Sensorvignettierung oder Vignettierung ohne Objektiv

Ausgelöst durch eine Diskussion zur Objektivvignettierung im grünen Forum und zum Beweis, dass Mittelformat- und Vergrößerungsobjektive selbst am Vollformat durchaus vignettierungsfrei abbilden, habe ich die Sensoren unserer Kameras selber zum Vergleich als Übeltäter ausmachen können.

Es ist ja bereits bekannt, dass sich eine Art Sensorvignettierung beim Fotografieren zu der Objektivvignettierung addiert. Diese entsteht vor allem, durch schräg auftreffende Randstrahlen vor allem im Weitwinkelbereich.
Nun habe ich alle Sensoren meiner verfügbaren Kameras einmal OHNE Optik getestet und musste Folgendes feststellen:

Die Sensoren unserer Kameras vignettieren auch bei diffusem Licht ohne Strahlenveränderung und –„verfälschung“ durch Objektive !!!

Die Bilder unten zeigen meine 3 verschiedenen VF-Modelle, mit ungefährer Angabe der Vignettierung von den Ecken zur Mitte gemessen. Der Helligkeitsverlust von einer knappen Blende allein im Sensor lässt doch jeden Wunsch nach unkorrigierten Panoramen und Stitches bereits im Keim ersticken. Selbst mein 10D-Veteran zeigt als APS-C noch eine Vignettierung von einer knappen halben Blende.

Mein Vorgehen: Aufnahme einer weißen Wand (Abstand ca. 50cm) im diffusen Tageslicht bei ISO 100, RAW ohne Regler in TIFF, TIFF in PS in Graustufen und dann per Pipette die Differenz von Ecke zum Zentrum gemessen

Diese Differenz betrug bei mir im VF 20-23, bei der 10D immer noch 10-12. Der Text in den Bildern ist zu Illustration mit dem Grau-Wert der Ecken geschrieben. Die Umrechnung dieser Pipettendifferenz habe ich durch Vergleich, in DPP verschieden belichteter Entwicklungen durchgeführt. Die Ecke des Ausgangsbildes entsprach demzufolge im Wert dem Zentrum einer mit -0,8 Blenden (in DPP -0,83) belichteten Entwicklung desselben Bildes.

Anhang 16833

Anhang 16834

Anhang 16835

Anhang 16836

Ich stelle dieses Thema hier bei den Objektivtests zur Diskussion, weil sich das Problem direkt auf Objektivtests auswirkt und hier diesbezüglich zum Umdenken anregen sollte.
Es wäre auch schön und wünschenswert, Beispiele anderer Sensoren und Hersteller vergleichend zu betrachten.

Hallo Marcus,
ein sehr interessantes Experiment zeigst Du uns hier. Offensichtlich verhält sich die Helligkeitsdifferenz Zentrum zu Rand in etwa proportional zur Sensorgröße.
Da wären mal Crop 2 Kameras oder auch andere VF Kameras (Sony, Nikon) zum Vergleich interessant.
Gruss Fraenzel

Hallo Marcus,

hab Deine Beobachtung mal verifiziert. Nur mit einem anderen Aufbau. Da mir die Lichteinfallswinkel auch bei "offenem Loch" der Kamera zu unberechenbar erschienen, hab ich das mal mit meiner 5D MKII und einem direkten und runtergeregelten Metz Blitz CT 45-5 gemacht. Das Kameraprofil wurde direkt vorher auf monochrom geschaltet.

Zwischen Kamera und Blitz hab ich 6 Doppel - Lagen weißes Druckerpapier gelegt und dann ausgelöst..

Hier die Ergebnisse, die ich nicht mit der Pipette nachvollzogen habe, die aber letztlich ein ähnliches Ergebnis zeigen.

Anhang 16840

Hier aber noch ein zweites Bild, welches mit nur 5 Doppellagen Papier gemacht wurde.. und im Anschluss um ca. -1 am Helligkeitsregler des DPP korrigiert wurde.

Anhang 16841

Das sieht schon um einiges glatter aus.

Das legt für mich die Vermutung nahe, das die Randbereiche des Sensors entweder weniger "verstärken" oder unempfindlicher gehalten werden.
Um das aber genau zu analysieren, müsste vermutlich jedes Pixel direkt ausgelesen und mit seinen Verstärkungswerten untersucht werden, was wohl nur der Kamerahersteller kann.

Vielleicht ist es auch eine beabsichtigte "Schwäche" der Sensoren oder eine "bewußt" falsch gewählte Stellung der Mikrolinsen an den Randbereichen des Sensor, die zur Korrektur der heutigen Canon Objektivrechnungen benötigt wird.

Ein interessantes Thema auf jeden Fall, auch wenn wir da ausser Software-Gegensteuerung wohl kaum was machen können.

