Der Einfluss der Blende auf die maximale Bildschärfe

Worum es geht

Die Blende (=Größe der Öffnung im Objektiv, durch die das Licht auf den Bildsensor fällt) kann einen sichtbaren Einfluss auf die maximal erreichbare Bildschärfe haben. Mit kleinerer Blende (=größer werdender Blendenzahl) nimmt die erreichbare Bildschärfe ab.

Ausgangsbild für Schärfevergleich bei verschiedenen BlendenZur Veranschaulichung dient dieses – zugegebenermaßen nicht sehr spektakuläre – Motiv, das aber mit feinen Details, glatten Kanten und der Wand mit ihrer feinen Struktur gut für Schärfevergleiche geeignet ist:

Die folgenden Ausschnitte sind 100%-Vergrößerungen – also ein Punkt der Bilddatei = 1 Bildschirmpixel. Der Unterschied in der Bildschärfe ist nur durch die Blende bedingt, alle anderen Aufnahmebedingungen waren gleich.Schärfe bei Blende 8 und Blende 32 im Vergleich

Dieser Artikel erklärt die Hintergründe dieser Art von Unschärfe und gibt weitere Beispiele sowie eine konkrete Empfehlung zur Blendenwahl.
Dabei geht es hier ausschließlich um die Schärfe – dass andere Abbildungsfehler eines Objektivs sich anders verhalten und mit kleinerer Blende sich verbessern können, ist ein anderes Thema.

Beugung – die Ursache für Bildunschärfe bei kleiner Blende

Beugung ist ein physikalischer Effekt, bei dem Licht an einer scharfen Kante keinen exakt scharfen Schatten wirft.
Stattdessen erscheint ein unscharfer Übergang von hell nach dunkel, wobei etwas Licht auch in den Bereich fällt, in den das Licht bei einer exakt geradlinigen Ausbreitung gar nicht fallen dürfte.

Dieser Effekt kann mit der Wellennatur des Lichtes erklärt werden und ist ohne einen besonderen Versuchsaufbau nicht mit bloßem Auge zu beobachten.

In der Digitalfotografie spielt er jedoch tatsächlich eine Rolle. Ebenso begrenzt die Beugung das Auflösungsvermögen z.B. bei Mikroskopen und Fernrohren in der Astronomie.

Das Prinzip ist in dem folgenden Bild veranschaulicht: Ein einzelner, scharf begrenzter Punkt des Fotomotivs wird zu einem unscharfen, etwas größeren Punkt abgebildet.
Entsprechend verschwimmen zwei dicht beieinanderliegende Punkte zu einem Fleck und können nicht mehr getrennt wahrgenommen („aufgelöst“) werden.

Beugung an einer LochblendeDie Abbildung vereinfacht einen Aspekt: Das gebeugte Abbild des Punktes ist eigentlich kein einzelner unscharfer Punkt, sodern ein Kreis, der von verschiedenen dunkleren und helleren Ringen umgeben ist. Die Ringe werden nach außen hin rasch dunkler.
Diese Figur nennt sich auch Airysche Beugungsscheibchen (nach dem Mathematiker Airy, der diese Figur erstmals in mathematischen Formeln beschrieben hat).
Wer sich dafür interessiert, findet z.B. bei Wikipedia einen Artikel mit mehr Hintergrundwissen und auch zugehörigen Formeln.

Von den mathematischen Details ist hier nur eine Folgerung wichtig: Der Durchmesser des gebeugten Abbildes und damit die Unschärfe nimmt zu, wenn die Blende kleiner wird – also die im Sucher einer Kamera angezeigte Blendenzahl größer wird.

Angewendet auf Digitalkameras ist Beugung dann ein sichtbares Problem, wenn die entstehende Unschärfe in die Größenordnung der einzelnen Pixel des Bildsensors kommt und größer wird als andere Unschärfen z.B. durch Abbildungsfehler des Objektivs und Verwacklung.

Beispielbilder zum Vergleich aller Blendenstufen

Schärfe bei verschiedenen Blenden im VergleichLinks sind mehrere Vergrößerungen desselben Ausschnittes von verschiedenen Aufnahmen gezeigt, die sich nur in der gewählten Blende unterscheiden; Anklicken öffnet eine größere Darstellung mit 100% Vergrößerung.

Man erkennt eine optimale Schärfe bei Blende 8 oder 11.
Bei größeren Blenden 4,5 und 5,6 scheinen Abbildungsfehler des Objektivs noch eine größere Rolle zu spielen (vor allem die deutlich sichtbare chromatische Aberration in Form blauer Farbsäume an den Fahrradspeichen).
Und bei kleineren Blenden ab 16 nimmt die Unschärfe durch Beugung sichtbar zu. Das letzte Bild mit Blende 32 wirkt sehr flau.

