LensAvenue Blog

Vielen Dank an Lars Trebing, der zur Entstehung dieses Artikels wesentlich beigetragen hat!

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Man kann wohl davon ausgehen, dass unter DSLR-Besitzern einige Verwirrung bezüglich unterschiedlicher Sensorgrößen, Crop-Faktor, Brennweitenverlängerungsfaktor und Objektiv-Typen herrscht. Einige falsch oder (absichtlich) ungünstig gewählte Begriffe werden benutzt, um Nachteile als Vorteile zu verkaufen und dem Kunden bestimmte Produkte anzudrehen. Mit diesem Artikel wollen wir ein bisschen Klarheit in dieses Thema bringen.

Sensorgrößen

Eins vorweg: Wir sind hier im Bereich des Kleinbildformats. Der Name ist historisch bedingt: der 1934 von Kodak eingeführte 35mm-Film mit der Bildgröße 36×24mm hat sich im Laufe der Jahre gegen Mittel- und Großformat als Massen-Standard durchgesetzt und wurde später auch für digitale SLRs als Referenzgröße übernommen. Daher sprechen wir hier über das Kleinbild-Format und davon abgeleitete Formate im DSLR-Bereich; das Kleinbild-Format von 36×24mm wird bei DSLR-Sensoren auch als Vollformat bezeichnet.

Die meisten DSLR-Sensoren sind allerdings deutlich kleiner: Am gängigsten ist das sogenannte APS-C-Format (22,5×15mm bei Canon, 24×16mm bei Nikon und Sony). Canon bietet daneben auch Kameras mit APS-H-Sensoren (28,7×19,1mm) an. Bei digitalen Kompaktkameras werden noch deutlich kleinere Sensoren eingebaut – am weitesten ist hier das Format 1/2.5” (5,8×4,3mm) verbreitet.

Crop-Faktor (und Brennweitenverlängerungsfaktor)

Was passiert denn nun mit dem Bild, das vom Objektiv auf Sensoren unterschiedlich große projiziert wird?

Ein Objektiv kann sich nicht an unterschiedliche Sensorgrößen anpassen – es ist vom Hersteller auf eine bestimmte Sensorgröße ausgelegt (meistens auf das Vollformat) und bildet die Welt immer auf einen Kreis ab, in den dieses Format hineinpasst. Wenn so eine Vollformat-Projektion auf einen kleineren Sensor (z. B. APS-C) fällt, wird einfach ein kleineres Stück daraus »ausgeschnitten« (engl. »cropped«).

Durch dieses Abschneiden passt deutlich weniger ins Bild als wenn man mit demselben Objektiv in derselben Situation einen größeren Sensor belichtet hätte. Der resultierende Blickwinkel und damit verundene Bildausschnitt entspricht dem, den man bei einem Vollformatsensor mit einem Objektiv entsprechend längerer Brennweite bekommen hätte. Umgangssprachlich (und vor allem in Verkaufsgesprächen) wird daher vom Brennweitenverlängerungsfaktor gesprochen – dieser Begriff ist aber technisch falsch.

Folgende Abbildung demonstriert den optischen Effekt (vereinfacht):

Es passiert also ungefähr dasselbe, als würde man aus einem fertigen Vollformat-Bild in der Mitte ein Rechteck ausschneiden und den Rest wegwerfen – nur daß dieses Ausschneiden schon während der Aufnahme passiert (auch der Sucher ist bei solchen Kameras entsprechend kleiner ausgelegt und zeigt bereits nur diesen Ausschnitt an). Der so verengte Blickwinkel entspricht dem Blickwinkel eines Objektives einer längerer Brennweite bei Vollformat, es findet jedoch keine optische (objektivseitige) Vergrößerung statt.

Aber welcher Brennweite entspricht das Blickfeld dann genau?

Hier kommt jetzt der Crop-Faktor ins Spiel: Die Diagonale eines APS-C-Sensors beträgt je nach Hersteller etwa 26,6 bis 28,8 Millimeter (nämlich gemäß Pythagoras die Wurzel aus der Summe der Quadrate der beiden Kantenlängen). Beim »echten« Kleinbildformat beträgt die Diagonale dagegen rund 43,3 Millimeter, also etwa das 1,6- bzw. 1,5-fache. Dieser Crop-Faktor (also die 1,6 bzw. 1,5) ist es, was oft als Brennweitenverlängerungsfaktor bezeichnet wird – und wenn man weiß, dass der Begriff eigentlich nicht ganz stimmt (und ihn nicht für Verkaufsgespräche missbraucht) kann man ihn eigentlich auch so nennen.

Sofern man nur mit Formaten rechnet, deren Kantenlängen jeweils im selben Verhältnis zueinander stehen (bei Kleinbild, APS-C und APS-H z. B. jeweils 3:2), kann man sich das Quadrieren und Wurzelziehen auch sparen und für die Berechnung des Crop-Faktors einfach nur die Breite herziehen.

