FOTOTIPP: Aufnahmen für Focus Stacking

Focus Stacking für mehr Schärfentiefe

Wer sich für Nah- und Makrofotografie interessiert, kennt bestimmt die eindrücklichen und messerscharfen Detailaufnahmen von Insekten wie diejenigen von Frank Rückert. (Olympus Visionary Profil)

Solche Bilder mit starker Vergrösserung und hoher Schärfentiefe sind nur durch ausgeklügelte Aufnahmetechnik möglich.
Bildquelle: pexels.com

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Wer hat die Erfahrungen nicht selber schon gemacht? Sie kaufen sich ein Macroobjektiv und sind überrascht, wie gering die Toleranz zum Scharfstellen solch kleiner Objekte ist. Selbst durch Schliessen der Blende wir immer nur ein Teil des Hauptmotives scharf abgebildet.
Grund dafür ist das optische Gesetz für Schärfentiefe, welche mit zunehmendem Abbildungsmassstab immer mehr abnimmt. Bei maximaler Vergrösserung ist ein Bereich von wenigen Millimetern wirklich scharf. Selbst stark abgeblendet ist meist nur 5-10mm scharf und grössere Objekte wie Insekten, Blumen oder technische Produkte werden nicht komplett scharf abgebildet.

Profifotografen setzten (analog auf Film) für solche Detailaufnahmen aufwendige Ausrüstungen zur Schärfendehnung nach Scheimpflug ein. Dank der Digitaltechnologie ist dies heute wesentlich einfacher geworden.

Die Lösung heisst FOCUS STACKING.

Der englische Begriff focus stacking, wörtliche Übersetzung ‚Schärfe-Stapelung‘, seltener auch Schärfentiefeerweiterung oder deep focus fusion (DFF) genannt, beschreibt eine Kombination aus fotografischer Aufnahme- und digitaler Bildbearbeitungstechnik. Sie wird insbesondere in der digitalen Makrofotografie genutzt, um ein Bild mit aussergewöhnlich grosser Schärfentiefe zu erzeugen.

Der Trick ist also, vom selben Motiv mehrere Bilder zu machen, wobei die Schärfeebene bei jeder Aufnahme angepasst wird. Eine aufwendig programmierte Software berechnet danach das gesamte Bild, in dem sie die scharfen Bildbereiche der Aufnahmeserie in einem einzigen Bild vereint.

Fertig ist die Macroaufnahme mit extremer Schärfentiefe.

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Wir stellen Ihnen in diesem Tipp die Aufnahmetechnik für das spätere Stacking vor. Genau genommen handelt es sich also um eine Bildserie mit unterschiedlichen Schärfeebenen - neudeutsch Focus Bracketing.


In einem zweiten Tipp geht's dann um die Nachbearbeitung der Aufnahmen.

Wieso nicht einfach Abblenden?

Um den Schärfebereich auszudehnen, könnte ganz einfach die Blende geschlossen werden. Kleine Blendenwerte ergeben eine grössere Schärfentiefe. Wieso soll ich also mehrere Bilder machen, statt einfach abzublenden?

Dafür gibt es drei Hauptgründe:

Zu wenig Effekt
Je nach Abbildungsgrösse und gewünschter Schärfentiefe reicht es oft nicht aus, die Blenden auf den kleinsten Wert zu schliessen. Obwohl manche Macroobjektive bis zu Blende f/45 verfügen, ist dies bei starker Vergrösserung nicht ausreichend. Mehr Schärfentiefe ist aus physikalischen Gründen nicht möglich.

Lichtverlust
Das Schliessen der Blende erfordert eine längere Belichtungszeit zur Kompensation der Belichtung. Jede Blendenstufe halbiert die einfallende Lichtmenge und so muss die Belichtungzeit verdoppelt werden. (Alternativ kann die Empfindlichkeit gesteigert werden.)
Um mit einem Objektiv Nahaufnahmen machen zu können, muss zudem der Auszug des Objektives verlängert werden. Die Linsen müssen also weiter vom Aufnahmesensor entfernt werden. Beim Abbildungsmassstab 1:1 ist das optische Zentrum doppelt so weit vom Sensor entfernt, wie bei der Unendlich-Einstellung. Dieser längere Weg, ergibt von sich aus schon einen Lichtverlust, der kompensiert werden muss.
Zusammen können sich dann schnell mal mehrer Sekunden Belichtungszeit ergeben und dies ist für viele Motive ungeeignet.

