Der Formatfaktor (Cropfaktor)

Das Kleinbildformat mit den Abmessungen von 36mm x 24mm war während langen Jahren analoger Fotografie das am häufigsten verwendete Filmformat. Wurde kein Filmformat angegeben so war es immer dieses eine Format, meinte man ein anderes so wurde dies explizit erwähnt, z.B. sprach man dann von Mittelformat oder Grossformat – jedoch wäre es nie jemandem in den Sinn gekommen, explizit vom Kleinbildformat zu sprechen.

Ähnlich verhielt es sich mit Brennweiten – sprach man von einem Objektiv mit 28mm Brennweite, so dachte dabei niemand wirklich an 28mm, man verstand darunter einfach ein Weitwinkelobjektiv. Assoziiert wurde also gleich ein Bildwinkel, und zwar zumeist derjenige, welcher sich beim vertrauten Kleinbildformat ergab. Der Bezug von Brennweite zu Bildwinkel für dieses Filmformat hat sich so bei vielen Fotografen tief eingeprägt, für sie steht die Brennweite geradezu synonym für den Bildwinkel.

Mit den digitalen Spiegelreflexkameras sind kleinere Bildformate in grosser Anzahl hinzugekommen, weiterhin können aber die gleichen altgedienten und vertrauten Objektive Verwendung finden. Allerdings haben sich mit dem geänderten Bildformat die Verhältnisse betreffend Bildwinkel und Schärfentiefe verändert.

Um diese Änderungen sinnvoll beschreiben zu können ist es zweckdienlich, zuerst die unterschiedlichen Bildgrössen in einen Bezug zu bringen, dies geschieht üblicherweise durch Angabe eines Formatfaktors:

Der Formatfaktor ist das Verhältnis der Diagonale des Kleinbildformats zu derjenigen des Bildsensors.

Marke Format-
faktor
Kameramodell
Nikon 1.0
1.5
2.7
D4 ... D600
D2x ... D100
Nikon V-System
Canon 1.0
1.3
1.6
1Dx ... D5
1D
D7 ... 40D
Sony 1 A7 ... A99
1.5 A77 ...
Pentax 1.5  
Olympus 2  
Leica 1.3
1.0
M8
M9 ...

Beispiel: Ein Formatfaktor von 1.5 bedeutet, dass die Diagonale des Bildsensors 1.5 mal kleiner ist als diejenige des Kleinbildfilms.

Bildsensoren, welche kleiner als das Kleinbildformat sind haben somit einen Formatfaktor grösser als 1.

Ein Formatfaktor bezieht sich (praktisch) immer auf die Grösse des Kleinbildformats, dieses Format dient als Referenz. Dadurch ergibt sich für das Kleinbildformat selbst ein Formatfaktor von 1 und man spricht dann landläufig auch vom Vollformat.

Eine Verkleinerung des Bildsensors enspricht einem Beschnitt der Aufnahme, der Formatfaktor wird daher oft auch Cropfaktor genannt, ausgehend vom englischen Begriff to crop für beschneiden.

Bildsensoren mit kleineren Diagonalen als beim Kleinbildformat werde ich im weiteren Text als Crop-Bildsensoren bezeichnen.

Beim Formatfaktor handelt es sich somit nicht um einen Aspekt der Optik. Die Optik ist nur indirekt betroffen, indem der Bildwinkel der Optik bei gleich bleibender Brennweite entsprechend dem Formatfaktor neu bestimmt werden muss. Dies ist die Art, wie der Formatfaktor vom Fotografen wahrgenommen wird.

Wünschenswert sind ein paar einfache Merkregeln, um die Verhältnisse von Brennweite, Blendenzahl und Schärfentiefe bei den verschiedenen Bildformaten auf diejenigen vom Kleinbild zu übertragen.

Bezüglich Bildwinkel

Die Verhältnisse bezüglich Bildwinkel sind sehr einfach: Um den gleichen Bildwinkel und somit den gleichen Bildausschnitt wie mit einer Kleinbildkamera zu erhalten, muss die Optik der Kamera mit vom Kleinbild abweichender Bildgrösse eine um den Formatfaktor reduzierte Brennweite haben.

