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HD vs Film Tiefenschärfe Drucken


Bildgröße

Betrachtet man zunächst die Abbildungsgröße des 35mm Film und der HD Kamera, so stellt man einen großen Unterschied in der Größe des Bildaufnehmers fest. Die Bildfeldgröße eines normalen 35mm Films beträgt 22mm x 16mm, dies ergibt eine Diagonale von 27,2mm. Der 16/9 2/3“ CCD kommt auf eine Diagonale von 11mm bei einer Bildfeldgröße von 9,6mm x 5,4mm. Daraus ergibt sich bei einem 35mm Filmbild eine ca. 2,5 mal (2,47fach) größere Bildaufnahmefläche gegenüber der eines CCD´s. Somit verändert sich auch die Abbildungsgröße um den Faktor 2,5.
Bei der Wahl gleicher Bildausschnitte für 2/3“ und 35mm Kameras ändert sich der Abbildungsmaßstab um den Faktor 2,5 und damit auch die Brennweite des Objektivs. So entspricht z. B. eine 35mm Filmbrennweite f35 = 50mm einer Brennweite im 2/3“ Bereich von f 2/3“ = 20mm. Durch die optischen Gesetze haben die veränderten Brennweiten Auswirkungen auf die optische Auflösung und die Schärfentiefe der beiden Medien High Definition und Film. Diese sollen nun näher betrachtet werden.


Um eine äquivalente horizontale Ortsfrequenz von z. B. 20 lp/mm (Linienpaare/mm) bei 35mm Film auf einem CCD darzustellen, benötigt man eine Auflösung von 50 lp/mm. Daraus folgt, dass auch die Güte der Objektive im High Definition Bereich diese Anforderungen erfüllen müssen.
Die EBU hat die Anforderungen an Film, Video und High Definition Kameraobjektive im Technical Document 3249-E vom September 1995 zusammengefasst. Wichtige Eckdaten zur Güte der Objektive liefert die Modulationstiefe (MTF – Modulation Transferfunktion). Nach den EBU Anforderungen müssen die Optiken eine Modulationstiefe im Grenzortsfrequenzbereich von mehr als 80% (Bildmitte) besitzen [3]. Die Grenzortsfrequenz eines 2/3“ HD Systems mit 1280 aktiven horizontalen und 720 aktiven vertikalen Pixels liegt bei 66 lp/mm (Linienpaare/mm).
Objektivhersteller wie Canon und Fujinon verfügen heute über eine Produktpalette an HD-Primes, die diesen Anforderungen lt. Herstellerspezifikationen entsprechen.
Ein Super16 Filmbild hat eine Bildfeldgröße von 12,3mm x 7,4mm (Diagonale 14,35mm) und wird zur Darstellung mittels „Blowup“ auf 35mm konvertiert. Aufgrund der Bildfeldgröße ist der Abbildungsmaßstab des S16 mit einem 2/3“ Format vergleichbar (Faktor 1,3). Legt man eine 35mm 2K vergleichbare Ortsauflösung von 45lp/mm zu Grunde, so hat der S16 Film eine Auflösung von ca. 1,2K und entspricht damit einem 1280x720p High Definition Format.

Die Schärfentiefe gibt an, in welchem Bereich ein Objekt mit akzeptabler Unschärfe abgebildet wird. 35mm Film hat eine relativ geringe Schärfentiefe, d. h. einen kleinen akzeptablen Schärfebereich. Diese wird als gestalterisches Mittel zur Schärfentrennung zwischen Vorder- und Hintergrund eingesetzt – das Arbeiten mit selektiver Schärfe. High Definition hat eine relativ große Schärfentiefe, bedingt durch den Abbildungsmaßstab des 2/3“ CCD Chip.

Die Schärfentiefegrenzen hängen von der Objektdistanz, der Blende, des Unschärfekreises und von
der Brennweite ab und errechnet sich wie folgt:

       

Dabei gilt: F: Blendenzahl; u´: Unschärfekreis; f: Brennweite d: Objektdistanz.

Aus diesen Formeln ergibt sich, dass der Schärfentiefebereich a ? umgekehrt überproportional der Brennweite ist. Je kleiner die Brennweite, desto mehrfach vergrößert sich die Schärfentiefe.
Da sich Brennweiten im Vergleich zu 35mm um den Faktor 0.4 verkleinern, vergrößert sich die Schärfentiefe überproportional. Im Gegensatz zur Brennweite verhalten sich Blendenzahl, Objektdistanz und Unschärfekreis einfach proportional. Der Unschärfekreis u´ ist im CCD das Pixelraster von 7,5µm. Bei Film beträgt dieser zulässige Unschärfekreis ca. 11µm (zugrunde gelegt ist eine 2K Auflösung bei 35mm Film oder 1,2K Auflösung bei S16).

High Definition kann keinen äquivalenten Schärfentiefebereich wie 35mm Film bieten. Dies ist auch nicht mit offener Blende als Ausgleich zur Brennweite aufgrund unterschiedlicher Proportionalitäten möglich. Ändert man die Objektdistanz, so kommt diese in einen fragwürdigen praktikablen Arbeitsbereich. Folglich kann auch nicht mit der selektiven Schärfe wie in 35mm Umgebung gearbeitet werden. Aufgrund der physikalischen Gesetze ist eine Bildgestaltung im HD Bereich, wie sie mit S16 Film bekannt ist, jedoch ohne weiteres zu erreichen.

Quellen
[3] EBU Technical Document 3249; September 1995 – Measurement and analysis of the
performance of film and television camera lenses

Von Panasonic zur Verfügung gestellter Artikelauszu

 
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