Der Digitaltest Objektive -Testverfahren 1.4

Die Siemenssterne

Zur Bestimmung von Auflösung und Kontrast hat unser Testinstitut ImageEngineering zusammen mit dem Lehrstuhl für physikalische Optik an der Fachhochschule Köln ein spezielles Messverfahren entwickelt. Das Messverfahren verwendet neun über das Bildfeld verteilte Siemenssterne mit sinusförmigen Flanken und ermittelt mit Hilfe des "Fit-Verfahrens" die Modulationsübertragungsfunktion MTF. Dabei bestimmt das Labor über alle auslesbaren Frequenzen, wie hoch der Kontrast zwischen dunklen und hellen Linien ist. Dieser Kontrast nimmt im Bild mit zunehmender Frequenz, also feineren Details, ab, obwohl der Kontrast des Motivs gleich bleibt. Bei einem Kontrast von 10% sind die Details für das Auge dann nicht mehr erkennbar, ist die Grenzfrequenz, also die maximale Auflösung erreicht. ImageEngineering bestimmt die Grenzfrequenz (Kontrast fällt auf 10%) für acht Richtungen eines jeden Sterns. Je nach Anordnung der Pixel, kann in den diagonalen oder den waagerechten und senkrechten Segmenten (Fuji Super CCD) die Nyquistgrenze um circa 40 % überschritten werden. Die maximale gemittelte Grenzauflösung kann so Nyquist plus 20 % betragen. Bei neun Sternen, die in vier unterschiedlichen Entfernungen zur Bildmitte stehen, vermitteln diese Werte ein exaktes Bild von der Leistungsfähigkeit von Kamera und Objektiv.

Das ganze Verfahren steht und fällt natürlich mit absolut optimal fokussierten Aufnahmen. Angesicht anhaltender Probleme mit den Autofokussystemen, ist das Labor deswegen auf manuelle Schärfereihen ausgewichen. Für jede Berechnung wird aus zwei Serien mit je fünfzehn bis zwanzig Fotos immer das schärfste ausgesucht und ausgewertet. Im Zweifelsfall folgt eine dritte Serie. Das macht je Zoom bei drei Brennweiten zwei Blenden- und zwei Nachschärfungswerten bis zu 720 Aufnahmen. So muss das Labor bei einem Zoomobjektiv bis zu 2 Millionen Messwerte erzeugen und auswerten; was vier Stunden reiner Rechenzeit entspricht.

Mit geringster und Standard-Nachschärfung

Beim Digitaltest Objektive reduzieren wir die Nachschärfung in der Kamera zunächst auf den niedrigsten einstellbaren Wert. So hängen die Resultate des ersten Testdurchlaufs möglichst stark vom Objektiv ab. Allerdings sind diese Ergebnisse nur mit den Werten anderer Objektivmessungen am selben Kameratyp vergleichbar. Ein Vergleich mit den Testergebnissen an anderen Kameratypen macht dagegen meist keinen Sinn, da die "niedrigste Nachschärfung" je nach Kamera was ganz anders bedeuten kann. Manches Modell zieht auch in der Minimaleinstellung die Schärfe deutlich nach oben.

Wir erfassen deshalb in einem zweiten Durchlauf nocheinmal die Messwerte für Kontrast und Schärfe nun aber in der Standardeinstellung mit eingeschalteter Nachschärfung. Diese Werte sind dann auch über die verschiedenen Kameras hinweg miteinander vergleichbar und werden seit Heft 5/2004 bepunktet, um Mißverständnisse zu vermeiden. Auffällig sind die hohen Kontrastwerte über 1 (100 Prozent). Hier verstärken die Kameras den Bildkontrast über den Motivkontrast hinaus. Die Bildbearbeitung in der Kamera spielt nun also eine wesentlich größere Rolle als bei der geringsten Nachschärfung. Fehlende Details kann zwar kein Algorithmus herbei rechnen, aber durchaus kontrastarmen Bereichen deutlich mehr Brillanz verleihen.

Auflösung

Wir bestimmen bei einem Zoom für jede der drei gemessenen Brennweiten je vier Auflösungswerte: bei niedrigster Nachschärfung und bei Standard-Nachschärfung, mit offener Blende und bei zweimal geschlossener Blende. Da die bildwichtigen Informationen meistens in der Bildmitte sind, gehen die Bildränder mit 33% und das Bildzentrum mit 66% in die abgedruckten Grenzfrequenzen ein. Zur Berechnung der Punkte nutzen wir jedoch nur die beiden Messwerte bei Standard-Nachschärfung.

Kontrast

Die über die Siemenssterne gewonnenen MTF-Kurven drucken wir zu jedem Objektiv in den Diagrammen ab und zeigen so die Kontrastverluste bei feineren Bilddetails. Darüber hinaus drucken wir diskrete Werte in der Tabelle ab: In der Tabelle finden Sie bei einem Zoom für alle drei Brennweiten je zwei Zahlenreihen mit Kontrastwerten:In der ersten Reihe stehen immer drei Kontrastwerte für 200, 400 und 600 Linienpaaren/ Bildhöhe gemittelt über das offene und zweimal abgeblendete Objektiv bei geringster Nachschärfung. Die drei Kontrastwerte in der zweite Reihe sind bei Standard-Nachschärfung ermittelt. Da die Kameras in der Standardeinstellung den Kontrast anheben, um den Bildeindruck zu verbessern, kann der Kontrast partiell auf über 100% steigen. Grundsätzlich wird der niedrigere Randkontrast mit 33% gegenüber der Bildmitte mit 66% gewichtet.

