Lichtfalle im Datacolor SpyderCube / Ermittlung Streulicht in einem Objektiv

[RAWky]

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Beim Stöbern durch Katalogen von Dingen, die man nicht unbedingt benötigt, bin ich auf den SpyderCube gestoßen, der zur Kontrastmessung eine Lichtfalle besitzt.

Die Idee hinter einer Lichtfalle ist ja, möglichst kein/wenig Licht zu emittieren (idealerweise kein Licht, weder sichtbares noch infrarot noch anderes) um im Bild einen definierten Schwarzpunkt zu haben. Das wird diese Lichtfalle so nicht bieten können, aber wahrscheinlich ist sie doch schwärzer als alles andere im Motiv.

Nun ist mir die Idee gekommen, mit so einer Lichtfalle könnte man doch das unerwünschte Licht in einem Objektiv messen/nachweisen, welches durch Reflexionen an Linsenoberflächen, Linsenfassungen, Blenden, Sensoren (es wird ja auch Licht vom Sensor an die Hinterlinse und zurück reflektiert) und alle anderen möglichen Störungen erzeugt wird.

Wie könnte das geschehen:

Zuerst muss man für eine bestimmte ISO/Verschlusszeit den Dunkelstrom des Sensors ermitteln, also mit Gehäusekappe in dunkelster Umgebung (im Wechselsack, falls man den noch hat) einmal auslösen und in der RAW-Datei das Rauschen ermitteln. Die X-T3 zeigt bei ISO160 und 1/125 z.B. durchschnittliches Rauschen mit RGB-Werten von (0.75, 0.71, 0.75).

Jetzt  "normale" Fotos mit der Lichtfalle im Bild und gleichen ISO/Verschlusszeiten mit unterschiedlichen Objektiven, mal mit, mal ohne Streulichtblende, aufnehmen.

Dann in den RAW-Dateien an der Stelle, wo die Lichtfalle im Bild ist ebenfalls RGB-Werte mitteln, die Werte aus der Dunkelstrommessung abziehen und man sollte doch dann einen Wert erhalten, der Aussagen über Vergütung, Effektivität der Streulichtblende und Störungen durch z.B. Filer zulässt, immer natürlich mit dem Fehler der Restreflexion aus der Lichtfalle, die aber kleiner sein wird, als das, was so als Reflexionsgeschehen im Objektiv los ist.

Oder anders gefragt, werden solche Messungen mit Lichtfallen (eventuell andere Konstruktionen) bei Objektivtest tatsächlich gemacht?

Das aktuelle wöchentliche Fotothema "Gegenlicht" zeigt ja, wie unterschiedlich stark solches Falschlicht in den unterschiedlichen Objektiven vagabundiert (natürlich nicht nur bei Gegenlicht).

 

[mjh]

Mir scheint das ein bisschen zu kompliziert gedacht zu sein. Das Dunkelstromrauschen kann man praktisch ignorieren, weil es einerseits vermutlich schon in den Rohdaten weitgehend herausgerechnet sein wird und zweitens bei kurzen Verschlusszeiten sowieso keine nennenswerte Rolle spielt. Auch andere Rauschquellen spielen keine Rolle, weil man bei Testaufnahmen ja für genug Licht sorgen kann.

Eine Streulichtmessung ist prinzipiell eine Kontrastmessung: Je geringer der Bildkontrast bei gleichem Szenenkontrast, desto stärker ist der Einfluss des Streulichts. Man braucht also nur ein Motiv mit einem bestimmten Kontrast bei immer gleicher Beleuchtung zu fotografieren und den Kontrast im Bild zu messen. Ein SpyderCube wäre ein geeignetes Motiv, aber man könnte auch einen Graukeil nehmen – was immer zur Hand ist.

[RAWky]

Die Idee war, in einem beliebigen Motiv einen Bereich zu haben, der idealerweise keine Photonen emittiert. Gäbe es zusätzlich kein Rauschen, so würde dieser Bereiche in der RAW-Datei (0,0,0) sein. Es rauscht aber und die Lichtfalle wird Photonen emittieren, also statt (0,0,0) die besagten (x,y,z).

Wenn jetzt statt (x,y,z) sich im Bereich der Lichtfalle Werte (immer in der unentwickelten RAW-Datei gemessen) von (x+a,y+b,z+c) ergeben, muss die Differenz (a,b,c) innerhalb der Kamera durch Reflexion entstanden sein. Sicherlich ist das eine Reduzierung des Kontrastes (die Differenz von hell zu dunkel ist ja geringer), das schon, aber unabhängig von Graukeil und definierter (Labor-)Beleuchtung liessen sich mit einer solchen Lichtfalle in einem beliebigen, beliebig beleuchteten Motiv, direkt Unzulänglichkeiten von Objektiven erkennen, weil der Bereich der Lichtfalle immer (immer!) die Helligkeit (x,y,z) liefern müsste.