Die Aufnahmen erfolgten mit einer Nikon D200 und einem Nikon 18-200mm VR-Objektiv auf einem Stativ; die Bildoptimierung war auf „normal“ gestellt – also keine zusätzliche Scharfzeichnung angewendet.
Leichte Helligkeitsunterschiede sind durch die etwas wechselnde Bewölkung bedingt und ich habe sie der Einfachheit halber nicht angepaßt.

Andere Einflussfaktoren auf die Bildschärfe

Für Bilder mit bestmöglicher Schärfe sind neben der Blende natürlich noch weitere Faktoren zu berücksichtigen. Das schwächste Glied in der Kette – also die Quelle für die stärkste Unschärfe – bestimmt natürlich die Schärfe des fertigen Bildes:

  • korrekte Scharfstellung
  • ob betrachtete Bildteile innerhalb der Schärfentiefe (=des Entfernungsbereiches, der scharf abgebildet wird) liegen
  • keine Bewegungsunschärfe (=Bewegungen des Motivs während der Belichtungszeit)
  • keine Verwackelungsunschärfe (=Bewegungen der Kamera während der Belichtungszeit)
  • Abbildungsqualität des Objektivs

Davon zu unterscheiden ist die nachträgliche Scharfzeichnung in der Bildbearbeitung – bereits in der Kamera, wenn diese eine JPG-Datei erstellt oder nachträglich am Computer.
Scharfzeichnung kann den Schärfeeindruck eines Bildes erhöhen, indem kontinuierliche Farbübergänge in plötzlichere, auf weniger Pixeln stattfindende Übergänge reduziert werden.
Das kann den Gesamteindruck eines Bildes erheblich verbessern, aber keine Bilddetails wiederherstellen, die zuvor durch fehlende Schärfe bei der Aufnahme verlorengegangen sind.

Und zu guter Letzt: Zur Beurteilung der Schärfe eines Bildes sollten Sie es am Monitor immer in einer Auflösung von 100% betrachten. Andernfalls verfälscht die bei der Anzeige vorgenommene Verkleinerung das Ergebnis.

Empfehlung für die Praxis

Zunächst: Übersehen Sie nicht den zuvor beschriebenen Unterschied zwischen Bildschärfe im Sinne einer hohen Auflösung feiner Details und nachträglicher Scharfzeichnung eines Bildes.
Letztere läßt sich durch Kameraeinstellung oder in der nachträglichen Bildbearbeitung einstellen und ist wichtiger für den subjektiven Schärfeeindruck beim Betrachter.

Und für die Blendenwahl mit Blick auf bestmögliche Schärfe gilt als Richtgröße:

  • Bei fast allen Spiegelreflexkameras (mit gängigen Sensoren im Format von ca. 16×24 mm) gibt Blende 8 oder 11 die beste Schärfe, und zwar weitgehend unabhängig von der Brennweite.
  • Im Vorteil sind die teureren Spiegelreflexkameras mit größerem Sensor von 24 x 36 mm (also die mehrere Tausend Euro teuren Kameras wie Nikon D3 / D700 und Canon EOS-1Ds Mark III / EOS 5D): Hier kann ohne Schärfeverlust auch weiter abgeblendet werden.
  • Im Nachteil sind die Kompaktkameras, bei denen bereits bei kleineren Blenden als 8 die Schärfe sichtbar abnehmen kann. Allerdings hat man hier sowieso keinen Einfluss auf die Blendenwahl; zu hoffen ist, dass die Automatik dort kleine Blenden vermeidet. Jedenfalls habe ich dies bei einer Canon-Kompaktkamera beobachtet.
    Die physikalisch begrenzte Auflösung ist auch ein Grund, weshalb bei den kleinen Sensoren von Kompaktkameras es nichts bringt, diese mit immer mehr Megapixeln vollzupacken.

Bitte beachten: Die Blendenangaben sind hier keine exakten Werte – man kann auch eine genaue Blende für jede Kamera unter Berücksichtigung der Sensorgröße und der Zahl der Megapixel ermitteln. Davon habe ich zugunsten einer einfachen, einprägsamen Empfehlung abgesehen.

Wer es genau wissen möchte, probiert es am besten mit einer ähnlichen Aufnahmereihe wie oben und der Betrachtung auf dem Bildschirm in 100%-Auflösung aus.