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Dynamikumfang um Wandel der Zeit

colorchecker-dynamik-titel

Der Dynamikumfang einer digitalen Kamera, also die Anzahl der Blendenstufen von richtig Dunkel bis verdammt hell in dem die Kamera noch sinnvolle Daten sieht, ist ein schwieriges Thema.

Und gleich vorweg: So richtig wichtig ist das Thema für 99% der fotografischen Anwendungen auch gar nicht – Jede digitale Spiegelreflexkamera seit mindestens 2005 ist in der Lage, als Werkzeug für professionelle Aufnahmen zu dienen, RAW vorausgesetzt.

Es ist aber trotzdem schön, wenn man aus tiefsten Schattenbereichen noch kräftige Farben ohne zu starkes Rauschen bekommt oder wenn das knallig weiße Brautkleid in der Sonne noch eine Falten- und Stoffstruktur zeigt, ohne dass der Bräutigam als schwarzes Loch wahr genommen wird.

Hersteller schreiben gerne etwas von 12 oder 14 Blendenstufen Dynamikumfang, was vermutlich eher eine theoretische Zahl ist, weil eben pro Farbkanal so viele Bits verwendet werden – Ich fotografiere aber nicht im Labor sondern in der normalen Welt, was ist also möglich? Zu meinem Colorchecker-Beitrag erreichte mich ein Hinweis, dass man mit der Farbtafel auch den Dynamikumfang testen könnte – Clever smile Habe ich dann mal gemacht, mit meinen 3 sehr unterschiedlich alten Kameras, Canon 350D und 5D (Mark 1) und der neuen Olympus OM-D E-M1 – Die Ergebnisse haben mich dann erst verwirrt, dann überrascht smile

Methode

Ich bin kein Wissenschaftler, ich habe kein Labor – Ich mache Fotos, Landschaften, Portraits, da draußen, in der Welt, bei normalem Licht smile

Ich habe also den Colorchecker in den Schatten gestellt. Mit einer normalen Graukarte, nicht mit dem Colorchecker, die Belichtung eingemessen – ich habe immer im manuellen Modus gearbeitet – und eine Referenzaufnahme der Farbtafel gemacht. Der ISO-Wert war dabei immer auf die Basis-Stufe der Kamera gestellt, bei Canon also ISO 100, bei der Olympus ISO 200 – Dies sind die Werte, bei denen die Kamera nichts verstärkt oder künstlich unempfindlicher machen sollte.

Dann habe ich jeweils vier Aufnahmen gemacht: 5 und 4 Stufen weniger Licht und auf der anderen Seite 5 und 4 Stufen mehr Licht.

In Lightroom habe ich die RAW-Daten dann über den Belichtungsregler entsprechend korrigiert.

Am Anfang war Verwirrung und vermeintliche Klarheit

Die ersten Aufnahmen machte ich in meinem Büro, Tageslicht kam am Abend durch das Fenster, es war wechselhaft regnerisch und bewölkt, das Zimmer war der Sonne abgewandt. Ich machte die oben beschriebenen Aufnahmen mit der Canon 5D und der Olympus OM-D E-M1.

Nach der Korrektur in Lightroom staunte ich nicht schlecht: Die Aufnahmen der 5D zeigten auch bei 5 Blendenstufen mehr Licht noch tolle Farben, dafür waren die Aufnahmen mit 5 Stufen weniger Licht komplett unbrauchbar. Bei der Olympus sah es genau andersherum aus, die dunklen Aufnahmen sahen korrigiert fast wie eine korrekte Belichtung aus, dafür waren bei den Überbelichtungen quasi alle Farben weg. Huch?

Ich versuchte dies nachzustellen und kam zwar zu einem ähnlichen aber doch sehr abweichenden Ergebnis. Verdammt?! Schwankte das Tageslicht draußen noch so extrem, dass zwischen den Aufnahmen mal mehr, mal weniger Licht da war? Ich versuchte es dann mit künstlichem Licht, verhaspelte mich dann aber, es war spät, ich war müde. Ich vertagte die Kontrollaufnahmen.

Ein paar Tage später ging ich es erneut an und es zeigte sich, dass es gar nicht so trivial ist eine konstante Lichtsituation zu bekommen und die Belichtungen bei den verschiedenen Kameras wirklich vergleichbar einzustellen. Verschiedene Objektive vignettieren unterschiedlich, was einen Einfluss auf die Belichtung hat.