Die Crop-Faktoren in den Canon- und Nikon-Systemen im Überblick:

• 1,6 (alle Canon EOS Digital mit zwei- oder dreistelliger Modellnummer, z. B. EOS 400D und EOS 40D)
• 1,5 (alle Nikon Digital außer der D3)
• 1,3 (Canon EOS 1D Mark III und Vorgängermodelle) Vollformat (Canon EOS 1Ds Mark III und Vorgängermodelle, Canon EOS 5D, Nikon D3)

Zwei Rechenbeispiele:

• ein 50mm-Objektiv mit einer Canon EOS 400D (Faktor 1,6) ergibt denselben Blickwinkel wie ein 80mm-Objektiv bei Vollformat;
• ein 70–300mm-Zoom mit einer Canon EOS 1D Mark III (Faktor 1,3) ergibt denselben Blickwinkel wie ein 93–390mm-Zoom bei Vollformat.

Folgende Bilder wurden vom gleichen Standpunkt gemacht. Das erste Bild – 14mm+Vollformat,-Gehäuse das zweite – 14mm+APS-C-Format, das dritte – 24mm+Vollformat (Objektive Canon EF 16-35 f/2.8L II USM und Canon EF 14mm f/2.8L II USM, Kameras Canon EOS 5D und Canon EOS 40D). Es ist klar zu sehen, dass man durch “cropping” sehr viel vom Bild verliert und dass der Blickwinkel von 14mm auf einem APS-C-Gehäuse dem Blickwinkel von 14mm x 1,6 = ca. 24mm mit einer Vollformat-Kamera entspricht.

Was sehe ich im Sucher?

Ganz einfach – das Bild im Sucher entspricht dem, was der Sensor »sieht«. (In Wirklichkeit stimmt das nicht ganz: Die meisten Sucher – nicht nur die von APS-C-Kameras – zeigen nur etwa 96 % der resultierenden Bildfläche. Bei Canon zeigen z. B. nur die Sucher der 1er-Reihe die vollen 100 %. Diese Einschränkung ist allerdings in der Praxis meistens nicht sehr wichtig, da das Bild sich leicht während der Nachbearbeitung am PC abschneiden lässt.

Eine andere Einschränkung der Kameras mit kleineren Sensoren ist allerdings unangenehmer: Dadurch, daß der Sucher proportional zum Sensor kleiner ist als beim Vollformat, kann er prinzipbedingt nie genauso detailreich und hell sein. Das Fotografieren mit »echten« Kleinbildkameras (natürlich auch mit analogen) hat in dieser Hinsicht durchaus klare Vorteile: Der Sucher ist größer, um ca. 1-1,5 Belichtungsstufen heller, und detaireicher, was genauere Fokussierung und Einstellung der Schärfentiefe leichter macht und darüber hinaus Augen schont.

Auswirkungen auf die Bildgestaltung

Was passiert mit den anderen wichtigen Parametern, wenn ich ein Objektiv mit einem kleinerem Sensor benutze?

Blende und Schärfentiefe

Hier wird es etwas komplexer. Wir schulden Euch noch einen Artikel über Blende und Schärfentiefe, daher hier nur die wichtigsten groben Aspekte. Um das Kleinbild-Äquivalent von Blickfeld und Schärfentiefe zu berechnen, werden Brennweiten und Blende mit dem Crop-Faktor multipliziert. Eine APS-C-Kamera (Faktor 1,6) mit einem 31mm-Objektiv und Blendenzahl 2 zum Beispiel hat bei gleichem eingestelltem Objektabstand die gleiche Schärfentiefe und den gleichen Bildausschnitt wie eine Vollformatkamera mit einem 50mm-Objektiv (31mm × 1,6) und Blendenzahl 3,2 (2 × 1,6). Dies erklärt auch die riesige Schärfentiefe von digitalen Kompaktkameras: Bei einem Crop-Faktor von 4,8, einer Brennweite von 8 mm und f/2,8 (in diesem Segment recht üblich) ergibt sich das gleiche Blickfeld und die gleiche Schärfentiefe wie bei 38 mm und f/13 mit vollem Kleinbildformat.

Ein anderer Aspekt ist allerdings aus praktischen Gründen für die Schärfentiefe viel bedeutender: Mit einer Kamera mit kleinerem Sensor muss man, um das ganze Motiv ins Bild zu bekommen, aufgrund des verengten Blickwinkels weiter davon entfernt stehen als wenn man eine Vollformatkamera mit dem gleichen Objektiv verwenden würde. Da die Schärfentiefe sich mit dem Abstand zum Objekt vergrößert, nimmt auch die Schärfe des Hintergrunds zu. Dies ist ein wesentlicher Gesichtspunkt, wenn man (z. B. bei Portraitaufnahmen) großen Wert auf die Unschärfe des Hintergrunds (Bokeh) legt.