Beugungsunschärfe
Der dritte Grund, nicht einfach abzublenden, ist die Bildqualität:
Bei starkem Abblenden nimmt die Schärfentiefe zwar zu, die Gesamtschärfe des Bildes nimmt aber ab einem gewissen Wert sichtbar ab. Die Lichtstrahlen, die durch die Blendenöffnung passieren müssen, werden an den Kanten der mechanischen Blendenlamellen leicht abgelenkt und erzeugen intern ein Streulicht. Je nach Objektiv, Kamerasystem und Sensorgrösse ist der Effekt bei unterschiedlichen Blendenwerten bereits sichtbar.
Die beste Abbildungsleitung erreichen die meisten Objektive, wenn man sie um 2-3 Blendenstufen abblendet und so liegen die optimalen Wert bei f/5.6-f/11.

Der Vergleich
Auf den ersten Blick sehen die unten stehenden Musterbilder zwar nahezu identisch aus. Die linke Aufnahme wurde mit maximaler Blende f/22 fotografiere. Die Schärfentiefe reicht praktisch über das ganze Motiv.
Bild rechts wurde mit Blende f/5.6 (2 Stufen abgeblendet bei Lichtstärke 1:2.8) aufgenommen, jedoch 8 mal ausgelöst mit verschiedenen Schärfeebenen. Das Objektiv wurde zwischen jeder Aufnahme leicht verstellt und so wurde jeder Bereich mindestens einmal scharf abgebildet. Anschliessend wurden die Einzelbilder am Computer zusammengefügt.

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Bei der 100% Ausschnittvergrösserung wird nun sichtbar, was die Beugungsunschärfe der kleinsten Blende (links) gegenüber der optimalen Blende ausmacht. Das Bild rechts mit Blende f/5.6 ist deutlich detailreicher und sichtbar schärfer.

Je nach Blendenwert und Motivgrösse muss mit unterschiedlich vielen Einzelbildern gearbeitet werden. Wer ganz genau hinschaut, kann erkennen, dass die Schritte der Schärfeebenen etwas zu gross gewählt wurden, weshalb zwischendurch leichte Unschärfebereiche zu entdecken sind.

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Focus Stacking handgemacht

Mit etwas Knowhow und der richtigen Ausrüstung lassen sich solche Aufnahmen je nach Motiv mit überschaubarem Aufwand erstellen. Mit entsprechend mehr Handarbeit, Ausrüstung und Nachbearbeitung am Computer lassen sich mit fast allen Kameras mit manueller Scharfstellung Nahaufnahmen mit erweitertem Schärfebereich machen.

Dabei gibt es unterschiedliche Methoden für erste Versuche, engagierte Macrofans bis hin zur professionellen Lösung mit automatischen Schrittmotoren.

Schärfeebene durch Nachfokussieren verschieben

Ausrüstung

  • Kamera mit Objektiv für Nahaufnahmen
  • Robustes Stativ (Macrostativ oder Universalstativ mit schwenkbarer Mittelsäule oder spreizbare Stativbeine für bodennahe Aufnahmen ideal)
  • Fernauslöser (Infrarot, Kabel, WiFi)
    Ausgewählte Kameras können auch direkt vom Computer* aus gesteuert und ausgelöst werden.
  • Evt. Blitz oder Lampen für gewünschte Ausleuchtung
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Erschütterung reduzieren
Da bereits kleinste Erschütterungen bei Macroaufnahmen auf die Schärfe einen Einfluss haben können, sollten entsprechende Massnahmen getroffen werden.
Zum Auslösen der Kamera sollte diese nicht berührt werden, sondern über einen Fernauslöser fotografiert werden.
Digitale Spiegelreflexkameras (DSLR) haben einen Schwingspiegel, der vor der Aufnahme hochklappt. Bereits diese Bewegung kann zu Einbussen und Verwacklungen führen. Wenn Ihre DSRL über eine Spiegelvorauslösung verfügt, sollte diese auf jeden Fall aktiviert werden. Damit wird er vorab hochgeklappt und für die eigentliche Aufnahme muss nur noch der Verschluss geöffnet werden.
Spiegellose Kameras kennen zwar den Spiegelschlag nicht, doch auch der mechanische Verschluss kann eine Vibration auslösen. Aktivieren Sie, wenn möglich, den elektronischen Verschluss. Je nach Lichtquelle kann dieser aber Qualitätseinbussen mit sich bringen. Bei Tageslicht kann aber nichts passieren. Blitzlicht oder Kunstlicht sind aber nicht immer ideal.

