Optik und Technik - Kriminalistik|Kriminaltechnik

Nachdem auf den vorherigen Seiten die allgemeine Bedienung von Fotoapparaten sowie das Licht nähere Erläuterung erfahren haben, ist es nun an der Zeit alle Eigenschaften und Problemfelder in

in Übereinstimmung zu bringen und die Bedeutung der einzelnen Komponenten - hauptsächlich aber das Zusammenspiel - näher zu erläutern. Allerdings wird dieses Kapitel etwas komplizierter, denn einige Komponenten greifen mehrfach in andere ein oder beeinflussen sich wechselseitig, sodass einige Querverweise erforderlich sind und manche Dinge auch mehrfach angesprochen werden müssen.

I. d. R. aber entbehren diese Fotos - oben - jeglicher wichtiger Aussagekraft.

Aus dem Grunde werden wir uns den einzelnen Komponenten noch einmal explizit zuwenden, damit am Ende das Zusammenspiel von Licht - Blende - Belichtungszeit - ISO-Wert noch verständlicher wird. Hier nehmen wir jetzt auch noch den Fokus und die Brennweite mit hinzu.

Das Thema Lichtfarben und Farbtemperaturen wurde bei Licht hinreichend erörtert, deswegen spreche ich als erstes (noch) einmal der Belichtungszeit an:

Belichtungszeit ist die Zeit, die das Licht auf die lichtempfindliche Schicht des Films oder CCD-Chips wirken kann.

Belichtungsreihe mit Kamera FinePix S3Pro

Die Belichtungszeit wirft aber noch ein paar weitere Problemfelder auf, die an dieser Stelle Erwähnung finden müssen.

~ entsteht immer dann, wenn die Belichtungszeit nicht zur Bewegung der Kamera passt.

I. d. R. hält der Fotograf seinen Apparat in der Hand, wobei zu beachten ist, dass die Belichtungszeit nicht länger sein darf als der Umkehrwert der Brennweite. Das bedeutet:

 50 mm Brennweite = maximale Belichtungszeit 1/  50

500 mm Brennweite = maximale Belichtungszeit 1/500

Wir kommen also nicht umhin auf das Display unserer Kamera zu achten, um durch das Beobachten der Belichtungszeit das Entstehen von Verwacklungsunschärfen zu vermeiden.

Bei Spiegelreflexkameras wird nur die Belichtungszeit im Display angezeigt, durch die man eine drohende Verwacklungsgefahr erkennen kann / erkennen muss.

Bei Kompaktkameras gibt es i. d. R. Symbole, die die Verwacklungsgefahr anzeigen, weil diese Kameras meist weder Brennweite noch Belichtungszeit ausweisen, sodass man diese Symbole braucht.

Kamera-Display Fuji FinePix 1600 | RICOH Caplio 700 | Nikon CoolPix 500 v.l.n.r.

So unterschiedlich wie die Kameras sind auch die vom Hersteller verwendeten Symbole. Meist erkennt man jedoch ihren Sinn ohne die Bedienungsanleitung studieren zu müssen.

Eins ist jedoch sicher:

Man muss Abhilfe schaffen

oder durch die Veränderung einer der anderen drei Komponenten

Bei der Spurenfotografie sind verschiedene Einstellungen jedoch vorgegeben, wie die Blendenzahl und der ISO-Wert - auch der Einsatz eines Blitzes ist oftmals nicht angeraten, sodass der Einsatz eines Statives zwingend geboten ist.

~ entsteht immer dann, wenn die Belichtungszeit nicht zur Bewegung des Motivs passt.

Nebenstehend sehen wir Faustformeln für das Fotografieren einiger Motive.

Zur Vermeidung von Bewegungsunschärfen hilft der Einsatz eines Statives natürlich wenig, aber ansonsten kann man hier dieselben Einstellung wie zur Vermeidung der Verwacklungsunschärfe wählen.