Wird eine Kleinbildoptik an einer Kamera mit Formatfaktor verwendet, so nimmt der Bildsensor nur einen Ausschnitt des grösseren Formats auf. Das aufgenommene Bild verhält sich somit wie eine Ausschnittvergrösserung, der Bildwinkel wird entsprechend enger. Um den Ausschnitt des Bildsensors auf dem grösseren Kleinbildformat zu erhalten, müsste die Optik eine um den Formatfaktor längere Brennweite haben.

Beispiel: Eine 50mm Optik ergibt somit bei einem Bildsensor mit Formatfaktor 1.5 den gleichen Bildausschnitt wie eine Optik mit 75mm Brennweite beim Kleinbildformat.

Bei Verwendung von Teleobjektiven gewinnen wir durch den Formatfaktor somit einen engeren Bildwinkel - das freut die Wildlifefotografen - andererseits verlieren wir an Bildwinkel bei Verwendung von Weitwinkelobjektiven - eher zum Ärger von Landschafts- und Architekturfotografen.

Brennweite  Kleinbild  Formatfaktor
1.3  1.5  1.6 
10mm * * 110.5° 107.0°
12mm * * 100.5° 96.8°
14mm 114.2° 99.85° 91.7° 88.0°
17mm 103.7° 88.78° 80.6° 77.0°
20mm 94.5° 79.5° 71.6° 68.1°
24mm 84.1° 69.5° 62.0° 58.8°
28mm 75.4° 61.5° 54.5° 51.6°
35mm 63.4° 50.9° 44.8° 42.2°
50mm 46.8° 36.8° 32.2° 30.3°
85mm 28.6° 22.2° 19.3° 18.1°
105mm 23.3° 18.0° 15.6° 14.7°
135mm 18.2° 14.1° 12.2° 11.4°
180mm 13.7° 10.6° 9.2° 8.6°
300mm 8.2° 6.4° 5.5° 5.2°
400mm 6.2° 4.8° 4.1° 3.9°

*Anmerkung: 10 und 12mm Brennweite haben bei
Kleinbild und Crop 1.3 keine praktische Bedeutung.

Nebenstehende Tabelle gibt einen kleinen Überblick zu den Bildwinkeln über die Bilddiagonale bei verschiedenen Formatfaktoren.

Regelmässig ist die populäre aber trotzdem irrtümliche Formulierung betreffend sich mit dem Formatfaktor verändernder Brennweiten zu lesen. Ich möchte hier klar festhalten: Die Brennweite ändert sich mit der Bildsensorgrösse nicht, nur der Bildwinkel ist davon betroffen. Aus diese Grunde wird in diesem Zusammenhang jeweils der Begriff äquivalente Brennweite verwendet.

Bezüglich Schärfentiefe

Die Frage zur Schärfentiefe ist geringfügig trickreicher - in solchen Momenten stelle ich jeweils eine Gegenfrage: Was soll hier überhaupt unter welchen Umständen verglichen werden? Das Problem stellt sich, weil sich zusammen mit dem Formatfaktor auch der Bildwinkel und damit auch der Bildausschnitt verändert, dass Motiv wird wegen unterschiedlich Format füllend abgebildet. Wir wollen also Äpfel mit Birnen vergleichen.

Im Umfeld des Formatfaktors haben wir es also gleich mit mehreren Parametern zu tun, es sind dies:

Wichtig ist natürlich auch die jeweilige Definition der Grenze zwischen scharf und unscharf bei den unterschiedlichen Bildformaten. Um sinnvolle Vergleiche anstellen zu können soll das Mass der zulässigen Unschärfe, der sogenannte zulässige Unschärfekreisdurchmesser, abhängig von der Bildgrösse definiert werden, zum Beispiel als 1/1500 der Bilddiagonale.

