Die Idee der Schärfentiefe ...

Wenn wir ein Motiv fotografieren wählen wir mit Bedacht eine Schärfeebene, auf diese stellen wir mit der Kamera scharf. Motivteile, welche in dieser Ebene liegen erwarten wir berechtigterweise als im Bild scharf abgebildet, hingegen werden Elemente, welche vor oder hinter dieser Schärfeebene liegen, mit zunehmendem Abstand von dieser Ebene unschärfer abgebildet. Soweit so einfach...

Wie Unschärfe entsteht - Der Unschärfekreis

Werden kleine Lichtpunkte sehr unscharf
fotografiert, so werden die Unschärfekreise
direkt wahrnehmbar.

Wenn eine Optik ein dreidimensionales Motiv abbildet, so projiziert das Objektiv vorerst auch ein dreidimensionales Bild. In diesem räumlich ausgedehnten Bild zeichnet der Bildsensor exakt eine Ebene auf, dadurch wird das aufgezeichnete Bild zweidimensional, es entsteht ein flaches Bild. Gleichermassen wie wir der Sensor als Ebene im Bild liegt entsteht im Motiv eine Schärfeebene. Was im Motiv auf dieser Schärfeebene liegt wird auf dem Bildsensor oder Film ebenfalls als scharfes Bild aufgezeichnet. Ein Punkt in der Schärfeebene wird im Bild als ebenso scharfer Punkt abgebildet.

Die Lichtstrahlen, welche von weiter entfernten oder näheren Motivanteilen ausgehen werden ausserhalb der Bildebene des Sensors fokussiert und bilden auf dem Sensor anstelle eines scharfen Punktes einen sogenannten Unschärfekreis in der Form der Blendenöffnung. Der Durchmesser diese Unschärfekreises nimmt mit zunehmendem Abstand des Motivteils von der exakten Schärfeebene ebenfalls zu. Wird der Durchmesser eines Unschärfekreis genügend gross, so nehmen wir dies als Unschärfe war.

Eine Grenze zwischen scharf und unscharf

Kleinbildformat, 24mm Brennweite, Blende 1,4

Daher ist das Mass dieses Unschärfekreisdurchmessers auch ein Mass für die Schärfe respektive Unschärfe. Wollen wir eine Grenze ziehen zwischen scharf und unscharf, so brauchen wir dafür nur einen sinnvollen Wert für diesen Unschärfekreisdurchmesser zu definieren.

Ausgegangen wird vom Auflösungsvermögen des menschlichen Auges:

Das Auge unterscheidet Objekte, die es unter einem Winkel von 2' (Bogenminuten) erblickt.

Alle Punkte, welche aus einer Distanz unter dem Winkel von 2' oder kleiner gesehen werden, betrachten wir daher als scharf.

Anmerkung: Bogenminuten sind ein Mass für den Winkel. Ein Vollkreis wird unterteilt in 360° (Grad), jedes Grad wiederum wird unterteilt in 60' (Winkelminuten). 2' entsprechen daher dem Winkel von 1/10800 eines Vollkreises.

Der Unschärfekreis und damit das Mass der Schärfe ist jedoch noch von der Distanz abhängig. Daraus retten wir uns (mehr oder weniger elegant) durch eine Annahme:

Die Distanz, aus welcher wir ein Bild betrachten, entspricht dessen Diagonale.

Daraus ergibt sich ein Verhältnis zwischen dem zulässigen Unschärfekreisdurchmesser und der Bilddiagonale etabliert, stark (zu ungunsten der Schärfe) gerundet beträgt dieses:

Unschärfekreis = Bilddiagonale / 1500

Dies ist fortan also die die Festlegung der Grenze zwischen scharf und unscharf. Grösser abgebildete Punkte werden fortan als unscharf betrachtet.

Kurz noch zur Sprachregelung:

Anmerkung: Dieser Wert von 1/1500 ist keineswegs sakrosankt. 1/1500 entspricht den Verhältnissen, als Bilder noch im Format 9cm x 13cm herumgereicht wurden und die Sehdistanz zwangsläufig etwas grösser war als die kleine Bilddiagonale. Was schreibt Zeiss dazu:

The international depth of field standard, the basis for all camera lens manufacturers to calculate their depth of field scales and tables, dates back to a time when image quality was severely limited by the films available. Those who use depth of field scales, tables, and formulas (e. g. for hyperfocal settings), restrict themselves - most probably without knowing why - to the image quality potential of an average pre-World-War-II emulsion.
This is still absolutely okay as far as the large majority of photo amateurs is concerned, that take their photos without tripods and have them printed no larger than 4" x 6".