Wir haben also zwei Arten von Unschärfen, die durch die Belichtungszeit bedingt sind. Bei einigen Aufnahmen treten Verwacklungs- und Bewegungsunschärfe gemeinsam auf ...

Während die Belichtungszeit regelt wie lange das Licht auf die lichtempfindliche Schicht wirkt, regelt die Blende die Menge des Lichtes das innerhalb dieser Zeit auf die Schicht wirken kann.

Die Lichtdurchlässigkeit der Blende wird durch die Blendenzahl ausgedrückt, die wiederum eine Verhältnisrechnung ist und aussagt wie oft die Blende nebeneinander aufgereiht in die Brennweite passt.

Das bedeutet, dass sich die effektiven Öffnungen der Blende 8 bei 50 mm Brennweite und der Blende 8 bei 500 mm durchaus unterscheiden ...

... oder aber dass dieselbe effektive Öffnung bei längerer Brennweite der Blende 11 und bei kürzerer der Blende 8 entspräche.

Hiermit klärt sich dann auch die

Frage warum eine große Öffnung eine kleine Blendenzahl und eine kleine Öffnung eine große Blendenzahl hat.

Die größtmögliche Öffnung der Blende wird durch die Baugröße des Objektivs bedingt, denn sie kann nicht größer sein als das Objektiv selbst.

Die kleinstmögliche Öffnung ist sicher auch durch die Bauart bedingt, aber in erster Linie pysikalisch. Wenn die Öffnung zu klein wird, lässt die Blende die Lichtwellen nicht mehr einfach nur hindurch, sondern es entstehen an ihr eigene Wellen, die sich nicht mehr grandlinig sondern bogenförmig ausbreiten würden, was in der Fotografie unerwünscht ist.

Belichtungsreihe mit Kamera Nikon D5100

Blenden: F 5.3 | F 8 | F 11 | F 16 | F 22 | F 27

Belichtungszeit 1/2 sec. bei ISO 400

Wenn sich die anderen Komponenten nicht ändern, macht auch die Blende auf den ersten Blick nichts weiter als das Bild hell oder dunkel. Allerdings kann man bei genauer Betrachtung schon den zweiten Effekt erkennen, der eng mit der Blende einher geht - die Schärfentiefe bzw. Tiefenschärfe.

Die Zifferntafeln befinden sich im Abstand von 30 cm aufgereiht - die 10 steht bei 3 m Entfernung.

Da sich Blende und Belichtungszeit umgekehrt proportional zueinander verhalten - wenn die Blende um eine Stufe geschlossen wird, muss die Belichtungszeit ihrerseits um eine Stufe verlängert werden - schauen wir uns die obige Belichtungsreihe noch einmal mit korrigierten Belichtungszeiten an.

Aufnahmen: F 5.3 - 1/2 sec. | F 8 - 1 sec. | F 11 - 2 sec. | F 16 - 4 sec. | F 22 - 8 sec. | F 27 - 8 sec.

"Bereinigt" um die Belichtungszeit ist der Effekt der Tiefenschärfe oder eben Tiefenunschärfe insbesondere in der oberen Bildreihe recht deutlich zu erkennen.

Wie auch die Belichtungszeit kann man die Blendenzahl an den Kameras ablesen - zumindest bei Spiegelreflexkameras und auch an einigen ausgewählten Kompaktkameras.

Das Erkennen des Tiefenschärfenbereichs hingegen ist wesentlich schwieriger, denn dazu benötigt der Apparat eine Abblendtaste, die nicht an allen Kameras vorhanden ist, mit der das Objektiv auf die Arbeitsblende umschaltet und man den Schärfenbereich erkennen kann - allerdings wird das Bild (im Sucher) dann auch dunkler.

Bereits bei "allgemeines" habe ich die Begriffe Offenblende und Arbeitsblende erläutert, sodass ich hier nicht weiter darauf eingehen möchte.