LIVE-VIEW zum Scharfstellen
Um optimal scharfstellen zu können, ist der grosse Monitor der Kamera oft idealer als der Sucher. Bei geringer Schärfentiefe ist zudem meist eine elektronische Lupenfunktion vorhanden, um noch präziser einen Schärfepunkt zu finden.
Bei starkem Sonnenlicht kann der rückwärtige Display nicht immer ein brillantes Bild anzeigen, da er weniger hell leuchtet als das Umgebungslicht. Probieren Sie deshalb den Monitor mit der Hand abzuschatten.

* Fernsteuerung per PC
Wer seine Bilder zu Hause aufnimmt, kann ausgewählte Kameras auch per Computern steuern. Tethered Shooting nennt sich die Technik und kann direkt von Lightroom oder kompatiblen Kamerahersteller Apps gemacht werden.
Je nach Kamera ist sogar ein Livebild am PC ersichtlich.
Die Abbildung zeigt die Software Sony Imaging Edge | Remote, passend zu vielen Sony Alpha Kameras.

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Aufnahme Schritt für Schritt

Für die eigentliche Aufnahmeserie - Focus Bracketing genannt - müssen ein paar wichtige Punkte beachtet werden.

  1. Setzen Sie die Kamera auf das Stativ
  2. Verwenden Sie eine mittlere Blende F/5,6 - F/8 für maximale Schärfeleistung des Objektives
  3. Stellen Sie die passende Verschlusszeit manuell (Modus M) ein, da alle Bilder mit genau gleicher Helligkeit sein müssen
  4. Deaktivieren Sie den Autofokus und Bildstabilisator
  5. Stellen Sie auf den vordersten Punkt Ihres Motives scharf
  6. Lösen Sie für minimale Erschütterung per Fernauslöser oder Selbstauslöser aus
  7. Zweite Aufnahme: Scharfstellung leicht nach hinten versetzen und auslösen
  8. Wiederholen Sie den Vorgang bis das ganze Motive von vorne bis hinten fotografiert wurde

Das Resultat ist eine Aufnahmeserie aus mehreren Bildern mit identischem Inhalt aber unterschiedlichen Schärfeebenen.

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Erstes und letztes Bild der Fokus Bracketing-Serie
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Einstellschlitten

Für die präzise Kameraführung im Nahbereich empfiehlt sich die Verwendung eines Einstellschlittens. Dieser kann per Einstellrad leichtgängig die Kamera vor und zurück oder in Kombination mit einem zweiten auch seitlich verschieben. Dabei ist die Kamera immer perfekt gesichert.
Statt den Schärfering am Objektiv zu bedienen, kann für eine Stacking-Bildserie auch die ganze Kamera bewegt werden.

Ein Video am Ende des Beitrages zeigt die verschiedenen Modelle von NOVOFLEX Präzisionstechnik.

Einstellschlitten

Die erste Bildserie ist jetzt bereits erstellt, die Nachbearbeitung folgt im Fototipp >>Focus Stacking Bearbeitung.


Novoflex CasteL Micro: Photokina-Neuheit 2018
Der neue elektronisch gesteuerte Einstellschlitten CASTEL-MICRO wurde speziell für das Focus-Stacking bei Nah- und extremen Makroaufnahmen zum Beispiel von Insekten, Mineralien, wissenschaftlichen Dokumentationen und vielem mehr entwickelt. Er weist dabei eine Präzision auf die ihresgleichen sucht. Das Gleitstück selbst läuft auf präzisionskugelgelagerten Führungsschienen um jegliches Spiel zu vermeiden.

