So funktioniert Lens Simulator

Lens Simulator ist eine kostenlose Web-App für Schärfentiefe, Bokeh und optisches Raytracing.

Was er kann

Eingaben

Jede Kamera hat einen Sensor, eine Brennweite und eine Blendenzahl. Die Sensoren reichen von 1 Zoll (13,2 × 8,8 mm) und Micro Four Thirds (17,3 × 13 mm) über APS-C (23,6 × 15,7 mm), Vollformat (36 × 24 mm) und digitales Mittelformat (43,8 × 32,9 mm) bis Großformat 8×10. Bei kleineren und größeren Sensoren zeigt das Panel zusätzlich die kleinbildäquivalente Brennweite und Blende. Die Brennweiten reichen von 8 bis 800 mm, die Blenden von f/0.95 bis f/32.

Gleiche Motivgröße

Ein Vergleich hält die Person gleich groß im Bild. Der Simulator rechnet den Bildwinkel aus Brennweite und Sensorbreite und stellt die Kamera dorthin, wo das Motiv denselben Anteil des Bildes füllt. Ein längeres Objektiv steht deshalb weiter hinten. Dieser andere Standpunkt, nicht die Brennweite selbst, ändert die Perspektive und lässt den Hintergrund größer wirken. Kompression listet die Abstände auf.

Wie das Bild entsteht

Das Bild ist ein Raytracing durch eine 3D-Szene, kein Foto mit Weichzeichner. Jede Kamera ist entweder eine ideale Linse oder ein simuliertes Objektivprofil. Die ideale Linse ist eine dünne Linse: eine runde Scheibe, deren Durchmesser die Brennweite geteilt durch die Blendenzahl ist. Ein Objektivprofil entsteht aus veröffentlichten Optik-Patenten von Nikon, Canon, Sony, Leica und Fujifilm. Die Strahlen laufen durch dieses Glas, die Blende und die Fokussiergruppen. Viele Strahlen werden über die Zeit aufsummiert: je länger man wartet, desto besser wird das simulierte Bild.

Diese Profile sind Rechnungen aus öffentlichen Patentangaben. Dabei können Fehler passieren. Nichts davon garantiert, dass die Rechnung stimmt oder dass das Patent das Objektiv ist, das gebaut wurde.

Die Schärfentiefe-Zahlen

Die Seitenansicht und die Zeile darunter sind die übliche Schätzung der dünnen Linse für die scharfe Zone. Der Zerstreuungskreis c ist ein Pixel eines 800 Pixel breiten Bildes: die Sensorbreite geteilt durch 800, etwa 0,045 mm auf Vollformat und 0,030 mm auf APS-C. Die hyperfokale Distanz ist H = f² / (N c) + f. Für eine Fokusdistanz d ist der Nahpunkt H d / (H + d − f) und der Fernpunkt H d / (H − d + f), oder unendlich, sobald d H erreicht. Das Bild eines Patentobjektivs ist das Raytracing, deshalb kann die Zeichnung in dieser Zone von der idealen Linse bei denselben Einstellungen abweichen. Die Seite Schärfentiefe nutzt den Druckstandard, 0,030 mm auf Vollformat. Dieselben Einstellungen zeichnen in dieser Ansicht ein etwa 1,5-fach breiteres grünes Band, weil ein Pixel des 800-Pixel-Bildes 0,045 mm ist.

Was ein bestimmtes Objektiv dazutut

Die ideale Linse zeigt, wie stark der Hintergrund aus Brennweite, Blende und Sensorgröße unscharf wird. Ein reales Objektiv rechnet eine veröffentlichte Patentrechnung durch. Das Bild trägt dann dieses Objektiv: die Form der Blendenlamellen, Katzenaugen zu den Ecken, Vignettierung, das Glühen der sphärischen Aberration bei Offenblende und das Fokusatmen, wenn man näher herangeht. Zwei 85mm-f/1.4-Objektive können einen Hintergrund ähnlich stark verwischen und trotzdem anders aussehen. Bokeh vergleicht diese gerechneten Scheiben: Katzenaugen, Blendenlamellen und sphärische Aberration.

Genauigkeit, und was ein Zoom ändert

Die ideale Linse ist die Geometrie der dünnen Linse. Das Bild eines realen Objektivs rechnet ein veröffentlichtes Patent durch. Es ist eine Rechnung, keine Messung eines Objektivs, das man kaufen kann. Eine falsch gelesene Patentrechnung oder ein Unterschied zwischen Patent und verkauftem Objektiv erscheint im Bild. Vergütungen, Exemplarstreuung und die gepresste Struktur einer Asphäre fehlen.

Zoomen, ohne die Füße zu bewegen, ändert die Perspektive nicht. Person und Hintergrund wachsen im selben Maß: ein engerer Ausschnitt derselben Ansicht. Was man Telekompression nennt, ändert sich erst, wenn die Kamera sich bewegt. Kompression stellt beides gegenüber.

Die Quelle ist die Patentnummer auf der Objektivseite. Die Seite zeigt diese Rechnung, keine Messung eines Objektivs, das man kaufen kann.

Grenzen