diese Aufbaus lässt sich einfach aus den Brennweiten der beiden genutzten Objektive berechnen:

Brennweite des Obj. in Normalstellung / Brennweite des Obj. in Retrostellung

Beispiel:
Das in Normalstellung genutzte Objektiv hat die Brennweite 100mm.
Das in Retrostellung genutzte Objektiv hat die Brennweite 28mm.
Es ergibt sich ein Abbildungsmaßstab von 100 / 28 = ~ 3,5:1