Bei einigen (älteren) Objektiven kann man die Tiefenschärfe vorn an den Skalen ablesen.

oben:  Fokusring mit Entfernungsangaben

unten: Blendenring mit Werten

mitte: Skale für die Tiefenschärfe

Hier sind die Blendenwerte doppelt vorhanden und zwischen den jeweilen Zahlen kann man die Tiefenschärfe ermitteln.

Was hat es nun mit dieser Tiefenschärfe auf sich?

Wie entsteht sie und was genau hat die Blende damit zu tun?

Der Scharfpunkt ist der Punkt auf den die Kamera scharfgestellt - fokussiert wurde.

Ein Gerät zur optischen Abbildung - zu denen auch die Fotokamera gehört - kann jedoch nur den Bereich als Punkt abbilden, der sich absolut im Scharfpunkt befindet.

Alle anderen Bereich werden als Flächen dargestellt, die in der Fotografie Zerstreuungskreise genannt werden.

Allein die Trägheit des menschlichen Auges erlaubt es eine Fläche, also einen Zerstreuungskreis von 1/30 mm Größe noch als Punkt zu erkennen.

Je größer also die Zerstreuungskreise werden umso mehr Unschärfe sehen wir auf dem Foto.

Die Größe der Zerstreuungskreise hängt letztlich aber auch davon ab, in welcher Größe man das Foto betrachtet.

Je kleiner das Foto - z. B. auf dem Display der Kamera - umso kleiner auch die Zerstreuungskreise.

Je größer der Foto - z. B. auf dem Rechner komplett oder als Ausschnitt vergrößert - umso größer auch die Zerstreuungskreise.

Das heißt, dass ein Foto, das wir relativ scharf auf dem Display der Kamera sehen, später auf dem PC nicht ebenfalls scharf sein muss. Im Umkehrschluss bedeutet es aber, dass eine Aufnahme, die schon auf dem Display nicht scharf ist, auch später unter keinen Umständen scharf sein kann.

Auch sämtliche Bildbearbeitungsprogramme können daran nicht wirklich viel ändern!

Alles steht und fällt mit der Qualität der Aufnahme.

Beispiel zum Thema Größe der Zerstreuungskreise:

Hier oben sehen wir das Bild ähnlich dem Kameradisplay und meinen, dass es sich um ein scharfes Foto handeln könnte.

Erst die größere Abbildung zeigt, dass dem nicht so ist, denn das Motiv - der Hund im Vordergrund - ist eben nicht scharf abgebildet.

Solche Abbildungen (oben) findet man zu Hauf im Internet und sie demonstrieren sehr schön die Abhängigkeit der Tiefenschärfe von der Blende.

Ich habe schon vor längerer Zeit diese Grafiken (unten) erstellt, mit deren Hilfe ich die Abhängigkeit der Tiefenschärfe von der Blende anhand der Größe der Zerstreuungskreise darstelle.

Punkt A befindet sich im Scharfpunkt der Kamera und wird auf dem Chip gleichwohl als Punkt abgebildet, weil der CCD-Chip genau im Brennpunkt A' angeordnet ist.

Punkt B befindet sich ein Stückchen weiter zurück und da die Brennweite dieselbe ist, befindet sich der Brennpunkt B' vor dem Chip.

Punkt C befindet sich dichter an der Fotooptik und daher liegt der Brennpunkt C' hinter dem Chip.

In den Fällen von B und C erfolgt die Abbildung also nicht als Punkt, sondern als kleine Flächen - Zerstreuungskreise genannt.

Wenn man jetzt die Blende weiter öffnet, ändert sich für Punkt A nichts - A' wird weiterhin als Punkt auf dem CCD-Chip abgebildet. Auch die Brennpunkte B' und C' ändern sich nicht, aber durch die größere Blende vergrößert sich der Ablenkwinkel und dadurch vergrößern sich auch die Zerstreuungskreise - die Tiefenschärfe nimmt ab.