Perspektive

Wie unterscheiden sich zwei Aufnahmen, die dasselben Motiv jeweils formatfüllend abbilden, aber mit Objektiven unterschiedlicher Brennweite aufgenommen wurden? Bei einem Weitwinkelobjektiv ist der Aufnahmeabstand geringer und es wird ein größerer Hintergrundbereich mit abgebildet als bei einem Teleobjektiv. Dadurch erscheint die Perspektive einer Tele-Aufnahme gestaucht, während Weitwinkelaufnahmen oft eine besonders interessante Perspektive zeigen.

Wenn man ein Weitwinkelobjektiv (z. B. 28mm) an eine Kamera mit kleinerem Sensor montiert, wird es sozusagen zu einem Normalobjektiv (mit einem ähnlichen Blickfeld wie ein 45mm-Objektiv an einer Vollformatkamera), man braucht also einen größeren Abstand vom Hauptmotiv und erhält eine viel »gewöhnlichere« Perspektive.

Folgende Bilder wurden so gemacht, dass das Hauptmotiv immer gleich groß dargestellt wird. Das erste Foto ist mit 50mm und einem Vollformat-Gehäuse gemacht, das zweite – 50mm+APS-C-gehäuse, und das dritte – 75mm+Vollformat (Objektive Canon EF 50mm f/1.2L USM und Canon EF 70-200 f/2.8L IS USM , Gehäuse Canon EOS 5D und 40D). Man merkt sehr deutlich den Verlust von Details im Hintegrund-Bereich, die durch den verengten Blickwinkel abgeschnitten werden. Das Gefühl für die räumliche Trennung zwischen der Laterne un ddem Gebäude geht auch verloren. Beim Vergleich von Objektiven aus dem Weitwinkel-Bereich ist dieser Effekt noch stärker.

Auswirkungen auf Bildqualität und Kameraauswahl

Bezüglich der Bildqualität hat ein Vollformatsensor fast nur Vorteile:

• Bei gleicher Pixelzahl sind die einzelnen Pixel auf dem Sensor größer.
• Größere Pixel haben größere Kapazität und erfassen mehr Licht.
• Mehr Licht bedeutet ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis und somit besonders bei hohen Empfindlichkeitseinstellungen geringeres wahrnehmbares Rauschen (siehe auch in unserem Artikel über ISO und Bildrauschen), da man mit geringerer Signalverstärkung auskommt.
• Mehr Licht und Kapazität bedeutet bessere Empfindlichkeit, breiterer Dynamikumfang (Dynamic Range) insbesondere in stark belichteten Bildteilen, bessere Farbwiedergabe und natürlichere Farbabstufung.
• Größere Pixel verringern den »Blooming«-Effekt, bei dem in Bereichen mit hohem Kontrast gewissermaßen Licht von überbelichteten Pixeln in den dunkleren Bereich »überläuft«.

Warum verwendet man dann nicht einfach immer Vollformatsensoren? Ganz einfach: Sie sind teuer. Die Herstellungskosten variieren zwischen unterschiedlich großen Sensoren nicht einfach proportional zur Sensorgröße, sondern sehr viel stärker. Man kann sich die Herstellung solcher Sensoren etwa so vorstellen wie Kuchenbacken: Je größer die Stücke sind, die man aus einem großen Kuchenblech ausschneidet, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass jedes davon irgendeinen kleinen Makel hat (und bei der Herstellung von elektronischen Schaltungen aus Silizium ist eine gewisse Anzahl an Fehlern pro »Kuchenblech« einfach nicht zu vermeiden). Im Gegensatz zu Kuchen, wo ein einzelner geringfügig zu dunkel gewordener Streusel sich nicht weiter störend auswirkt, ist ein Sensor, der bei der Herstellung einen Fehler abbekommen hat, schlicht defekt. So sind die Herstellungskosten von einem APS-C Sensor nicht 2- oder 3-mal niedriger als die für einen Vollformat-Sensor, sondern 20 oder mehr mal. Dementsprechend liegen die Preise für Mittelformatsensoren (ca. 6×6cm) derzeit im Bereich von 15.000 bis 100.000 Euro – dagegen ist eine Canon EOS 5D oder eine Nikon D3 gar nicht so teuer. :)

Moment – einen anderen Vorteil haben kleine Sensoren noch: Fast jedes Objektiv erreicht in der Bildmitte die beste Abbildungsleistung (Schärfe, Kontrast, Verzeichnungsfreiheit); zu den Bildrändern hin treten mehr oder weniger starke Fehler auf. Da kleinere Sensoren nur einen kleineren Bereich in der Bildmitte erfassen, lassen sie auch den größeren Teil der Objektivfehler weg.