LG
Henry

Ja, es sollte irgenwie möglich sein, die Abschattungen durch den Schacht auszuschalten. Mit gerichtetem und spotfreiem Licht (entsprechend gedimmt) sollte das Ergebnis wohl besser ausfallen. Meine Versuche mit direkt aufs Bajonett aufgesetzter Taschenlampe durch mehrere Lagen Transparenzfolie hindurch brachten bessere Ergebnisse, ließen den Sensor aber bereits "überstrahlen", so dass ich dem Braten nicht traue. Diese Art Licht ist auch nicht parallel genug, so dass Reflexionen im Spiegelkasten nicht ausgeschlossen werden können.

Als Nachtrag: Ich hatte auch mit einer Aufnahme ohne Objektiv gegen den Himmel den gleichen Effekt. Hier gehe ich doch davon aus, dass auf dieser Distanz eine Parallelität der Strahlen angenommen werden kann?

Als Vignettierungsursachen kamen schon immer mehrere Gründe in Betracht und ich habe auch irgendwo mal was darüber gelesen, warum ein Sensor in einer DSLR aus rein physikalischen Gründen vignettiert. Leider ist diese Information bei mir nicht einmal zu einem "Halbwissen" geworden, sondern hat sich völlig verabschiedet. ;)

Es hatte irgendwas mit der Abschattung durch den Rand des Spiegelkastens zu tun. Interessant wäre da mal ein Vergleich der 5D mit einer NEX.
Habe aber im Moment keine Energie für sowas. Die Medis hauen mich ziemlich um. :(

Für mich war dies aber schon damals ein Grund, nicht (nur) auf ein Objektiv zu schimpfen, wenn es zu Vignettierungen kommt. :devil:
Und ehrlich gesagt, ich mag leichte Vignettierungen sogar.

Ich las mal, dass die Microlinsen, die über den Dioden sitzen, am Rand das Licht etwas anders als brechen, als die Mittleren. Das muss bei den ersten VF-Kameras noch ein größeres Problem gewesen sein, mittlerweile sei dies, laut Canon, aber deutlich verbessert worden durch andere Microlinsen. Und ich denke, dass ein Test ohne Objektiv nicht viel Sinn macht, da die Linsen im Objektiv ja verantwortlich sind für den korrekten Einfallwinkel des Lichts auf den Sensor.

Interessant finde ich den Versuch auf jeden Fall. Aber sind die Microlinsen nicht dazu da, falsch auftreffendes Licht korrekt auf den Sensor fallen zu lassen? Ich könnte mir vorstellen, dass ein Versuch ohne Objektiv (wo das Licht ja grade auf den Sensor fällt) ein schlechteres Ergebnis bringt als mit Objektiv, da die Microlinsen hier etwas korrigieren, was eigentlich richtig ist. Aber alles nur vermutet, Ahnung habe ich davon nicht :D

Das Problem ist wohl primär der Spiegelkasten.
Die Pixel in der Mitten des Sensors bekommen Licht - z.B. vom Himmel - aus einem Lichtkegel mit ganz grob geschätzt 25° Öffnungswinkel senkrecht zur optischen Achse und aus allen Richtungen (360°).
Viele Mikrolinsen haben eine stark gerichtete Empfindlichkeit - dass läßt sich sehr gut an den ausführlichen Kodak CCD Datenblättern sehen. Bei DSLR Kameras ist dies ja auch so - siehe die Mikrolinsen-Vignettierung bei lichtstarken Optiken. Lichtstrahlen die unter 25° zur optischen Achse auf den Sensor treffen, sind wohl schon etwas abgeschwächt.

Ein Pixel im Eck bekommt Licht zwar zum Teil aus einem größeren Öffnungswinkel (also weniger wirksam) - aber nur noch grob 90° des kompletten Lichtkegels kommen soweit! Das führt direkt zu einer Abschattung.

Ein Objektiv hat die Eigenschaft eher gerichtet zu sein. Bei nem bildseitig telezentrischen Strahlengang - soweit das halt vom Bajonettdurchmesser her geht, kann man eine sehr geringe Abschattung erreichen.
Allerdings kennt man das genaue optische Design der Optiken ja nicht.
Ein vereinfachtes f/1.2er Objektiv würde einen Strahlenkegel mit einer Öffnung von 40° zur optischen Achse auf dem Sensor ergeben. Ein f/2.0 hat 27° Öffnungswinkel.

Für aussagekräftige Vignettierungstests der Kamerasensoren müßte wohl wie bei der EMVA 1288 Industriekameranorm eine homogene Beleuchung (Ulbrichtkugel) aus einer definierten Entfernung den Sensor zentrisch beleuchten. Also mit einer festgelegten Blendenzahl!
Bei der Industrienorm ist das Blende 8.

Der Himmel oder ein Aufbau mit streuendem Papier in Bajonettnähe bringt keine hilfreichen Ergebnisse.

Rein privat ist mir die Vignettierung durchs Objektiv meist egal - ich füge sie regelmäßig in Lightroom zum Bild dazu.
Und meinem Rokkor 58/1.2 habe ich extra eine Tulpen-Gegenlichtblende angefertigt, um die Vignettierung bei der Aufnahme zu bekommen :-)
DIe Mikrolinsen-Vignettierung möchte ich aber gerne los werden - durch Entfernen der Mikrolinsen.