Am Ende bekam ich aber doch bei einem sehr konstant bewölktem Himmel im Schatten meine Aufnahmen und was ich sah erschien mir nun plausibler.

Meine Aussage, die Canon würde bei 5 Blendenstufen mehr Licht noch tolle Farben liefern, muss ich zurück ziehen! Diese Aussage berief sich recht offensichtlich auf unterschiedliche Belichtungen im Vergleich der Kameras. Hier zeige ich nun die aktuellen Ergebnisse

Ergebnisse

Canon 350D

Die Canon EOS 350D kam 2005 auf den Markt und war meine erste digitale Kamera. APS-C Format, um 8 Megapixel. Ich hätte nun erwartet, dass ich bei diesem alten Sensor bei den Extremen, also +∕- 5 Blendenstufen überhaupt nichts mehr zu sehen bekäme – weit gefehlt!

Aufnahmenreihe der Canon 350D, ISO 100. Von oben nach unten: Unterbelichtung um 5 und 4 Blendenstufen, Überbelichtung um 5 und 4 Stufen. Links nach rechts: Aufnahme aus der Kamera, in Lightroom korrigiert, Referenzaufnahme bei korrekter Belichtung.

Aufnahmenreihe der Canon 350D, ISO 100. Von oben nach unten: Unterbelichtung um 5 und 4 Blendenstufen, Überbelichtung um 5 und 4 Stufen. Links nach rechts: Aufnahme aus der Kamera, in Lightroom korrigiert, Referenzaufnahme bei korrekter Belichtung.

Bei den unterbelichteten Aufnahmen ist deutlich zu sehen, dass ein Farbverschiebung ins rötliche stattfindet. Korrigiert man diesen nachträglich, sieht das Ergebnis wie folgt aus:

Aufnahmenreihe der Canon 350D, ISO 100, nachträglich Weißabgleich angepasst. Von oben nach unten: Unterbelichtung um 5 und 4 Blendenstufen, Überbelichtung um 5 und 4 Stufen. Links nach rechts: Aufnahme aus der Kamera, in Lightroom korrigiert, Referenzaufnahme bei korrekter Belichtung.

Aufnahmenreihe der Canon 350D, ISO 100, nachträglich Weißabgleich angepasst. Von oben nach unten: Unterbelichtung um 5 und 4 Blendenstufen, Überbelichtung um 5 und 4 Stufen. Links nach rechts: Aufnahme aus der Kamera, in Lightroom korrigiert, Referenzaufnahme bei korrekter Belichtung.

Ich muss sagen, das mich das Ergebnis doch ziemlich überrascht hat. Die Korrektur der 5 Blendenstufen Unterbelichtung entspricht ja einem simulierten ISO 3200. Das Ergebnis wollte man sicher nicht mehr wirklich verwenden, es rauscht doch extrem, bis auf die Hauttöne sind aber doch alle Farben vorhanden. Der Rauschabstand ist also bescheiden, die Dynamik ist aber da.

Auf der hellen Seite sieht es da nicht mehr so rosig aus. Rauschen haben wir hier natürlich nicht, die Bilder haben ja massig Licht bekommen, bei +5 Blendenstufen ist aber doch Schluss mit Lustig. Ein Hauch von Farbe ist noch geblieben, Grün- und Gelbtöne sind fast vollständig verloren. Bei +4 Blendenstufen sieht es besser aus, auch wenn auch beim Hautton, oder was das für ein Feld ist, das zweite unten rechts, fast nurmehr ein Grau übrig bleibt.

Canon 5D Mark 1

Die 5D kam ebenfalls 2005 auf den Markt, verfügt aber über einen Sensor im Kleinbild-Format. Trotz 12,irgendwas Megapixeln sind die Pixel deutlich größer als bei der 350D, da sollte doch ein deutlicher Unterschied im Dynamikumfang erkennbar sein? Hier die Ergebnisse der Aufnahmenreihe:

Aufnahmenreihe der Canon 5D, ISO 100. Von oben nach unten: Unterbelichtung um 5 und 4 Blendenstufen, Überbelichtung um 5 und 4 Stufen. Links nach rechts: Aufnahme aus der Kamera, in Lightroom korrigiert, Referenzaufnahme bei korrekter Belichtung.