Fotografie ist immer ein Kompromiss zwischen dem was ich will und dem was geht.

In dem Zusammenspiel von Blende und Belichtungszeit muss häufig die Entscheidung zwischen Verwacklungs- und Bewegungsunschärfe gegen Tiefenunschärfe oder andersherum gefällt werden.

Günstiger Weise wählt man sowohl die Blende als auch die Belichtungszeiten im mittleren Bereich.

Zoom kennen wir alle, aber was ist die Brennweite?

Zunächst greife ich den vorherigen Satz auf und stelle die Behauptung auf, dass nicht jedes Objektiv einen Zoom hat - wohl aber eine Brennweite!

Heranzoomen oder wegzoomen / Teleobjektiv oder Weitwinkel

~ auch diese Begriffe werden die meisten schon des öfteren gehört haben, aber was bedeutet das?

Heranzoomen bedeutet, dass ich mit der Kamera etwas größer darstelle, als ich es mit dem bloßen Auge sehen kann. Das funktioniert grundsätzlich mit einer langen Brennweite z. B. beim Teleobjektiv.

Wegzoomen bedeutet, dass ich mit der Kamera mehr - einen größeren Bildausschnitt - darstelle, als ich mit dem Auge sehen kann. Das funktioniert grundsätzlich mit kurzen Brennweiten, wie z. B. beim Weitwinkelobjektiv.

Wo fängt das eine an und wo hört das andere auf?

Was ist lang - was ist kurz - wo liegt die Mitte?

Eins sei schon mal gesagt: In der Mitte liegt das Nomale, die Normalbrennweite, das Normalobjektiv.

Die Normalbrennweite liegt genau dann an, wenn der Bildwinkel der Kamera dem Blickwinkel eines menschlichen Auges entspricht und der liegt bei etwa 45 °.

Jetzt wäre es etwas müßig so lange Bild- und Blickwinkel abzugleichen bis man in beiden Fällen dasselbe sieht, deshalb kann man das Ganze auch anhand der Diagonale des Aufzeichnungsmediums ermitteln.

Aus "alten Fototagen" kennen einige noch die Formulierung, dass das Normalobjektiv bei 50 mm liegt. Das trifft aber nur für das Kleinbildformat 24 x 36 mm zu. Z. B. die Mittelformatkamera Pentacon SIX hat ein Normalobjektiv von 80 mm und bei den heute meist gebräuchlichen Digitalkameras ist der CCD-Chip 15,8 x 23,6 mm groß, woraus sich eine Diagonale von 35 mm als Brennweite für das Normalobjektiv ergibt.

Der sicher ebenfalls bekannte Begriff "Vollformatkamera" oder "Vollformatchip" rührt daher, dass der CCD-Chip ebenso groß ist wie ein Kleinbild-Negativ - 24 x 36 mm.

Bei NIKON werden die Objektive, die für die Kameras mit dem kleinen Chip gefertigt sind, mit der Kennzeichnung DX versehen.

Alle Brennweiten, die kürzer sind als die Normalbrennweite, bezeichnen wir als Weitwinkel.

Extreme Weitwinkelobjektive tragen häufig den Namen Fischauge oder Fisheye.

Die Brennweiten, die länger sind als die Normalbrennweite, bezeichnen wir als Teleobjektive oder auch Makroobjektive.

Zu den letzteren möchte ich feststellen, dass Teleobjektive alle Dinge größer darstellen, die weiter weg sind - also bei großer Objektweite - und Makroobjektive Dinge größer darstellen, die eine geringe Objektweite habe.

Neben der Möglichkeit die Brennweite am Objektiv selbst zu ändern, haben Spiegelreflexkameras noch den großen Vorteil, dass man die Objektive selbst wechseln oder auch Zusatzgeräte, wie Zwischenringe, Faltenbälge, Vorsatzlinsen o. ä. verwenden kann und damit fast unendliche Möglichlichkeiten von Brennweiten für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete und Aufgaben zur Verfügung hat.

