#1

Auflösungsreduktion durch Erschütterung

in Hardware 23.08.2018 13:22
von Kurt | 1.837 Beiträge

Hallo
Auf der Suche nach Schärfe und hoher Auflösung stösst man auf das Problem der Erschütterungen während des Belichtens.
Bewegt sich das Objekt zur Kamera, die mit einem 1/125 Sek auslöst bei einem Abbildungsmasstab von 1:10, um eine Pixel Breite,
dann sinkt die Auflösung um 50%.
Der Chip einer Nikon D7000 hat eine Breite von 23.6mm mit 4928 Pixel.
Die Breite eines Pixels ist somit 23.6 mm / 4'928 = 0.00479mm also etwa 4,8 Mikrometer.
Bei einem Abbildungsmassstab von 1:10 bildet ein Pixel eine Fläche ab die in Realität eine Breite von 48 Mikrometer hat.
Verschiebt sich nun die Kamera zum Objekt während 1/125 Sek um 48 Mikrometer, dann sinkt die Auflösung auf die Hälfte.
Dies entspricht einer Geschwindigkeit von 21,6 Meter/Stunde.
Die Geschwindigkeit einer Schnecke ist etwa 7 Meter/Stunde.
Bewegt sich ein Gegenstand zur Kamera (oder umgekehrt) mit dreifacher Schneckengeschwindigkeit, so sinkt die Auflösung auf 50%.
Um solche Verwackelung zu verhindern, wird die Kamera auf einem Stativ befestigt, das Objekt fixiert (oder bei Windstille fotografiert)
und ev. ein Bohnensack auf die Kamera oder Optik gelegt, ein Fernauslöser wird verwendet.
Weitere Erschütterungen von viel höherer Geschwindigkeit erzeugt die Kamera selber.
Das Spiegelhochklappen erschüttert die Kamera, kann aber eine Sekunde vor der Belichtung erfolgen.
Diese Erschütterung (Nikon D7000) dauert etwa 0,25 Sekunden.
Die nächste Erschütterung (Verschluss öffnen) ist etwa halb so stark wie das Spiegelhochklappen,
dauert aber nur 0.12 Sekunden (halb so lang wie die Spiegelerschütterung) bis zur völligen Ruhe. 0.12 Sekunde entspricht 1/8 Sekunde.
Die stärkste Erschütterung dauert 0.03 Sekunden (1/33 Sek.) danach sinkt sie kontinuierlich ab und nach 0.12 Sekunde ist Ruhe.
Daraus zeigt sich, dass es Sinnvoll ist den Blitz am Ende der Belichtungszeit auszulösen.
Wird nicht geblitzt, dann ist bei einer Belichtungszeit von 1/33 Sek.
die ganze Belichtungszeit die hauptsächliche (stärkste) Erschütterung des Verschlusses vorhanden.
Belichtet man mit 1/8 Sekunde dann wäre die Haupterschütterung nur 1/4tel der Belichtungszeit und somit müsste die Auflösung besser sein!?
Jedoch ist es nicht eine Bewegung in einer Richtung, sondern um einen Punkt herum,
um wie viel Pixelbreite sich der maximale Ausschlag bewegt, konnte ich bis jetzt nicht fest stellen.
Um zu sehen, wie sich diese Erschütterung auf die Auflösung auswirkt habe ich die Auflösung bei unterschiedlicher Belichtungsdauer gemessen.
Sowohl die Kamera, wie auch das Objekt sind fix montiert.
Um für mich massgebende Resultate zu erhalten habe ich ein Abbildungsmassstab von 2:1 gewählt,
hier sollte sich eine Verwackelung eher zeigen wie gross sie ist, wie bei einem Abbildungsmassstab von 1:10.

Die Messresultate:
Bei einer Belichtungszeit von 5 Sekunden bis 1/8 Sek. beträgt die maximale Auflösung 160 Zeilenpaare pro mm.
Bei 1/15 Sek. 125 Zeilenpaare
Bei 1/30 Sek. sind es nur noch 110 Zeilenpaare!
Bei 1/60 und 1/125 Sek. sind es 125 Zeilenpaare.
Bei 1/250 bis 1/500 Sek. sind es 160 Zeilenpaare.
Bei 1/1'000 bis 1/2'000 Sek. sind es 180 Zeilenpaare.
Bei 1/4'000 bis 1/8'000 Sek. sind es 160 Zeilenpaare.
Mit Blitz sind es durchweg 180 Zeilenpaare.
Bei der kurzen Belichtungszeit mit Blitz ist die Erschütterung an wenigsten spürbar.
Hier wird die maximale Auflösung von 180 Zeilenpaare erreicht
Ohne Blitz ist die gute Auflösung von 160 Zeilenpaare bei 1/8 Sekunde und länger zu erreichen
und ebenfalls auch bei einer Belichtungszeit von 1/250 bis 1/500 Sekunde.
Bei einer Belichtungszeit von 1/1'000 bis 1/2'000 wird die maximale Auflösung von 180 Zeilenpaare erreicht.
Bei 1/4'000 bis 1/8'000 Sekunde sinkt die Auflösung wieder auf 160 Zeilenpaare.
Bei diesen extrem kurzen Zeiten ist der Schlitz des Verschlusses extrem schmal. Bei 1/4'000 Sek. ist der Schlitz etwa 1mm hoch
und bei 1/8'000 nur noch 0.5mm, dadurch entsteht vermutlich Beugungsunschärfe an den Schlitzkanten.
Am meisten wackelt die Kamera bei 1/30 Sekunde, da ist die Auflösung am geringsten.
Die höchste gemessene Auflösung beträgt 180 Zeilenpaare, die niedrigste ist bei 110 Zeilenpaare, das sind nur noch 61%!

Meine Messungen basieren auf Vergleichsmesswerten und haben somit keine Relevanz
für Vergleiche mit anderen Messungen ausserhalb meiner Messanordnung und Beurteilung.
So gelten die Werte auch nur für mein Exemplar einer Nikon D7000!

Beim Bild_111.jpg sieht man den ganzen Ablauf.
Die obere Kurve zeigt den negativen Ausschlag des Blitzes (rechts am Ende des markierten Bereiches).
Die untere Kurve zeigt die Erschütterung der Kamera.
Von etwa 1.60 bis 1.95 die Erschütterung des Spiegel hoch klappen, eine Sekunde vor Auslösung.
Der dunkel markierte Bereich zeigt die Belichtungszeit von 1/8 Sekunde.
Links die Erschütterung durch das öffnen des Verschlusses, diese Erschütterung dauert etwa 2/3 der Belichtungszeit.
Rechts neben dem dunklen Bereich folgt die Erschütterung durch das Schliessen des Verschlusses und das Herunterklappen des Spiegels.



Beim Bild_222.jpg sieht man noch einmal vergrössert, bei der unteren Kurve auf der linken Seite die Erschütterung durch das öffnen des Verschlusses,
dann folgt bei der oberen Kurve der Impuls des Blitzes und gleich danach bei der Unteren Kurve
die Erschütterung des sich schliessenden Verschlusses und dem Herunterklappen des Spiegels.



Kurt


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In der Fotografie gilt es auch, das Schöne zu entdecken.
www.focus-stacking.com
www.focus-stacking.ch/Focus_Stacking_PDF.pdf

zuletzt bearbeitet 23.08.2018 13:57 | nach oben springen


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