Zeiss Camera Lens News No1. 1997

Der Wert darf zugunsten etwas höherer Schärfe durchaus auch etwas modifiziert werden.

Die Schärfetiefe

Exakt scharf abgebildete wird im Motiv also nur eine Ebene. Mit zunehmender Distanz des Motivs von der fokussierten Entfernung nimmt der Durchmesser des Unschärfekreises zu. Solange diese Unschärfe ausserhalb dieser exakten Schärfeebene das Mass des zulässigen Unschärfekreisdurchmessers noch nicht überschreitet, werden wir diesen Teil des Bildes bei normaler Betrachtung als scharf betrachten. Die Ausdehnung dieses Bereichs in der Raumtiefe wird Schärfentiefe genannt. Die vordere respektive hintere Grenze der Schärfentiefe wird Nahpunkt respektive Fernpunkt genannt.

Weil Betrachtungen zur Schärfentiefe nicht selten etwas unscharf sind möchte ich diese Fakten nochmals kurz als Liste aufführen:

Schärfeeinstellung auf 2 Meter bei Blende 8.
Der Bereich zwischen den "8"-Marken an der
Schärfentiefeskala wird scharf abgebildet. Er
reicht von ~1.5m bis ~3m.

Eine feine Sache zum Abschätzen der Schärfentiefe sind entsprechende Skalen an den Objektiven. Das nebenstehende Bild zeigt wie so eine Schärfentiefenskala am Objektiv abzulesen wäre, so es denn heutzutage noch Objektive mit solchen Skalen gäbe...

Von der fotografischen Anwendung her können bezüglich Aufteilung der Schärfentiefe gegenüber der exakten Schärfeebene drei Fälle unterschieden werden.

Schärfentiefe bei allgemeiner Fotografie

Ausgehend von der exakten Schärfeebene teilt sich die Schärfentiefe auf in einen scharfen Bereich vor der exakten Schärfeebene und einen ebensolchen dahinter.

Im Bereich der Naheinstellgrenze eines Objektivs verteilt sich die Schärfentiefe zumeist noch gleichermassen nach vorne und nach hinten. Mit zunehmend grösser werdenden Entfernungen ändert sich deren Verteilung immer stärker zugunsten des hinteren Bereichs.

Nicht selten hört oder liest man die Angabe, dass sich 1/3 der Schärfentiefe nach vorne erstreckt und 2/3 nach hinten. Dies ist daher nicht im eigentlichen Sinne richtig, als Faustregel aber genügend für viele Bereich der Fotografie indem sie besagt, dass der hintere Bereich der Schärfentiefe tiefer ausfällt als der vordere. Bei Portraitaufnahmen kann es sein, dass wenn sie auf die Augen fokussieren, die Ohren noch scharf abgebildet sind, die Nasenspitze von Herrn Depardieu jedoch bereits ausserhalb des Schärfebereichs liegt.

Dies gilt allerdings auch nur wenn die Motive grösser sind als diejenigen bei der Makrofotografie. Bei grossen Motiven wie zum Beispiel der Landschaftsfotografie sind die Verhältnisse ebenfalls nicht und kleiner als bei Landschaftsfotografie.

Im Bereich der Nahgrenze lichtstarker Teleobjektive und Porträtobjektive wird bei geöffneter Blende die Schärfentiefe sehr gering und deren Wirkung wird anhand des kleinen Kameradisplays oftmals unterschätzt. Ich halte es durchaus für angebracht, sich mit diesen geringen Schärfentiefen vorgängig vertraut zu machen. Bei Paaraufnahmen sieht man des öftern, das nur bei einer Person die Augen im Schärfebereich liegen. Eine Tabelle zur Schärfentiefe liegt den Objektiven zumeist bei, üblicherweise erfolgen die Angaben in der Form von Nahpunkt und Fernpunkt in Abhängigkeit der fokussierten Distanz und der gewählten Blende. Ansonsten können die gewünschten Werte mithilfe des Schärfentiefenrechners selbst problemlos ermittelt werden.