Hier links möchte ich noch einmal kurz ein paar Eigenschaften die Objektive / Objektiveinstellungen gegenüberstellen und sie weiter unten auch versuchen anhand von Bildern und / oder Grafiken zu erläutern.

Während hier bei den Fotos versucht wurde das Motiv im Vordergrund, das rote Auto, in der Weitwinkel- (links) und in der Teleaufnahme (rechts) möglichst gleich groß erscheinen zu lassen, kann man am Hintergrund deutlich den großen bzw. kleinen Bildausschnitt erkennen.

Die Grafik veranschaulicht wie der große Bildausschnitt bei Weitwinkel- und der kleine Bildausschnitt beim Teleobjektiv zustande kommen.

Das eigentliche Ziel des Wegzoomens, also des Verkürzens der Brennweite, ist es einen möglichst großen Bildausschnitt zu erreichen. Der Fotograf möchte so viel wie möglich von seinem Motiv auf das Bild bekommen. Hierin liegt der Sinn des Weitwinkelobjektivs - wie ja auch schon der Name sagt.

In der polizeilichen Fotografie z. B. bei Orientierungs-, Übersichts- und auch Teilübersichtsaufnahmen anwendbar.

Das Ziel des Heranzoomens, also des Verlängerns der Brennweite, liegt darin das (Haupt-)Motiv so groß wie möglich auf dem Bild erscheinen zu lassen. Hierin liegt der Sinn der Tele- und Makroobjektive.

In der Polizeilichen Fotografie z. B. bei Teilübersichts-, Detail- und Spurenaufnahmen anwendbar.

Tatsächlich aber ist es nichts anderes, als dass sich der Abbildungsmaßstab ändert.

Man kann die beiden bereits angesprochenen Eigenschaften gut erkennen. Das Foto links hat einen recht großen Bildausschnitt, dafür aber einen kleinen Abbildungsmaßstab. Das Foto rechts hingegen hat einen deutlich größeren Abbildungsmaßstab, dafür aber einen wesentlich kleineren Bildausschnitt.

Hinzu kommt - was man auf dem rechten Foto oben ebenfalls deutlich erkennen kann - dass sich das Verlängern der Brennweite erheblich zu Ungunsten der Tiefenschärfe auswirkt.

Die Fotos hier drüber wurden alle in derselben Einstellung gemacht, was Brennweite, Blende, Belichtungszeit und ISO-Wert angeht. Der Unterschied liegt in der Schärfenpriorität, d. h. im Fokus, in der Wahl des Scharfpunktes. (Zum Vergrößern mit der Maus auf das jeweilige Bild gehen.)

Man sollte sich also merken: Je länger die Brennweite umso geringer die Tiefenschärfe!

Bei Aufnahmen mit langen Brennweiten ist es daher unabdingbar eine Schärfenpriorität festzulegen.

Hier könnte man z. B. auch mit dem Verkleinern der Blende und dem damit verbundenen Verlängern der Belichtungszeit für mehr Tiefenschärfe sorgen, was aber voraussetzt, dass ausreichend Licht vorhanden ist, sich das Motiv nicht bewegt, man ein Stativ dabei hat und natürlich hängt es von der Lichtstärke des Objektivs selbst ab.

Das Thema Fokus wurde wurde bei "allgemeines" schon ausführlich erörtert, zuzüglich der Einstellmöglichkeiten von Modi und Messfeldern, sodass an dieser Stelle der falsche Fokus, d. h. die Möglichkeiten der Unschärfen durch falsche Fokussierung angesprochen werden sollen.

Der falsche Fokus liegt auf alle Fälle immer dann vor, wenn auf dem Bild gar nichts scharf zu erkennen ist und keine Verwacklungsunschärfe vorliegt. Zugegebener Maßen ist das manchmal gar nicht so einfach voneinander zu unterscheiden.