Der Punktewert bezieht sich auf die Messung mit Nachschärfung.Allerdings nutzen wir nicht die abgedruckten diskreten Messwerte sondern werten den gesamten Kurvenverlauf aus: Wir bestimmen die Flächen unter vier Kontrastkurven (Integral) für den mittleren Stern sowie die Ecksterne bei offenem und zweimal abgeblendetem Objektiv. Dabei geht die Mitte mit 66 Prozent und der Rand mit 33 Prozent in die Punktewertung ein. Das Verhältnis offene zu abgeblendete Messung beträgt 1:1. Nicht berücksichtigt werden Kurvensegmente über 100 Prozent Kontrast.

Zentrierung

Die MTF-Werte der Sterne in den Ecken lassen Rückschlüsse auf die Zentrierung des Objektivs zu. Wenn alle vier Ecksterne gleiche Kontrastwerte liefern, ist das Objektiv sehr gut zentriert. Weichen die Messergeb-nisse voneinander ab, ist das ein Indiz für eine schlechte Zentrierung; rechts liefert das Objektiv dann beispiels-weise eine niedrigere Auflösung als links. ImageEngineering bestimmt die Zentrierung bei einer Frequenz von 300 Lp/Bildhöhe. Bei Zentrierfehlern über 15 Prozent, werten wir das Objektiv um einen Punkte ab, ab 20 Prozent um drei Punkte.

Vignettierung

Zahlreiche Objektive bilden die Bildecken dunkler ab als die Bildmitte. Diese Vignettierung fällt bei gleichmäßigen Flächen besonders krass auf, wenn etwa eine einheitlich graue Fläche in den Ecken dunkle Ränder bekommt. Zur Messung der Randabschattung wird ein Milchglas über die Spezialbeleuchtung einer Ulbrichtschen Kugel extrem gleichmäßig ausleuchtet. Bei Zoomobjektiven bestimmt das Labor die Vignettierung für drei Brennweiten und je zwei Blenden in Unendlichstellung an jeweils 1200 Stellen im Bild. Die Abdunklung durch die Vignettierung gibt das Labor in Blenden an.

Verzeichnung

Gerade Linien am Rand des Motivs werden häufig in der Abbildung auf- oder abgebogen. Auch ein Rechteckmuster bleibt kein Rechteck, sondern bekommt eine tonnen- oder kissenförmige Struktur. Das Labor bestimmt die Stärke dieses Effektes über das Verhältnis der Durchbiegung einer Linie am Bildrand zur gesamten Bildhöhe. DieseArt der Angabe wird auch als TV-Verzeichnung bezeichnet. Im Fall eines Zooms ermitteln wir die TV-Verzeichnung für drei Brennweiten. Da die Verzeichnung nicht von der Blende abhängt, gibt es keine getrennten Messungen offen und abgeblendet.

Linienpaare/Bildhöhe (LP/BH)

Bei Kleinbildobjektiven wird die Auflösung in "Linienpaare je mm" angegeben. Löst ein Objektiv 50 LP/mm auf, sind dies bei einem KB-Dia mit 24 mm Höhe: 24 mm x 50 Lp/mm = 1200 LP - also insgesamt 1200 unterscheidbare Schwarz-Weiß-Linien über die Höhe des gesamten Dias. Für Digitalkameras macht die Angabe "Linienpaare je mm" keinen Sinn, da die Sensoren unterschiedlich hoch sind. Bei einem 10 mm hohen Sensor entsprechen 50 LP/mm 500 unterscheidbaren Schwarz-Weiß-Linien. Ist der Sensor 20 mm hoch, entsprechen 50 Lp/mm 1000 unterscheidbaren Schwarz-Weiß-Linien. Stattdessen hat sich der Begriff "Linienpaare je Bildhöhe" etabliert: Eine Sensor-/ Objektiv-Kombination mit 900 LP/ BH unterscheidet 900 Schwarz-Weiß-Linien über die gsamte Bildhöhe. Dabei ist es egal, ob der Sensor 10 oder 20 mm hoch ist oder der Ausdruck eine Höhe von 5 oder 50cm hat.

Der Digitaltest Objektive im Überblick

Das Labor bestimmt für jedes Kamera/Objektiv-System folgende Messwerte:

- maximales Auflösungsvermögen für drei Brennweiten an 9 verschiedenen Stellen im Bild bei zwei Blenden mit geringster und Standard-Nachschärfung

- Kontrastübertragung bei immer feineren Strukturen für drei Brennweiten an 9 verschiedenen Stellen im Bild bei zwei Blenden mit geringster und Standard-Nachschärfung

- Zentrierung für drei Brennweiten

- Vignettierung für drei Brennweiten an 1200 Stellen im Bild bei zwei Blenden

- Verzeichnung für drei Brennweiten. (Im Fall von Festbrennweiten führt das Labor die Messungen natürlich nicht bei drei, sondern bei einer Brennweite durch.)