Hyperfokale Distanz

Bei Einstellung der Fokussierung auf die sogenannte hyperfokale Distanz erstreckt sich die Schärfentiefe im Hintergrund exakt bis zum Horizont (unendlich), dass heisst, die Schärfe des Horizonts nimmt genau das durch den maximal zulässigen Unschärfekreis definierte Mass an. Im Vordergrund beginnt der scharfe Bereich bei der halben eingestellten Distanz.

... the hyperfocal distance setting ... is simply a fancy term that means the distance setting at any aperture that produces the greatest depth of field.

How to Use Your Camera, New York Institute of Photography

Typischerweise wird die hyperfokale Scharfstellung für Landschaftsaufnahmen verwendet, bei welchen man auch den Horizont noch scharf abgebildet will. Distanz und Blende wird also so eingestellt, dass der Schärfebereich gerade bis unendlich reicht. Jede Scharfstellung auf eine grössere Distanz würde dazu führen, dass im Vordergrund weniger Schärfe liegt, im Hintergrund hingegen würde der Schärfebereich über den Horizont hinaus gehen wo es an Schärfe allerdings nichts mehr zu gewinnen gäbe, dies um so mehr als der Horizont oftmals aufgrund atmosphärischer Störungen wie Dunst und Staub selbst dann nicht scharf abgebildet würde wenn sie exakt darauf scharfstellen würden.

Die Hyperfokale Distanz kann einfach berechnet werden:

Kleinbildformat (36mm x 24mm) z=0,03mm
Brennweite →
Blende ↓
18mm 24mm 35mm 50mm 100mm
1,4 7,7m 13,7m 29,2m 59,6m 238,2m
2,0 5,4m 9,6m 20,5m 41,7m 166,8m
2,8 3,9m 6,9m 14,6m 29,8m 119,1m
4,0 2,7m 4,8m 10,2m 20,9m 83,4m
5,6 1,9m 3,5m 7,3m 14,9m 59,6m
8,0 1,4m 2,4m 5,1m 10,5m 41,8m
11 1,0m 1,8m 3,7m 7,6m 30,4m
16 0,7m 1,2m 2,6m 5,3m 20,9m
APS-C (24mm x 16mm) z=0,019mm
Brennweite →
Blende ↓
12mm 18mm 24mm 35mm 70mm
1,4 5,4m 12,2m 21,7m 46,1m 184,3m
2,0 3,8m 8,5m 15,2m 32,3m 129,0m
2,8 2,7m 6,1m 10,9m 23,1m 92,2m
4,0 1,9m 4,3m 7,6m 16,2m 64,5m
5,6 1,4m 3,1m 5,4m 11,5m 46,1m
8,0 1,0m 2,1m 3,8m 8,1m 32,3m
11 0,70m 1,6m 2,8m 5,9m 23,5m
16 0,49m 1,1m 1,9m 4,1m 16,2m
Hyperfokaldistanzen in Abhängigkeit von Blende und
Brennweite für zwei Bildformate

Die hyperfokale Distanz ist also abhängig von der Brennweite und der gewählten Blende, über den Unschärfekreisdurchmesser auch vom Bildformat, dieser ergibt sich zu 1/1500 der Diagonale des verwendeten Film- respektive Bildsensorformats.

Die nebenstehende Tabelle gibt ein paar Werte für hyperfokale Distanzen für zwei gebräuchliche Bildformate an. Ein paar Aspekte sind aus der Tabelle ersichtlich:

Es kann eventuell sinnvoll sein, für ein paar Objektive, welche man für die Landschaftsfotografie einsetzen möchte, sich vorgängig die ungefähren Hyperfokalen Distanzen zu merken respektive zu notieren.

Lake Alykes auf Kos, 17mm, Blende 4, APS-C,
etwas näher als hyperfokal fokussiert.

Ein anderer Aspekt: Durch Abblenden kann die Schärfentiefe also vergrössert werden. Ist die Kamera erst mal auf dem Stativ, so scheint es nahe liegend, das Objektiv gleich bis zur kleinsten Blende abzublenden, viel hilft viel, der Schärfebereich müsste dann maximal sein. Dies ist eine nur mässig gute Idee. Wird die Blendenöffnung sehr klein, so wird das gesamte Bild von einer ganzflächigen matschigen Unschärfe aufgrund von Beugeeffekten an der kleinen Blende überzogen sein. Bei Weitwinkelobjektiven für das Kleinbildformat gehe ich persönlich nie über Blende 8 hinaus, auch zum Erzielen grosser Schärfentiefen scheint mir dies nicht notwendig zu sein, gegebenenfalls lasse ich am Horizont etwas mehr Unschärfe zu wie in nebenstehendem Bild vom Lake Alykes. Zudem scheint es mir sinnvoll, sich auch bei Weitwinkelaufnahmen Gedanken zur richtigen Schärfeebene anzustellen, die Schärfe anstelle einer bewusst gewählten Distanz einfach nur mit der Blende zu erschlagen halte ich für ein Fast-Food-Rezept.