Der CASTEL MICRO besitzt einen maximalen Einstellweg von 100mm und eine kleinste, wiederholgenaue Schrittweite von 0,2µ (0,0002mm)! Die Schrittweiten lassen sich motivabhängig zwischen 0,2µ und 100mm einstellen.
Dank der Fernsteuerung lassen sich sich Start- und Endpunkt sowie die Anzahl Schritte dazwischen frei programmieren und die Kamera mit passendem Kabel auch Auslösen. Eine automatisierte Aufnahmeserie mit mehreren tausend Bilder muss also nicht mehr persönlich überwacht werden, sondern kann dem Castel-Micro vertrauensvoll überlasen werden.
Markteinführung November 2018

Mehr zum Novoflex Castel Micro
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Und jetzt kommts noch besser... Direkt aus der Kamera!

Die Ingenieure von Olympus haben die Fokusreihe nun sogar in einige Kameras als automatische Funktion integriert. Als Einstieg wurde die Funktion in der kompakten Outdoorkamera WG-3 / 4 Tough integriert, doch ist es den Japanern nun sogar gelungen, diese spannende Möglichkeit auch in die spiegellosen Systemkameras zu integrieren.
Dabei wird zwischen Fokus Bracketing mit Einzelaufnahmen und externer Bearbeitung und Focus Stacking mit 8 Aufnahmen und kamerainterner bearbeitung unterschieden.

Stufe 1: Fokusreihe "FOCUS BRACKETING"

Die aktuellen Olympus OM-D Modelle wie die E-M5 Mark II und E-M10 Mark II/III verfügen über die Funktion FOCUS BRACKETING. Mit der neuestens Firmware ist die Funktion auch in der E-M1 und natürlich dem Topmodell E-M1 Mark II vorhanden.
Dabei nimmt die Kamera eine Serie von Aufnahmen mit unterschiedlicher Scharfstelldistanz auf. Je nach Motiv, kann daraus eines ausgewählt werden oder anschliessend mit entsprechender Software aus mehreren Aufnahmen ein gesamtes Bild erzeugt werden.
Serien mit 999 Bilder (E-M1 Mark II) sind bei voller Auflösung möglich und so lassen sich auch grosse, statische Objekte von hinten bis vorne scharf abbilden.

Stufe 2: Automatisches Focus Stacking - direkt aus der Kamera

Mit der automatischen Fokusreihe war in Japan noch nicht Schluss und so wurde den Topmodellen Olympus OM-D E-M1 / Mark II und E-M5 Mark II mit neuesten Firmware nun sogar noch eine weitere Funktion mitgegeben, die engangierten Hobbyfotografen das Leben im Nahbereich drastisch vereinfachen: FOCUS STACKING in der Kamera.

Und so einfach gehts:

  • Wählen Sie ein geeignetes Motiv, das sich nicht bewegt
  • Setzten Sie vorzugsweise ein Macroobjektive ein. Z.B. Olympus M.Zuiko 2.8/60mm ED (mit dem Cropfaktor des MicroFourThirds Systemes entspricht diese einem Bildausschnitt wie 120mm bei Vollformat)
    Die Technik funktioniert aber auch mit allen anderen Objektiven mit automatischer Scharfstellung. Manuelle Objektive mit Adpater können nicht verwendet werden, da die Kamera das Objektiv steuern muss.
  • Setzen Sie die Kamera aufs Stativ. Freihandaufnahmen sind dank Bildstabilisator technisch möglich aber mit Stativ ist eine präzise Kamerasausrichtung wesentlich idealer.
  • Wählen Sie die Funktion FOCUS STACKING im Kameramenü
    Die Anzahl Bilder ist auf 8 vorgegeben, doch lassen sich die Fokussierabstände in zehn Stufen vorwählen.
  • Lösen Sie die Kamera per Fernauslöser aus, um Erschütterungen zu minimieren
  • Die Kamera erstellt dabei eine automatische Schärfereihe durch Nachfokussieren des Objektives
  • Die einzelnen Bilder werden in der Kamera zusammengesetzt und Sie erhalten eine fertige Aufnahme mit Schärfenbereich von vorne bis hinten.