Die oben aufgeworfenen Fragen lassen sich jetzt wie folgt beantworten:

a1.) Gleiche Distanz, gleiche Brennweite, gleiche Blendenzahl:

Bei gleicher Distanz zum Motiv und gleichem Objektiv bei gleicher Blende werden zwei Kameras mit unterschiedlichem Bildformat zwei verschiedene Bilder zeigen. Die Kamera mit dem kleineren Bildsensor- oder Filmformat respektive grösseren Formatfaktor wird den kleineren Motivausschnitt zeigen und deren Bild wird eine geringere Schärfentiefe aufweisen.

b1.) Gleicher Bildausschnitt, gleiche Brennweite, gleiche Blendenzahl:

Wenn wir die Distanz zum Motiv jeweils so einnehmen, dass die Bildausschnitte übereinstimmen, so werden wir feststellen, dass wir mit der Kamera mit dem kleineren Bildsensor (grösserer Formatfaktor) weiter vom Motiv entfernt sind und bei gleicher Blende das Bild eine grössere Schärfentiefe aufweisen wird als bei der Kamera mit dem grösseren Bildsensor.

c1.) Gleiche Distanz, gleicher Bildausschnitt, gleiche Schärfentiefe:

Die dritte Frage lautet: Welche Optik würde beim Kleinbildformat das gleiche Bild bezüglich Ausschnitt und Schärfentiefe liefern wie eine bestimmte Optik an einer Kamera mit Crop-Bildsensor? Hier ist die Sache sehr einfach: Sie können sowohl die Brennweite als auch die Blendenzahl mit dem Formatfaktor multiplizieren.

Beispiel: Ein 50mm/1.8-Objektiv an einer Kamera mit einem Bildsensor mit Formatfaktor 1.5 entspricht bezüglich Bildwinkel und Schärfentiefe einem 75mm/2.7-Objektiv an einer Kleinbildkamera.
-> Äquivalente Brennweite: 50mm x 1.5 (Formatfaktor) = 75mm
-> Äquivalente Blendenzahl: 1.8 x 1.5 (Formatfaktor) = 2.7

Die oft gelesene Bezeichnung 50mm/1.8 stellt die absolute Öffnung des Objektivs dar, in unserem Beispiel beträgt diese 27.8mm. Um gleiche Schärfentiefe zu erhalten muss also diese absolute Öffnung konstant bleiben.

c2.) Die Rechnung geht auch umgekehrt: Welches Objektiv muss gewählt werden, um beim Einsatz mit einem Crop-Bildsensor gleichen Bildwinkel und gleiche Schärfentiefe zu kriegen wie mit einer bestimmten Optik beim Kleinbildformat: Für diesen Fall sind sowohl Brennweite als auch die Blendenzahl durch den Formatfaktor zu dividieren.
Um bezüglich Bildwinkel und Schärfentiefe gleiche Verhältnisse zu kriegen wie mit einem 50mm/1.8-Objektiv an einer Kleinbildkamera ist für eine Kamera mit einem Bildsensor mit Formatfaktor 1.5 ein 33mm/1.2-Objektiv zu wählen.
-> Äquivalente Brennweite: 50mm / 1.5 (Formatfaktor) = 33mm
-> Äquivalente Blendenzahl: 1.8 / 1.5 (Formatfaktor) = 1.2

Hier zeigt sich deutlich, dass sich die Wirkung lichtstarker Obejktive an grossen Bildsensoren bezüglich geringer Schärfentiefe nur mit hohem Aufwand auf kleine Bildsensoren übertragen lässt.

Bezüglich Belichtung

d1.) Belichtung:

Betreffend der Belichtung gilt auch bei Digitalkameras mit Crop-Bildsensor die Blendenzahl, hier ändert sich gegenüber einer Kamera mit Vollformatsensor nichts. Ein Objektiv bewirkt an einer Kamera bei gleicher Blendenzahl die gleiche Belichtungszeit unabhängig des Formatfaktors, abgesehen von Unterschieden, welche sich durch den veränderten Bildausschnitt und damit einhergehenden Helligkeitsunterschieden des Motivbereichs ergeben.