Aufnahmenreihe der Canon 5D, ISO 100. Von oben nach unten: Unterbelichtung um 5 und 4 Blendenstufen, Überbelichtung um 5 und 4 Stufen. Links nach rechts: Aufnahme aus der Kamera, in Lightroom korrigiert, Referenzaufnahme bei korrekter Belichtung.

Auch hier gibt es eine leichte Rotverschiebung bei den unterbelichteten Aufnahmen, allerdings deutlich weniger als bei der 350D. Hier habe ich auch wieder nachträglich versucht den Weißabgleich anzupassen:

Aufnahmenreihe der Canon 5D, ISO 100, nachträglich Weißabgleich angepasst. Von oben nach unten: Unterbelichtung um 5 und 4 Blendenstufen, Überbelichtung um 5 und 4 Stufen. Links nach rechts: Aufnahme aus der Kamera, in Lightroom korrigiert, Referenzaufnahme bei korrekter Belichtung.

Aufnahmenreihe der Canon 5D, ISO 100, nachträglich Weißabgleich angepasst. Von oben nach unten: Unterbelichtung um 5 und 4 Blendenstufen, Überbelichtung um 5 und 4 Stufen. Links nach rechts: Aufnahme aus der Kamera, in Lightroom korrigiert, Referenzaufnahme bei korrekter Belichtung.

Auch hier möchte man das Ergebnis mit -5 Blendenstufen nicht mehr wirklich verwenden, auch wenn es ein klein wenig besser aussieht als bei der 350D – Der Unterschied ist weit weniger drastisch als ich es erwartet hätte!

Bei +5 Blendenstufen allerdings zeigt sich etwas verrücktes – Das Ergebnis ist schlechter als bei der 350D. Bei einigen Farbfeldern, bei denen die 350D immerhin einen Hauch von Farbe erahnen ließ, sind die Flächen bei der 5D komplett grau. Das Ergebnis bei +4 Stufen finde ich wiederum vergleichbar.

Der größere Sensor bringt also keine entscheidenen Vorteile beim Dynamikumfang. Die Technik stammt aus demselben Jahr, die Ergebnisse sind vergleichbar. Der Rauschabstand ist ein klein wenig besser, was sicher den größeren Pixel zu verdanken ist, so viel besser wie ich gedacht ist, ist es aber nicht.

Olympus OM-D E-M1

Zeitmaschine angeworfen, ab ins Jahr 2013, ab hier war die E-M1 verfügbar. Der Sensor im Micro-Four-Thirds-Format hat zum Kleinbildformat einen Crop-Faktor von 2, die Fläche des Sensors ist nur etwa ¼ so groß und doch tummeln sich darauf 16,irgendwas Pixel. Rein von der Pixelgröße also keine gute Ausgangsbasis für so einen Vergleich – Allerdings liegen zwischen den Sensoren etwa 8 Jahre Entwicklungszeit und die bringen etwas

Aufnahmenreihe der Olympus OM-D E-M1, ISO 200. Von oben nach unten: Unterbelichtung um 5 und 4 Blendenstufen, Überbelichtung um 5 und 4 Stufen. Links nach rechts: Aufnahme aus der Kamera, in Lightroom korrigiert, Referenzaufnahme bei korrekter Belichtung.

Aufnahmenreihe der Olympus OM-D E-M1, ISO 200. Von oben nach unten: Unterbelichtung um 5 und 4 Blendenstufen, Überbelichtung um 5 und 4 Stufen. Links nach rechts: Aufnahme aus der Kamera, in Lightroom korrigiert, Referenzaufnahme bei korrekter Belichtung.

Auch hier eine Rotverschiebung, die ich wieder versucht habe zu korrigieren

Aufnahmenreihe der Olympus OM-D E-M1, ISO 200, nachträglich Weißabgleich angepasst. Von oben nach unten: Unterbelichtung um 5 und 4 Blendenstufen, Überbelichtung um 5 und 4 Stufen. Links nach rechts: Aufnahme aus der Kamera, in Lightroom korrigiert, Referenzaufnahme bei korrekter Belichtung.

Aufnahmenreihe der Olympus OM-D E-M1, ISO 200, nachträglich Weißabgleich angepasst. Von oben nach unten: Unterbelichtung um 5 und 4 Blendenstufen, Überbelichtung um 5 und 4 Stufen. Links nach rechts: Aufnahme aus der Kamera, in Lightroom korrigiert, Referenzaufnahme bei korrekter Belichtung.

Die Aufnahme mit -5 Blendenstufen kann meiner Ansicht nach problemlos genutzt werden. Ja, sie rauscht ein wenig aber das ist überhaupt kein Vergleich zu den alten Canon-Kameras. Was hier aus 5 Blendenstufen zu wenig Licht heraus zu holen ist, hat mich umgehauen, vor allem wenn ich bedenke, wie klein der Sensor im Vergleich ist. Der Fortschritt in der Sensor-Technik ist hier eindrucksvoll zu erkennen.

Allerdings nur was den Rauschabstand betrifft! Die Farben waren auch beim Sensor aus dem Jahr 2005 schon da. Lightroom erlaubt maximal eine Korrektur von 5 Blendenstufen, daher weiß ich nicht, wie ich den Vergleich weiter treiben könnte um zu sehen, wann hier wirklich Schluss ist.

Auf der hellen Seite wiederum eine kleine Überraschung – alle Entwicklung, aller Fortschritt hilft hier nicht beim Dynamikumfang. Das Ergebnis sieht ganz ähnlich aus wie bei der alten Canon 5D. Zu viel Licht und die Farbkanäle verlieren ihre Informationen, die Farbtafel wird zum überwiegenden Teil eine Grautafel smile Bei +4 Stufen sind es ausgerechnet die Hauttöne die verloren gehen – das deckt sich mit meinen Erfahrungen bei Shootings in der Sonne. Im Grunde aber kein großer Unterschied zu den alten Canon-Kameras.

Nochmal im Vergleich

Hier noch einmal die korrigierten Aufnahmen aller Kameras im direkten Vergleich – Klick macht groß

Dynamik und Rauschen im Vergleich. Von links nach rechts: Canon EOS 350D, Canon EOS 5D, Olympus OM-D E-M1. Von oben nach unten: Referenzaufnahme, -5, -4, +5, +4 Blendenstufen (jeweils in Lightroom korrigiert)

Dynamik und Rauschen im Vergleich. Von links nach rechts: Canon EOS 350D, Canon EOS 5D, Olympus OM-D E-M1. Von oben nach unten: Referenzaufnahme, -5, -4, +5, +4 Blendenstufen (jeweils in Lightroom korrigiert)

Fazit?

Die Sensorentwicklung ermöglicht es, dass ein kleiner Sensor mit mehr Megapixeln ein besseres Rauschverhalten zeigt als ein 8 Jahre älterer Kleinbild-Sensor. Das war schon klar, ist aber auch recht beeindruckend. Dank dieser Entwicklung ist es wohl auch so, dass der Dynamikumfang dieses kleinen Sensors locker mithalten kann. Ich würde vermuten, dass ich auch bei -6 oder -7 Stufen noch etwas heraus bekäme… Ist aber nur ein Verdacht. Auf der Seite der Überbelichtung hat sich aber nichts getan. Bei +4 Stufen fangen einzelne Farben an zu verschwinden, bei +5 Stufen ist einfach mal Schluss.

Ich komme bei diesem Vergleich also auf 9 Blendenstufen die bei der Olympus durchaus zu gebrauchen sind (vielleicht mehr wenn ich weiter in die dunkle Seite testen könnte). Ich hatte bei der Olympus auch den Eindruck, dass die Überbelichtungen bei höherem ISO besser behandelt werden – Da ich das aber beim ersten Versuch bemerkte und hier ohnehin verwirrt war, muss ich überlegen, ob ich das nochmal unter sauberen Bedingungen probieren möchte.

Spannend wäre es nun natürlich, einen aktuellen großen Sensor im Vergleich zu sehen. Sowohl eine aktuelle Canon EOS 5D Mark3 als auch eine Nikon D800 oder Nikon D750 sollten eigentlich noch mal eine Schippe drauf legen können – Alternativ auch eine Sony A7. An eine D800 komme ich vermutlich bald ran und reiche dann einen Test nach smile

Ansonsten bleibe ich dabei: Das sind alles tolles Technik-Spielereien – ja, das macht mir auch mal Spaß – zu einem guten Foto gehören aber andere Dinge als technische Perfektion wink

 

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10 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Hei Boris!
    echt ein richtig spannender Artikel! Werd das direkt morgen im Studio mit Nikon D800, D4 und Sony a7 austesten! Bin sehr gespannt was dabei rauskommt!
    Ganz liebe Grüße!

    Antworten

    • Habe ich schon gemacht, in die Lichter hinein hat man keine Vorteile. Ich habe eine Testreihe gemacht bei 10 Blenden in die Tiefen sieht es so ähnlich aus wie die 350d. Boris habe die aufnahmen auch gegeben.

      Antworten

      • Jep. Ich bin nur noch nicht dazu gekommen – wird also noch einen Nachtrag geben :)

        Rainer war extra bei mir und mir haben denselben Test mit der Nikon D800 gemacht. Er wann dann neugierig und hat das Spiel zu Hause einfach weiter in die Tiefen getrieben :D Muss mir die Bilder noch ansehen und gucken, wie ich die in Lightroom möglichst fair aufhelle – Belichtungsregler geht ja nur bis +/- 5

        Antworten

  2. Pingback: Dynamikumfang • Dominik Wörner

  3. Hallo Boris, toller Artikel. Ich habe bei mir Aperture im Einsatz, da geht der Belichtungsregeler als Schieber von -2 bis +2, wenn man aber den Wert manuell eingibt, so ist er zwischen -9,99 und +9,99 wählbar. Ob dies nun einfach Zahlen sind, oder wirklich Blendenstufen, kann ich nicht sagen, aber man kann ja mal versuchen die Ergebnisse bei Werten von +-5 mit Lightroom zu vergleichen. Sollten es tatsächlich Blendenstufen sein, so könntest Du mit Aperture die Macht der dunklen Seite weiter ausloten. ;-)

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  4. Hallo, Boris,

    der Sensor verhält sich damit ähnlich wie ein klassischer Film, der auch immer sehr sensibel auf Überbelichtung reagierte. Ich weiß allerdings nicht, ob das eine natürliche Folge der Physik ist, oder ob man die Verstärkungscharakteristik bewusst so konstruiert hat.
    Praktisch sollte man deshalb Überbelichtungen vermeiden und bei der „Entwicklung“ lieber die Schatten entsprechend aufhellen, von Rauschproblemen einmal abgesehen. Diese Verhalten entspricht den Erfahrungen beim Nachbearbeiten digitaler Bilder und ist Teil vieler „Bildoptimierungen“. Aperture hat einem speziellen Menüpunkt „Schatten aufhellen“.
    Die Kameraprogrammierer bieten dazu bereits zwei Tools an, nämlich die Markierung von über- und unterbelichteten Bereichen in der Vorschau und das Histogramm. Wohl dem, der eine Kamera mit elektronischem Sucher besitzt!

    Gruß und 1, 2, 3…

    Udo

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  5. Spät aber doch bin ich dazugekommen, hier reinzusehen.
    Das Ergebnis überrascht mich einerseits, andererseits bestätigt es meine bisherigen Erfahrungen und auch Vermutungen. Und es widerlegt eigentlich eines der modernen Credos der Belichtungssteuerung. Da heisst es doch von vielen Usern „expose to the right“. D.h. eher in die Überbelichtung zu gehen und dann die Regler runterzuziehen als umgekehrt. Ich hatte immer schon die praktische Erfahrung gemacht, dass ich aus tendenziell unterbelichteten Bildern mehr rausholen kann. (Dafür u.U. mit etwas mehr Korn – äh – Rauschen, was mich aber deutlich weniger stört)
    Wenn man sich einen Sensor von der elektrischen Seite her ansieht ist das auch (mMn) einleuchtend. Bei Unterbelichtung treffen wenige Photonen auf den Sensor, man kann die Signale (mit Einschränkungen) aber verstärken. Bei Überbelichtung ist irgendwann mal Schicht im Schacht und mehr Photonen können nicht mehr bewirken. D.h. da ist schon alles übergelaufen und und keine Differenzierung mehr da. Und wo nichts ist, kann auch nichts gerettet werden. (Das ist meine – vermutlich naive – Ansicht dazu9

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  6. Pingback: #451 - Inseln die aus dem Wasser ragen - Happy Shooting - Der Foto-Podcast

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