Fehler bei der Aufnahmeserie Focus Bracketing

Für eine optimales Zusammensetzen der Bilder, muss das Motiv absolut identisch bleiben. Bewegte Motive eignen sich also nicht. Bei den Vorbereitungen zu diesem Fototipp haben wir zwei Szenarien selber erlebt, die wir Ihnen nicht vorenthalten möchten:

Bewegte Motive und der Effekt

Bei Nahaufnahmen werden kleine Objektive optisch vergrössert. Viele Hobbyfotografen erreichen mit Macroobjektiven einen Abbildungsmasstab von 1:1 - also Lebensgrösse auf dem Sensor (Abbildung links). Selbst kleinste Objektbewegungen werden sichtbar.
Bei unserem Testlauf wurde die Makrowelt etwas stärker erkundet und wir haben versucht, Blattläuse zu portraitieren. Die 1-2 mm grossen Tierchen haben sich während der Aufnahmeserie nur minimal bewegt, was erst nach der Aufnahme am PC aufgefallen ist.
Beim Zusammensetzen der Bilder - hier mit Photoshop CS6 - wurden die Fehler dann sehr deutlich sichtbar, da das Programm alle scharf abgebildeten Bereiche ins fertig gestackte Bild aufnahm. Doppelte Fühler waren das Ergebnis. Mit viel Aufwand, lassen sich diese nachträglich retouchieren, doch nicht ganz alles ist korrigierbar.

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Ein Einzelbild mit nur einer Lichtquelle ohne Hintergrundblitz ergibt zwangsläufig nicht den Effekt wie mit der Stacking-Methode. Da es sich um einen Versuch handelte mit einem Minolta MD 4/100mm Macroobjektivkopf, Balgengerät und Zwischenringen, war der Abbildungsmasstab von ca 2.5:1 aber doch recht beeindruckend. Für solche Vergrösserungen oder noch kleinere Objekte werden meist Lupenobjektive oder kurze Brennweiten in Retro-Stellung genutzt. Macro wird also nicht das letzte Mal Fototipp-Thema gewesen sein...

Kamerabewegung bei Freihand-Aufnahmen

Die Automatische Stacking-Funktion der Olympus E-M1 Mark II haben wir versuchsweise mit einer Freihand-Aufnahme gefordert. Dank des integrierten Bildstabilisators gelangen die Aufnahmen ohne künstliche Lichtquelle aus freier Hand.
Beim Zusammenfügen mittels automatischer Focus Stacking-Funktion wurde war das Ergebnis doch recht gut.

Es hat sich aber gezeigt, dass ein Stativ auf jeden Fall Pflicht ist, um die Kamera perfekt ruhig zu halten.

Aufnahmedaten: Freihand, Olympus E-M1 Mark II, ISO-Automatik (4000), Blende f/8, 1/125s, Bildstabilisator.

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Bei einer Vergrösserung sind plötzlich Doppelkonturen ersichtlich. Die Aufnahme links wurde in der Kamera zusammengefügt, die rechte entstand mit den selben Einzelbildern in Photoshop CS6, allerdings mit reichlich manueller Retouche.

Geeignete Motive

Für das spätere Focus Stacking, also zusammensetzen von einzelnen Bildern mit unterschiedlicher Schärfeebene, müssen die Einzelbilder möglichst identisch sein. Bewegte Motive eignen sich deshalb nicht, da sie über die Aufnahmeserie zum einen die Position aber auch die Ansichtsperspektive wechseln.
Ideal sind Motive, die sich nicht bewegen und viele Details haben, die es vorzuheben gilt.

Obschon unsere Beispielbilder vorwiegend Nahaufnahmen sind, kann die Technik auch für allerlei andere Fotobereiche genutzt werden.

  • Nahaufnahmen statischer Objekte
    Bei Naturaufnahmen sollte es möglichst windstill sein, damit sich Pflanzenhalme nicht während der Aufnahme bewegen.
  • Technische Produktebilder mit feinen Details
  • Landschaftsaufnahmen mit wichtigem Vorder- und Hintergrund
  • Architekturaufnahmen

Vor allem bei Schmuck und Uhren wird die Technik gerne eingesetzt. Wer schon in einem Schweizer Flughafen war, kennt bestimmt die riesigen Plakate der namhaften Uhrenhersteller. Die Bilder zeichnen sich über eine herausragende Schärfe und viele Details aus und sind typische Anwendungen von Focus Stacking in der Industrie.

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Das oben erwähnte Video zu den Novoflex Einstellschlitten, möchten wir Ihnen nicht vorenthalten.

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