Auswirkungen auf die Objektivauswahl Aus Kostengründen und weil Größe und Gewicht (semi-)professioneller Kameras auch nicht immer positiv empfunden werden, entscheiden sich die meisten von uns letztendlich doch für eine Kamera mit kleinerem Sensor. Und wenn man sich einiger Eigenschaften dieser kleineren Sensoren bewusst ist, kann man ihre Einschränkungen leicht in den Griff bekommen.

Für die Objektiv-Auswahl gibt es generell zwei Möglichkeiten:

Man kann generell »große« Objektive (also solche für volles Kleinbildformat) kaufen. Vorteile: In diesem Format sind viele gute Objektive auf dem Markt, und sie sind innerhalb des jeweiligen Systems normalerweise universell für Digitalkameras (egal ob Vollformat oder nicht) und für analoge Kameras geeignet, können also auch nach einem eventuellen Umstieg auf eine Vollformat-Kamera weitergenutzt werden. (Es gibt allerdings z. B. beim Nikon-F-System Ausnahmen: Viele vor 1977 hergestellte Objektive können neue Kameras beschädigen, und bei den preisgünstigsten kleinen Kameras funktioniert das Autofokus-System nur mit AF-I- und AF-S-Objektiven.) Die »Brennweitenverlängerung« (siehe oben) wirkt sich einerseits in der Natur- und Astrofotografie (wo man meistens mit langen Brennweiten arbeitet) positiv aus, ist aber im Weitwinkelbereich gleichzeitig der größte Nachteil dieser Lösung: Ein 28mm-Objektiv wirkt hier auf einmal wie ein Normalobjektiv, und sogar ein 14mm-Superweitwinkel liefert nur noch die Perspektive eines 22mm-Objektivs.

Speziell für den Weitwinkelbereich werden deswegen immer mehr »kleine« Objektive angeboten, deren Bildkreis entsprechend der Sensorgröße verkleinert ist und die in vielen Fällen auch weiter ins Gehäuse eindringen (deswegen haben diese Objektive auch einen leicht veränderten Anschluss, damit man sie nicht versehentlich an Vollformatkameras montiert und dabei z. B. den Spiegel und/oder das Objektiv zerstört). Der wesentliche Vorteil dieser Bauweise ist die Möglichkeit, einfacher und günstiger Weitwinkelobjektive für kleinere Sensoren herzustellen; außerdem sind sie kleiner und leichter als Vollformat-Objektive gleicher Brennweite und Lichtstärke. Ihr Nachteil liegt natürlich auf der Hand: Sie funktionieren nur an Kameras mit kleinem Sensor, und die Auswahl ist bei weitem nicht so groß wie im Vollformat-Bereich.

Canon bezeichnet seine für kleine Digital-Sensoren konzipierten Objektive als EF-S (»short back focus«), bei Nikon hat man sich die Bezeichnung DX ausgedacht, die auch bei Tokina verwendet wird. Einige Bezeichnungen anderer Hersteller: DA (Pentax), DC (Sigma), DT (Sony) und DI II (Tamron). Manchmal werden diese Objektive auch als »digital only« (nur für Digitalkameras) bezeichnet, was aber ziemlich ungenau ist und nicht berücksichtigt, dass sie auch an Vollformat-Digitalkameras nicht funktionieren. Bei solchen Objektiven muss man sich dessen bewusst sein, dass die angegebenen Brennweiten ebenfalls der eingangs erläuterten Umrechnung unterliegen. So ergibt ein superweitwinkliges Canon EF-S 10–22mm das gleiche Blickfeld wie ein 16–35mm-Zoom bei Vollformat. (Übrigens wirken sich scheinbar kleine Brennweitenunterschiede umso stärker aus, je weiter man in den Superweitwinkel-Bereich vordringt – wo man mit einem 12mm-Objektiv ein Motiv von 20 Metern Breite gerade noch ins Bild bekommt, reicht es mit einem 10mm-Objektiv schon für 24 Meter Breite, ohne daß man weiter zurückgeht.)

Die Nachteile von APS-C-dedizierten Objektiven liegen an der Hand: man kann sie nicht mit einem Vollformat-Gehäuse benutzen (wegen des starken Imageverlustes am Bildrand) , es gibt noch nicht so viele Modelle wie im klassischen Vollformat-Bereich.

Am besten fährt man in den meisten Fällen, wenn man beide Lösungen kombiniert, indem man im Normal- und Tele-Bereich mit herkömmlichen Objektiven arbeitet und den Weitwinkelbereich mit einem oder zwei guten Superweitwinkel-Zooms abdeckt.

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