Ich habe mal probiert:

XT-3 mit dem 90er, ein LED-Licht mit Abstand von der Seite, schräg auf die Linse, ...19.RAF ohne Streulichtblende (LED-Licht auf Frontlinse), ...20.RAF mit Streulichtblende (kein LED-Licht auf Frontlinse)

Das gesamte Bild liefert folgende RGB-Werte, jeweils Min, Durchschnitt und Max:

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Ein Bereich, der "schwarz ist" liefert diese Werte aus den RAF:

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Da sieht man erstmal nichts (oder nicht viel).

Wo man allerdings etwas sieht, ist beim Vergleich der Histogramme:

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Allerdings lässt sich hier das Falschlicht nicht absolut feststellen, sondern im Vergleich der Motive mit und ohne Falschlicht. Im Motiv, im entwickelten RAW sieht man (sehe ich) keinen Unterschied.

Ein weites Feld, das ist ...

bearbeitet 30. Juli 2021 von RAWky

[grillec]

vor 1 Stunde schrieb RAWky:

direkt Unzulänglichkeiten von Objektiven erkennen, weil der Bereich der Lichtfalle immer (immer!) die Helligkeit (x,y,z) liefern müsste.

Würden solche Unterschiede bei mehreren Objektiven nicht nur durch Streulicht am Gehäuse etc, sondern auch durch unterschiedliche Transmissionswerte des verwendeten Glases zustande kommen?

bearbeitet 30. Juli 2021 von grillec

[RAWky]

Ich denke, das kompensiert sich durch die Belichtungsmessung. Eine F2.0 Linse mit T2.5 würde ja durch längere Verschlusszeiten (verglichen mit F2.0 und T2.3) die gleiche Menge Photonen auf den Sensor lassen. Wenn man ISO und Verschlusszeit gleich lässt, wären die Ergebnisse nicht vergleichbar, das T2.5 sollte dann als weniger falschlichtlastig gelten, vermute ich…

[mjh]

Fun fact: Ein Objektiv mit möglichst gleichmäßiger Anfälligkeit für diffuses Streulicht vergrößert den Dynamikumfang, den eine Kamera bewältigen kann.

[RAWky]

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vor 8 Minuten schrieb mjh:

diffuses Streulicht

Ist das nicht ein „weisser Schimmel“?

Streulicht ist beleuchtungsbedingt doch vor der Frontlinse, Falschlicht entsteht  konstruktionsbedingt hinter der Frontlinse.

Was bedeutet „anfällig für diffuses (Streu)Licht“?   Dass es besonders viel Falschlicht erzeugt?

 

[mjh]

vor 11 Minuten schrieb RAWky:

Ist das nicht ein „weisser Schimmel“?

Streulicht ist beleuchtungsbedingt doch vor der Frontlinse, Falschlicht entsteht  konstruktionsbedingt hinter der Frontlinse.

Was bedeutet „anfällig für diffuses (Streu)Licht“?   Dass es besonders viel Falschlicht erzeugt?

Streulicht (oder Falschlicht, wie immer man es nennt; auf Englisch wäre es „stray light“) tritt einmal als diffuses Streulicht auf, das großflächig den Kontrast reduziert, und dann als Blendenflecke (lens flare) und Geisterbilder, also lokalisierte Artefakte. Diffuses Streulicht entsteht vor allem durch Reflexionen an den Innenwänden des Objektivtubus, Blendenflecke und Geisterbilder dagegen durch Reflexionen an den optischen Elementen des Objektivs, gegebenenfalls auch durch Reflexionen am Sensor und an der Rückseite von Filtern.

(Am Begriff „Streulicht“ mag man kritisieren, dass es sich ja in diesem Zusammenhang durchweg nicht um gestreutes Licht handelt, aber im Bereich der Fotografie scheint er mir verbreiteter zu sein. Man spricht ja auch von einer „Streulichtblende“, und nicht von einer „Falschlichtblende“.)

[RAWky]

vor einer Stunde schrieb mjh:

Man spricht ja auch von einer „Streulichtblende“, und nicht von einer „Falschlichtblende“.

Ist aber beides nicht ganz richtig. Im Grunde hält die Blende ja das Licht aus dem System, welches nicht vom Motiv kommt und dann zu Falschlicht (da wird zwischen Streu-und Reflexlicht unterschieden) im Objektiv führt. 

Das Klugscheissern erlaube ich mir mal aufgrund der Begriffsdefinition einer DIN/ISO Norm, die sich damit beschäftigt: Reflexlicht ist Falschlicht, welches an Oberflächen vom Komponenten entsteht (Einfallswinkel = Ausfallswinkel), Streulicht ist Falschlicht welches an Linsenoberflächen und in der Linse Gestreut wird. Beides wirkt kontrastmindernd.

Aufgrund des Begriffs Streulichtblende, bin ich bis vor kurzem davon ausgegangen, dass das Teil „Streulicht“ (Licht, was von ausserhalb des Bildwinkels kommt) nicht in das Objektiv lässt.