Makroschärfentiefe

Das andere Ende bezüglich Schärfentiefe ist der Makrobereich, bei Aufnahmen im Nahbereich, bei Abbildungsmassstäben grösser als 1:10. Hier hat die Schärfentiefe für den Fotografen ein paar Eigenheiten bereit, welche ich hier nur kurz zusammenfassen möchte, ansonsten sei auf die entsprechende Seite zur Makro-Schärfentiefe im Artikel zur Makrofotografie verwiesen:

Jenseits der Schärfentiefe

Trotz dieser einfachen Faktenlage ist der Begriff der Schärfentiefe für viele Fotografen eine unscharfe Idee geblieben, dies hat einen einfachen Grund: Erstellen wir ein Bild mit geringer Schärfentiefe sind wir nicht zuletzt an einer schönen Unschärfe im restlichen Bildbereich interessiert. So könnten wir also geneigt sein festzustellen, dass die Schärfentiefe aus fotografischer Sicht exakt das Falsche beschreibt.

Was spielt sich also im unscharfen Bereich jenseits der Schärfegrenzen ab wenn wir die Brennweiten ändern?

Brennweite = 50mm, Blende = 2,8
Distanz ~3m

Brennweite = 105mm, Blende = 2,8
Distanz ~6m

Einiges, dies pauschal in einem kurzen Satz zusammenzufassen ist nicht wirklich so einfach, ich versuche dies mal anhand zweier Bilder zu illustrieren.

Fazit: Werden zwei Aufnahmen mit identischem Abbildungsmassstab, bei gleicher Blendenzahl, jedoch unterschiedlicher Brennweite gemacht, so wird diejenige Aufnahme, welche mit der längeren Brennweite gemacht wurde, entfernte Objekte in grösserer Unschärfe abbilden, der Hintergrund zeigt eine stärkere Zunahme der Unschärfe als ein Bild aufgenommen mit einem Objektiv kleinerer Brennweite. Die relative Unschärfe entfernter Objekte, das Verhältnis der Unschärfe (Durchmesser der Unschärfekreises) zum jeweiligen Abbildungsmassstab ist jedoch bei beiden Brennweiten weitgehend identisch.

Die Methode des Vergleichs anhand zweier Bilder kann auch eine Anregung sein, allfällige Fragen bezüglich einzelner Parameter selbst experimentell anhand zweier Bilder zu ermitteln.

Eine kleine Tabelle soll versuchen, die Zusammenhänge aufzuzeigen:

Was wir ändern Schärfentiefe Vordergrund entfernter Hintergrund
Blende schliessen Schärfentiefe wird grösser Motiv bleibt gleich gross Hintergrund wird schärfer
Blende öffnen Schärfentiefe wird kleiner Motiv bleibt gleich gross Hintergrund wird unschärfer
grössere Brennweite Schärfentiefe wird kleiner Motiv wird grösser abgebildet Hintergrund wird unschärfer
Hintergrund wird grösser abgebildet
kleinere Brennweite Schärfentiefe wird grösser Motiv wird kleiner abgebildet Hintergrund wird schärfer
Hintergrund wird kleiner abgebildet
kleinere Distanz Schärfentiefe wird kleiner Motiv wird grösser abgebildet entfernter Hintergrund bleibt gleich gross und gleich (un)scharf
grössere Distanz Schärfentiefe wird grösser Motiv wird kleiner abgebildet entfernter Hintergrund bleibt gleich gross und gleich (un)scharf
grössere Brennweite,
grössere Distanz
Schärfentiefe bleibt ähnlich (wenn die Distanz klein bleibt) Motiv wird gleich gross abgebildet Hintergrund wird grösser abgebildet
Der Hintergrund erscheint schärfer
kleinere Brennweite,
kleinere Distanz
Schärfentiefe bleibt ähnlich (wenn die Distanz klein bleibt) Motiv wird gleich gross abgebildet Hintergrund wird kleiner abgebildet
Der Hintergrund erscheint unschärfer