Kurze Zusammenfassung

Das ganze lässt sich auch tabellarisch zusammenfassen:

Fragestellung Kleinbild Crop-Bildsensor
a1 gleicher Standort,
gleiche Brennweite,
gleiche Blendenzahl
gleiche Perspektive,
grösserer Bildwinkel,
grösserer Bildausschnitt,
grössere Schärfentiefe
gleiche Perspektive,
kleinerer Bildwinkel,
engerer Bildausschnitt,
kleinere Schärfentiefe
b1 gleicher Bildausschnitt,
gleiche Brennweite,
gleiche Blendenzahl
Standort näher,
grösserer Bildwinkel,
steilere Perspektive,
kleinere Schärfentiefe
Standort entfernter,
kleinerer Bildwinkel,
flachere Perspektive,
grössere Schärfentiefe
c1
c2
gleicher Standort,
gleicher Bildausschnitt,
gleiche Schärfentiefe
gleiche Perspektive,
längere Brennweite,
gleicher Bildwinkel,
grössere Blendenzahl
gleiche Perspektive,
kürzere Brennweite,
gleicher Bildwinkel,
kleinere Blendenzahl
  gleicher Standort,
gleicher Bildausschnitt,
gleiche Blendenzahl
gleiche Perspektive,
längere Brennweite,
gleicher Bildwinkel,
kleinere Schärfentiefe
gleiche Perspektive,
kürzere Brennweite,
gleicher Bildwinkel,
grössere Schärfentiefe
  gleicher Standort,
gleiche Brennweite,
gleiche Schärfentiefe
gleiche Perspektive,
grösserer Bildwinkel,
grösserer Bildausschnitt,
kleinere Blendenzahl
gleiche Perspektive,
kleinerer Bildwinkel,
engerer Bildausschnitt,
grössere Blendenzahl
d1 gleiche Blende gleiche Belichtungszeit gleiche Belichtungszeit

Will uns das was sagen?

Wenn sie eine digitale Spiegelreflexkamera mit APS-C-Bildsensor verwenden, ergibt sich meines Erachtens nach aus dem Umstand, dass die Schärfentiefe etwas grösser ausfällt als beim Kleinbildformat kein Problem zum Gestalten mit selektiver Schärfe. Selten war beim Kleinbildformat dafür die maximale Offenblende notwendig. Weiterhin bedeutender für das Ergebnis ist der Abbildungsmassstab und die Distanzverhältnisse von Motiv und Hintergrund zur Kamera (Perspektive). Die eine Blende Differenz betreffend der Schärfentiefe stört somit keinen grossen Geist (frei nach Karlsson vom Dach).

Der (geringe) Zuwachs an Schärfentiefe durch die Verwendung von Optiken mit kürzerer Brennweite dürfte im Gegenzug überall dort willkommen sein, wo geringste Schärfentiefe eher ein Problem als eine Lösung darstellt, zum Beispiel bei der Available-Light-Fotografie, bei der Makrofotografie und beim Einsatz von sehr langen Teleobjektiven bei Sportanlässen.

Der Gestaltungsnotstand tritt dort ein, wo mickrig kleine Bildsensoren in digitale Kompaktkameras verbaut wurden. Der Begriff Schärfentiefe beschreibt dann eher ein Faktum als eine Gestaltungsmöglichkeit. Wenn sie grosse Schärfentiefe anstreben, können sie sich darüber freuen. Hingegen sind damit Bilder mit geringer Schärfentiefe schwer möglich, betreffend Gestaltung sind sie damit nicht zu beneiden. Porträtfotografen haben mit solchen Kameras einen schweren Stand, glücklicherweise machen die meisten Fotografen keine Porträts.

Was lässt sich machen, wenn trotz KleinstBildsensor mit selektierender Schärfe gestalten werden soll? Versuchen sie folgendes: