Die M8 und ihre Infrarot-Tauglichkeit
Einleitung
Die M8 kam 2007 als erste digitale Leica M Kamera auf den Markt. Vor dieser Einführung gab es lange Diskussionen über die technische Realisierbarkeit einer digitalen Sucherkamera mit Leica Bajonett und eigentlich hiess es lange Zeit, dass man eine digitale M nicht konstruieren könne. Zum Glück erwies sich dies als Fehleinschätzung und wir erfreuen uns heute digitaler Sucherkameras. Ganz ohne Probleme ging aber die Einführung nicht von statten. Neben einigen kleineren Fehlern wie Ghosting etc. die allesamt behoben werden konnten wurde vor allem die erhöhte Infrarotsensitivität diskutiert. CCD Chips sind nicht nur für sichtbares Licht (380-780nm) sensitiv sonder auch für das nahe Infrarot (700-1400nm). Deswegen werden vor den Chips Infrarotfilter eingesetzt, welche die nahe Infrarotstrahlung ausfiltern. Bei der M8 wurde ein Filter eingesetzt, der dieses Spektrum nur ungenügend dämpft. Dadurch kann es zu einer Rot-Verschobenen Farbbalance kommen. Das zeigt sich vor allem bei dunklen Stoffen, welche dann auf dem Bild statt neutral schwarz oder grau mit einem Rotstich abgebildet werden. Leica hatte zuerst versucht das Problem wegzudiskutieren und dann spät darauf reagiert, indem jedem M8 Käufer zwei IR Blockfilter zur Verfügung gestellt wurden. Diese IR Sperrfilter werden nun ganz einfach vor das Objektiv geschraubt und so erhält man eine genügende Unterdrückung der nahen Infrarotstrahlung. Alternativ zu den Leica Filtern kann man den B+W Filter 486 verwenden. Da es sich bei diesem Filter um einen Interferenzfilter handelt sollte er nicht bei Objektiven mit einem Bildwinkel über 60° eingesetzt werden.
Wie sich ein solcher Filter auf die Fotos auswirkt, sieht man in den untenstehenden Abbildungen. Besonders bei schwarzen Textilien tritt der Infraroteffekt zu Tage. Obwohl uns die Stoffe schwarz erscheinen, werden sie mit der Leica M8 ohne Filter mit einem leichten Rotstich wiedergegeben. Mit dem Filter ist der Effekt verschwunden. Zusätzlich hat der Filter einen Einfluss auf den Weissabgleich der Kamera, wie man in den Bilder darunter schön sieht.
Bei Landschaftsaufnahmen wirkt sich all dies nicht so dramatisch aus, den Weissabgleich kann man bei RAW Aufnahmen ohnehin noch korrigieren. Allerdings sind die Effekte doch verschieden, wie die Beispiele weiter unten zeigen. Auch bei einem automatischen Weissabgleich in Lightroom ist das Ergebnis nicht identisch.
Die Vorteile der Sucherkamera
Erscheint der zusätzliche IR-Sperrfgilter für normale Fotografie eher umständlich, ist er für die Infrarotfotografie grossartig. Man kann diesen IR Sperrfilter nun ganz einfach durch einen Filter ersetzten, der den sichtbaren Bereich blockiert und nur den Infrarotbereich durchlässt. Bei anderen Kameras ist der Einsatz von IR Filtern zwar auch möglich. Da aber alle anderen herkömmlichen Digitalkameras einen sehr guten Infrarotfilter vor dem Chip besitzen, wir das nahe Infrarot sehr stark gedämpft und man erreicht nur mit sehr langen Belichtungszeiten eine genügende Belichtung. Aufnahmen aus der Hand sind dadurch unmöglich, da die Aufnahmezeiten meist im Sekundenbereich liegen. Bei der M8 ist dies nicht der Fall. Durch die ungenügende Filterung des auf dem Chip montierten Infrarotfilters ist die Transmission im nahen Infrarot relativ hoch und man kann sehr gut Infrarotaufnahmen aus der Hand machen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich rein dadurch, dass die M8 eine Sucherkamera ist. Ein Infrarotfilter blockt wie gesamt das visuelle Spektrum und man sieht durch den Filter praktisch nichts, je nachdem wie stark der sichtbare Bereich gedämpft wird. Bei etwas schwächeren Filtern mag man noch ein dunkelrotes Bild erkennen, bei starken Filtern wird aber der sichtbare Bereich so stark unterdrückt, dass man durch den Filter überhaupt nichts mehr erkennen kann. Da bei einer Sucherkamera nicht durch das Objektiv sondern durch den Sucher geschaut wird, ist der Umstand nicht relevant und man kann unbeeinflusst vom Filter das Bild gestalten. Erst die Kombination der erhöhten IR Transmission mit dem Sucherkamera-Prinzip macht die M8 zur idealen IR Kamera. Bei einer umgebauten SLR z.B. kann man zwar durch entfernen des IR Filters eine erhöhte IR Transmission erreichen (wie das bei Astrofotografen sehr beliebt ist), Aufnahmen aus der Hand sind aber trotzdem nicht möglich, da man ja wie gesagt nichts durch den Filter erkennen kann. Und so muss bei jeder Aufnahme der Filter entfernet werden, um den Bildausschnitt zu bestimmen.
Scharfstellen
Der Brechungsindex ist von der Wellenlänge abhängig. Kurzwelliges Licht (oder ganz generell elektromagnetische Strahlung) wird stärker gebrochen als langwelliges. Nahe Infrarotstrahlung ist langwelliger als der sichtbare Frequenzbereich. Der ganze Fokusierungsapparat ist aber auf den sichtbaren Bereich kalibriert und dadurch muss der Fokus bei der Infrarotfotografie verschoben werden. Um wie viel man die Fokussierung verschiebt, hängt vom Objektiv und bei Zoomobjektiven auch noch von der Brennweite ab. Man kann sich dabei ganz einfach an den Schärfentiefenstrichen auf dem Objektiv orientieren. Um welchen Betrag man den Fokus verschieben muss, kann man zum Glück bei einer Digitalkamera ganz einfach herausfinden. Als erstes öffnet man die Blende vollständig und ermittelt die korrekte Belichtungszeit eines Kontrastreichen Objektes in mittlerer Entfernung, z.B. 3-5m. Die erste Aufnahme macht man mit der visuell ermittelten Entfernungseinstellung (i.e. von Auge scharf stellen), bei der nächsten Aufnahme verschiebt man die Fokussierung um die Distanz zwischen dem Mittelstrich und dem ersten Schärfentiefe-Strich hin zu kürzeren Distanzen, bei der dritten Aufnahme um die Distanz bis zum zweiten Strich usw. Anschliessend ermittelt man die schärfste Aufnahme. Nun kann man noch feiner Korrekturabstände ausprobieren und merkt sich schlussendlich die ermittelte Korrektur.
Um dem genauen Shift zu ermitteln habe ich einen Streifen mit Millimeterabständen auf das Objektiv geklebt und dann eine Testreihe aufgenommen. Unten sind die Bilder dargestellt. Die erste Aufnahme zeigt das Farbbild, die nächtse das Infrarotbild ohne Shift, dann um 1mm Shift usw. Die ganze Reihe wurde für den Filter B+W 093 (obere Reihe) und B+W 092 (untere Reihe) aufgenommen. Um die Resultate einigermassen gleich hell darzustellen, wurden die Farbaufnahmen bie ISO160 mit 1/15 Sec belichtet, beim Filter B+W 093 wurde bei ISO640 15Sekunden belichtet und beim Filter B+W 092 bei ISO 160 3 Sekunden. Alle Aufnahmen entstanden bei Kunstlicht (Neonlampe). Der B+W 092 Filter benötigte also bei dieser Belichtung 45mal mehr Licht, der B+W Filter 093 960mal mehr Licht. Bei Tageslicht und Sonnenschein sind die Unterschiede natürlich viel geringer.
Für den Filter B+W 093 ist dementsprechend ein Fokusshift von 4-5mm anzuwenden. Das entspricht dem rechten Teilstrich für die Tiefenschärfe bei Blende 5.6, wie der abbildung weiter unten zu entnehmen ist.
Für den Filter B+W 092 ist dementsprechend ein Fokusshift von ca. 2mm anzuwenden. Das entspricht dem rechten Teilstrich für die Tiefenschärfe bei Blende 2, wie der Abbildung weiter unten zu entnehmen ist. Die beiden Filter erfordern also einen unterschiedlichen Fokusshift. Das liegt daran, dass der Filter B+W 092 den Visuellen Teil nicht völlig unterdrückt und darum der Fokus zwischen dem rein visuellen und dem des Filters B+W 093 liegt.
Dieser Korrekturwert muss nun bei jeder Aufnahme appliziert werden. Man fokussiert immer erst visuell und verschiebt anschliessend den Fokus um die ermittelte Distanz. Bei meinem Summicron 35mm/f2 verschiebe ich ganz einfach die ermittelte Distanz auf den rechts liegenden Schärfetiefestrich für Blende 2 bzw. 5.6, je nachdem welcher Filter verwendet wird (die ersten beiden Striche gelten für Blende 2.0 und Blende 2.8, der Striceh für Blende 4 hat keine Legende).
Wenn einem die ganze Prozedur zu umständlich erscheint, kann man auch eine Hyperfokaldistanz ermitteln. Bei dieser Distanz ist bei einer bestimmten Blende der Bereich von einer dieser Blende zugeordneten Nah-Distanz bis unendlich scharf. Der doppelte Wert der Nahdistanz ist die Hyperfokaldistanz. Hat man den dann einmal eingestellt, ist alles innerhalb dieses Bereiches scharf. Der Bereich hängt wie gesagt von der Blende ab und vergrössert sich für kleine Blendenöffnungen. Kreatives Scharfstellen mit schönen Unschärfebereichen wird dann aber nicht mehr möglich sein.
Für die Berechnung der Hyperfokaldistanz verwendet man folgende Formel:
H: Hyperfokaldistanz
f: Brennweite (reale Brennweite, nicht die 35mm Äquivalentbrennweite)
N: Blende
C: Radius des Unschärfekreises
Für den Unschärfekreis verwendete man für Film 0.03um, das entspricht in etwa einem 1500stel der Filmdiagonalen. Bei einer Digitalkamera will man ja das maximale aus dem Chip herausholen, deshalb kann man die Pixeldistanz bzw. die Pixelbreite (wenn man annimmt, dass die Pixel direkt aneinander liegen) für den Unschärfekreisradius annehmen. Bei einer M8 sind die Pixel 6.8um breit.
Alternativ kann man aber auch die Berechnung auf dem späteren Betrachtungswinkel der ausgedruckten Fotografie basieren und landet dann wieder beim oben erwähnet 1500stel des Chipdurchmessers, das ist bei der M8 ca. 22um. Für mich macht diese Betrachtung aber wenig Sinn, man dürfte so gar keine Ausschnittvergrösserungen machen. Ausserdem ist mit dieser Berechnungsweise der Unschärfekreisdurchmesser von der Auflösung des Chips unabhängig, man dürfte also ein Foto immer nur zu einer bestimmten Grösse vergrössern, unabhängig von der Auflösung. Das macht für mich keinen Sinn.
Mit den oben erwähnten Werten für den Unschärfekreisradius ergeben sich folgende drei Tabellen
für Film und für die M8:
In der Praxis stellt man nun den in der Tabelle ermittelten Wert ein, z.B. bei einer M8 mit 35mm Objektiv und Blende 8 22.6m (das findet man aber nicht auf der Skala, also nimmt man in etwa die Hälfte zwischen 10m und unendlich). Dann korrigiert man diese Einstellung um den Betrag für IR Fotografie, den man vorher ermittelt hat. Das Bild wird dann von der Hälfte der eingestellten Distanz, also 11m, bis unendlich scharf sein. Wie man sieht ist der Schärfebereich bei einer Filmkamera um einiges grösser. Das liegt wie gesagt am grossen Unschärfekreisradius, der bei der Berechnung der Hyperfokaldistanz herangezogen wird. Dieser hat wiederum etwas mit der Grösse der Silberhalogenid-Kristalle zu tun, die gegenüber den Pixeln der M8 um Grössenordnungen ausgedehnter sind.
Um diese Aussagen zu überprüfen, habe ich drei Testaufnahmen mit einem 35mm Objektiv bei Blende 16 gemacht. Wie aus den drei Tabellen oben ersichtlich, ist die Hyperfokaldistanz für diese Werte 2.6, 3.5 bzw. 11.3m Diese Werte entsprechen den bunten Kaffeeschachteln in den Abbildungen unten. Der Schärfebereich dehnt sich nun von der halben Hyperfokaldistanz bis unendlich aus. Während man die drei Ausschnitte für die Nahgrenze schlecht vergleichen kann, da gleiche Objekte in verschiedenen Abbildungsmssstäben abgebildet werden (sie wirken alle einigermassen scharf) ist es leichter, die Aufnahmen bei unendlich zu vergleichen. Hier wird ersichtlich, dass die dritte Hyperfokaldistanz einen Schärfegewinn bringt; er fällt jedoch nicht riesig aus. Das könnte daran liegen, dass man bei Blende 16 schon beugungsbegrenzt fotografiert und die optimale Schärfeleistung des Objektives nicht mehr erreicht werden kann.
Es bleibt noch abzuklären, ob nicht auch die Auflösung durch die Filter begrenzt werden. Bei eine Farbaufnahme (oder einer herkömmlichen Schwarzweissaufnahme) werden ja alle Pixel, die roten, grünen und blauen, belichtet. Filtert man nun den gesamten visuellen bereich aus, bekommen die grünen und die blauen Pixel kein Licht mehr, können also nichts mehr zur Auflösung beitragen. Da es doppelt so viele grüne Pixel wie blaue und rote gibt, wird die Pixelanzahl, die bei Infrarotaufnahmen beteiligt sind, geviertelt, die Auflösung halbiert sich theoretisch. Um dies zu untersuchen, kann man ganz einfach die schärsten Aufnahmen aus dem Fokustest vergleichen. Die untenstehenden Bilder zeigen Ausschnitte aus dem Farbbild, dem Bild mit dem B+W Filter 093 bei 4mm und dem Bild mit dem B+W Filter 092 bei 2mm. Die Farbaufnahme wirkt interessanterweise nicht am schärfsten, aber der Unterschied zwischen den beiden IR Filtern ist doch vorhanden. Es muss aber berücksichtigt werden, dass die Aufnahme mit dem Filter 093 mit ISO 640, die Aufnahme mit dem Filter 092 mit ISO 160 (wie die Farbaufnahme) gemacht wurde. Das trägt sicherlich auch seinen Teil dazu bei. Bei Aufnahmen aus der Hand kommt man aber nicht drum herum, den 093 Filter mit einer höheren ISO Zahl zu benutzen, da sonst die Belichtungszeiten zu lange werden.
Belichtung
Erstaunlicherweise ist der Belichtungsmesser der M8 auch für die Infrarotfotografie durchaus tauglich. Wie immer muss man natürlich bei speziellen Lichtsituationen eine +/- Korrektur anbringen, damit die Aufnahme optimal Belichtet wird. So sollte man wie bei herkömmlichen Digitalaufnahmen immer so belichten, dass das Histogramm möglichst weit rechts liegt aber nicht rechts abgeschnitten wird.
Manche Kameras zeigen beim verwenden des RAW Formates noch einen gewissen Spielraum (Headroom), i.e. man kann das Histrogramm ein bisschen rechts abschneiden und kann immer noch aus der RAW Datei den vollen Dynamikumfang schöpfen. Bei der M8 ist aber der Spielraum meines Erachtens sehr klein (verglichen mit einer Canon DSLR). Wichtig ist bei diesem Verfahren (welches man ‚Expose to the Right’ nennt), das man kontrastarme Objekte länger belichtet als kontrastreiche, da ja der Rechtsanschlag für die Belichtung ausschlaggebend ist und nicht der Mittelwert. Man muss also unter Umständen die Belichtung bei kontrastarmen Objekten relativ zu kontraststarken Objekten korrigieren (länger belichten), obwohl sich beide im gleichen Licht befinden. Das ganze macht man übrigens deshalb, um den Dynamikumfang des Chips optimal auszunutzen und das Rauschen in den Schatten zu reduzieren. Auf jeden Fall ist es ratsam, sich das Histrogramm für alle Farbkanäle einzeln anzuzeigen, da bei der Infrarotfotografie hauptsächlich der rote Kanal angesprochen wird muss man vor allem diesen korrekt belichten; die anderen beiden Kanäle sind eigentlich unwesentlich. Die Aufnahme wird später eine reine Schwarzweiss Aufnahme werden, da durch den Infrarotfilter die Farbinformation verloren geht. Mittelt man die drei Farbkanal-Histogramme zu einem Luminanz-Histogramm, kann man die Belichtung bei der Infrarotfotografie nicht korrekt beurteilen.
Ich gehe bei der Belichtungswahl folgendermassen vor. Zuerst mache ich eine Testaufnahme mit einer Belichtungszeit, die ich mit dem Belichtungsmesser ermittelt habe. Nun beurteile ich das Histogramm und merke mir, um wie viele Blenden ich die Aufnahme korrigieren muss. Diese Korrektur bringe ich nun direkt in eine manuell einzustellende Belichtungszeit ein und mache anschliessend nochmals eine Aufnahme mit der manuell eingestellten Zeit und überprüfe das Resultat. Diese Belichtungszeit lass ich nun eingestellt und ändere sie erst, wenn sich die Belichtungssituation grundlegend geändert hat. Das im Display angezeigte Bild wird übrigens je nach verwendetem Filter und je nach Weissabgleich rotstichig oder rein schwarzweiss angezeigt. Das ist aber nicht relevant, das Bild wird wie gesagt später in ein Graustufenbild umgewandelt. Es empfiehlt sich auf jeden Fall, eine RAW Aufnahme zu machen (das sollte man bei der ‚normalen’ Fotografie ja auch tun) und die RAW Konversion auf später zu verschieben.
Filter
Unten sind Filterkurven verschiedener Infrarotfilter der Marke B+W abgebildet. Während der Filter 099 noch einen wesentlichen Bereich der sichtbaren Wellenlängen durchläst filtert 092 schon fast den gesamten sichtbaren Beeich aus, 093 sogar den vollständigen sichtbaren Bereich. Mit dem Filter 092 kann man noch sehr gut Fotos aus der Hand machen, ohne die ISO Zahl unnötig in die Höhe zu schrauben. Mit dem Filter 093 blockt man zwar den sichtbaren Bereich praktisch vollständig ab und erhält dadurch einen gegenüber dem 092 Filter gesteigerten Infraroteffekt, dafür sind aber auch die Belichtungszeiten höher. Hier zeigt sich, dass der vor dem Chip eingebaute IR Sperrfilter in der M8 das nahe Infrarot nur ungenügend filtert, aber eben auch nicht das nahe Infrarot vollständig transmittiert.
Typische Effekte der Infrarotfotografie sind ein dunkler Himmelshintergrund und die helle Wiedergabe von Pflanzen. Der erste Effekt sorgt für die dramatische Abbildung von Wolken, hier kann man insbesondere mit einem starken Infrarotfilter wie mit dem B+W Filter 093 sehr schöne und wirkungsvolle Effekte erzielen. Die helle Wiedergabe des Blattgrüns gelingt schon mit dem Filter 092, wird aber mit dem Filter 093 nochmals gesteigert.
Ein weiterer Effekt der Infrarotfotografie ist die reduzierte Streuung an Atmosphärenschichten. Langwellige Strahlung wird in der Atmosphäre weniger stark gestreut als kurzwellige, weswegen ja auch der Himmel blau und der Sonnenuntergang rot erscheinen. Aus demselben Grund wird Dunst in der Infrarotfotografie weniger stark abgebildet als in der sichtbaren Fotografie, man erreicht dadurch einen besseren Blick in die Ferne. So werden z.B. weit entfernte Berge weitaus klarer abgebildet als in der traditionellen Farbfotografie. Gerade bei Panoramen von einem Berggipfel oder bei Fotos aus dem Flugzeug lassen sich hier sehr schöne Effekte erzielen, indem man fast ungehindert durch den Dunst ‚hindurch’ fotografieret. Das Ergebnis lässt einen immer wieder staunen, da man selber diesen Effekt ja nicht sehen kann und die fernen Berge erst auf dem Foto sichtbar werden.
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