Falschlichtverhinderungsblende finde ich gut!

[mjh]

vor 4 Stunden schrieb RAWky:

Ist aber beides nicht ganz richtig. Im Grunde hält die Blende ja das Licht aus dem System, welches nicht vom Motiv kommt und dann zu Falschlicht (da wird zwischen Streu-und Reflexlicht unterschieden) im Objektiv führt. 

Die Fotografie ist voller falscher Begriffe … Aber der Begriff „Streulicht“ richtet immerhin keinen Schaden an. Ich bin schon froh, wenn man „Streulichtblende“ sagt – und nicht „Gegenlichtblende“.

Die Streulichtblende hält das Licht von der Frontlinse ab, das keine Rolle bei der Bildentstehung spielen sollte, weil es aus Bereichen außerhalb des vom Sensor erfassten Bildfelds kommt. Bei einem idealen Objektiv (und einer idealen Kamera) wäre das nicht nötig, weil dieses Licht, wenn es denn auf die Frontlinse trifft, zwar vielleicht in das Objektiv gebrochen wird, aber früher oder später auf die Innenseite des Tubus oder auf das Kamerainnere neben dem Sensor trifft, wo es vollständig absorbiert wird. Bei realen Objektiven (und Kameras) ist diese Absorption aber nie vollständig; ein Teil des Lichts wird diffus reflektiert und kann dann entweder direkt oder von Linsenoberflächen reflektiert letztlich doch auf dem Sensor landen.

Und dann gibt es Licht, das aus dem vom Sensor erfassten Bildfeld kommt und daher, nachdem es alle Linsenelemente je einmal durchlaufen hat, auf dem Sensor landen sollte – was es bei einem idealen Objektiv (und einer idealen Kamera) auch täte. In der Realität wird aber ein Teil dieses Lichts nicht nur in den optischen Elementen absorbiert – was nicht ideal, aber auch nicht wirklich problematisch ist, weil es lediglich die Transmission etwas unter 100 Prozent drückt –, sondern von den Linsenoberflächen reflektiert. Danach wird es im besten Fall vom Objektivtubus absorbiert oder gelangt durch die Frontlinse wieder ins Freie, so dass es keinen Schaden anrichtet. Es kann aber auch nach weiteren Reflexionen doch noch auf dem Sensor landen, nur leider nicht dort, wo es landen sollte. Dieses Licht erzeugt dann beispielsweise Blendenflecke, also Bilder der Blende, oder auch Geisterbilder – Bilder der Motive, die um die optische Achse gespiegelt sind. An Geisterbildern ist typischerweise der Sensor selbst (beziehungsweise sein Deckglas) und eine weitere plane Fläche beteiligt, sei es eine plane Fläche einer Linse oder ein Filter vor dem Objektiv. Diese unerwünschten Reflexionen versucht man vor allem mit einer Vergütung möglichst vieler Oberflächen zu verhindern – einschließlich des Deckglases des Sensors und gegebenenfalls auch von Filtern vor dem Objektiv, die auf beiden Seiten vergütet sein sollten. Eine Streulichtblende richtet hier natürlich nichts aus, denn dieses Licht soll ja in das Objektiv gelangen – nur nicht dort wieder heraus kommen, wo es leider heraus kommt.

[RAWky]

vor 10 Stunden schrieb mjh:

Die Fotografie ist voller falscher Begriffe

Ist wohl so, schade, und führt oft zu semantischen Missverständnissen, obwohl alle die gleiche Sprache meinen zu sprechen.

Ob man nun Streulicht-, Gegen- oder Streiflichtblende zu dem Teil am vorderen Ende des Objektivs sagt, ist nicht wichtig, so lange alle wissen was gemeint ist - man muss sich den Zweck noch nicht einmal herleiten können.

Weil die Lichtfalle im SpyderCube (um zum Thema zurückzufinden) sinnvollerweise zur Bestimmung des Schwarzpunktes (und nicht zur Quantifizierung von Falschlicht genutzt wird) die weisse Fläche entsprechend zur Bestimmung des Weißpunktes dient, kann man den Kontrast im Bild mit Hilfe der Bildbearbeitung in der weiteren Entwicklung (nach der Übertragung des RAWs in einen bestimmten Farbraum und Anwendung eines Kameraprofils) genannten Nachbearbeitung numerisch maximieren und so auch z.B. Falschlicht erkennen (sofern es kein Rauschen ist) und je nach Art, das Diffuse leichter als die Spiegelungen, auch weg rechnen. Den Weissabgleich erledigt man mit der grauen Fläche des Würfels, und schon ist das Bild im Rahmen der Belichtung (Zeit, Blende, ISO) technisch optimiert (ob ein Foto die Realität so gut wie möglich abbilden soll, entscheidet jeder für sich, nicht zuletzt auch durch eine Filmsimulation). Soweit mein Erkenntnisstand in der Sache…

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