Wie dem auch sei - beide Aufnahmen sind nicht zu gebrauchen und würden zweifelsohne in diesem Utensil rechts landen, das heutzutage auch jede Digitalkamera hat.

Wo das Problem liegt / lag, muss man nach jeder missglückten Aufnahme für sich allein herausfinden, denn die Möglichkeiten sind sehr vielschichtig.

Bei der "totalen Unschärfe", wie ich sie genannt habe, weil ich nirgends einen wissenschaftlichen Namen dafür finden konnte, liegt das Problem häufig daran, dass

Dasselbe kann natürlich passieren, wenn das Motiv aus dem Bildausschnitt läuft.

Das obige Foto könnte man gleichwohl in die Kategorie falsche bzw. katastrophale Bildaufteilung geben.

Ob es sich um ein scharfes oder unscharfes Foto handelt, hängt aber auch von dem ab, was ich mit dem Bild ausdrücken will.

Neben der ohnehin unterschiedlichen Tiefenschärfe und unterschiedlichen Schärfenpriorität lässt das Bild rechts jedoch deutlich mehr Schärfenbereich erkennen als das linke Foto. Woran liegt das?

Wo unendlich beginnt, hängt grundsätzlich vom Objektiv ab.

Hier haben wir ein NIKKOR 28-105 mm 1:3.5-4.5

NIKKOR = Hersteller / Typ

28-105 = Brennweitenbereich

1:3.5-4.5 = jeweils größtmögliche Blende

Aber wir können noch mehr erkennen / ablesen - nämlich den Schärfenbereich - im roten Kästchen.

Er beginnt bei 0,5 m und endet bei 2 m.

Das ∞ ist das Zeichen für unendlich.

Was kann man daraus ableiten?

Je größer die Objektweite ist, also je weiter das Motiv entfernt ist, umso kleiner sind die Zerstreuungskreise, umso mehr Tiefenschärfe habe ich auf dem Foto, umso kleiner wird aber auch alles abgebildet.

Unterschreitet man eine bestimmte Objektweite / Entfernung kann die im Objektiv verbaute Linsentechnik überhaupt keine punktuelle Abbildung mehr gewährleisten.

(vgl. links Panasonik LUMIX )

Bei Spiegelrefexkameras hingegen, die zum Teil gleichwohl über dieses Blumensymbol verfügen

(vgl. rechts Nikon D 5100),

Die extremsten Kantenverzeichnungen werden von Weitwinkel-Objektiven verursacht.

Hier unterscheiden wir zwischen sphärischen und asphärischen Weitwinkel-Objektiven.

Aufnahmen oben:

Während sphärische Weitwinkel-Objektive die äußeren Linien auf den Bilder "nach außen biegen" (Foto links Tür), lassen asphärische Weitwinkel-Objektive die Linien stürzen (Foto rechts Marktplatz Sienna). Je kürzer die Brennweite wird umso stärker tritt diese Kantenverzeichnung auf.

Trotz der richtig eingesetzten Optik und Brennweite kann noch ein weiterer Aspekt zu Verzerrungen der Aufnahme führen, der bereits bei den Spurenaufnahmen angesprochen wurde - die Aufnahme selbst bzw. der Aufnahmewinkel.

Wenn man nicht senkrecht auf eine Spur fotografiert (Foto links), führt das zwangsläufig dazu, dass stürzende oder kippende Linien auftreten, wie hier deutlich an dem Bereich neben der Spur (Türrahmen) zu erkennen. An der Spur allein würde man das vielleicht noch nicht einmal (be)merken.

Was man aber im Vergleich der beiden Bilder erkennen kann, dass der linke Daumenabdruck kürzer wirkt, als der rechte. Allein durch die Aufnahme schräg von unten treten zwei Probleme auf, denn die Merkmale der Spur liegen zum einen von unten nach oben auf dem Bild dichter beieinander als im Original und zum anderen im oberen Bereich von links nach rechts auch noch enger beieinander.