Schicht für Schicht zum scharfen Bild

Nicht nur im Nahbereich ist die Schärfentiefe oft nicht groß genug, und Abblenden kein Allheilmittel. Michael J. Hußmann zeigt, wie Sie die Ausdehnung der Schärfenzone durch Focus Stacking gezielt erweitern können. Als mir mein Vater vor mehr als einem halben Jahrhundert die Grundlagen der Fotografie nahebrachte, schien die Sache noch klar zu sein. Mit der Verschlusszeit und der Blende steuern wir, wie viel Licht die Kamera sammelt, wobei die Blende zusätzlich bestimmt, wie groß die Zone vor und hinter der Fokusdistanz sein soll, in der Motive noch akzeptabel scharf abgebildet werden – je kleiner die Blende, desto größer ist die Schärfentiefe, und so können wir auch Motive in unterschiedlicher Entfernung gleichermaßen scharf darstellen. Doch ganz so einfach ist es nicht. Im Nahbereich kann die Schärfentiefe auf einen Millimeter schrumpfen, wenn pixelscharfe Bilder gefordert sind – mit meinem Schärfentiefenrechner auf https://digicam-experts.de/schaerfentiefe berechnet. Das Problem Die Grenzen der mit dem Blendenring steuerbaren Schärfentiefe sind in manchen Situationen eng gesteckt. Die Blende gängiger Objektive lässt sich um etwa einen Faktor von zehn verkleinern beziehungsweise vergrößern, aber insbesondere im Nahbereich bei großen Abbildungsmaßstäben reicht selbst die kleinste Blende oft nicht einmal, ein einziges Motiv von vorne bis hinten scharf abzubilden. Dabei spielt es keine Rolle, ob man die Abbildung mit einer geringeren Distanz zum Motiv oder mit einer längeren Brennweite vergrößert, denn die Schärfentiefe schrumpft dabei in gleichem Maße. Erschwerend wirkt, dass sich die Anforderungen an die Schärfe erhöht haben. Die Schärfentiefe ist nicht eindeutig und objektiv definiert, sondern hängt davon ab, welches Maß an minimaler Unschärfe wir noch als hinreichend scharf akzeptieren. Der entscheidende Faktor ist der maximal zulässige Durchmesser des Unschärfekreises, als der ein Punkt vor oder hinter der fokussierten Entfernung auf dem Sensor abgebildet wird. Traditionell ging man im vorigen Jahrhundert von 1/1500 der Bilddiagonale aus, was im Kleinbildformat 28,6 µm sind. Bei einer aktuellen 61-Megapixel-Kamera wie der Sony Alpha 7R Mark V entspräche dieser Durchmesser aber bereits 7,6 Sensorpixeln und ergäbe kein pixelscharfes Bild mehr. Ein APS-C-Modell mit 40 Megapixeln wie die Fuji X-T5 bildete den Punkt auf 6,2 Pixel und damit ebenso unübersehbar unscharf ab. Trägt man den Anforderungen an die Pixelschärfe Rechnung, indem man nur noch einen kleineren Unschärfekreis akzeptiert, schrumpft die Schärfentiefe weiter. Zudem sprechen mehrere Argumente dagegen, überhaupt bis zum Anschlag des Blendenrings abzublenden. Eine extrem kleine Blende kostet natürlich Licht, zwingt also zu langen Belichtungszeiten und/oder einem hohen ISO-Wert. Vor allem verstärkt sie die Beugung, weshalb selbst Details in der Fokusebene nicht mehr mit der maximal möglichen Schärfe abgebildet werden. Ein dritter Punkt wird seltener bedacht: Zwischen der Schärfenzone und dem unscharfen Vorder- beziehungsweise Hintergrund verlaufen keine klaren Demarkationslinien. Vielmehr erstreckt sich zwischen den Zonen jeweils ein Niemandsland, in dem Details nicht mehr richtig scharf sind, ein störender Vorder- oder Hintergrund aber auch noch nicht so unscharf abgebildet wird, dass ihn ein gnädiges Bokeh verschwimmen lassen würde. Auch diese Zwischenbereiche wachsen bei kleineren Blenden. Selbst wenn wir es also durch Abblenden schaffen, unser Motiv von vorne bis hinten in der Schärfe zu halten, beeinträchtigen wir damit gleichzeitig die Freistellung vor einem möglichst unscharfen Hintergrund. Strukturen dort sind deshalb zwar noch nicht klar erkennbar, aber zeichnen sich deutlich genug ab, um vom Motiv abzulenken. Abblenden bewirkt also nicht ganz das, was eigentlich unser Ziel ist, nämlich innerhalb einer frei gewählten Zone alles mit maximaler Schärfe abzubilden, davor und dahinter jedoch eher die Unschärfe zu maximieren. Glücklicherweise gibt es in Gestalt des Focus Stackings ein Verfahren, mit dem wir genau das erreichen können. Die Grundidee Vorausgesetzt, dass wir genug Zeit haben, unser Motiv mehrmals zu fotografieren, ohne dass sich dieses, die Kamera oder die Lichtquelle/n bewegen, können wir unser Bild aus mehreren Aufnahmen mit unterschiedlicher Fokussierung zusammensetzen. Wir verschieben den Fokus schrittweise vom nächsten bis zum fernsten scharf abzubildenden Detail, wobei wir die Schrittweite so wählen, dass sich die Schärfezonen der einzelnen Aufnahmen überlappen. Wenn wir diese Bilder dann in einen Ebenenstapel (engl. stack) laden, brauchen wir nur noch eine Software, die sich für jeden Punkt die Ebene heraussucht, in der dieser mit maximaler Schärfe abgebildet ist, und so ein Bild als „Best of“ aller Ebenen berechnet, in dem alles scharf ist, das scharf sein soll – nicht mehr und nicht weniger. Darin besteht das Prinzip des Focus Stacking. Ein wenig komplizierter ist es dann allerdings doch, denn für präzise Ergebnisse müssen die Einzelbilder zunächst aneinander ausgerichtet und gegebenenfalls vergrößert oder verkleinert werden, bevor ihre schärfsten und daher besten Teile zu einem Gesamtbild überblendet werden können. Um ein annähernd postkartengroßes Objekt der Künstlerin Maaike Dirkx mit einer Smartphone-Kamera scharf abzubilden, reicht es, von links nach rechts sechs Fokuspunkte durch Antippen auszuwählen (links) und die jeweils fokussierten Zonen von Photoshop automatisch ausrichten und überblenden zu lassen (rechts). Hardware Aufnahmen mit Focus Stacking setzen keine besondere Hardware voraus. Schon mit einem Smartphone, zweckmäßigerweise auf ein Stativ montiert, kann man gute Ergebnisse erzielen, auch weil sich der Fokus der Einzelbilder bequem durch Antippen wählen lässt. Dank der typischerweise verbauten kleinen Sensoren und der daher relativ großen Schärfentiefe genügt oft bereits eine Handvoll unterschiedlich fokussierter Aufnahmen. Dabei empfiehlt es sich, sofern verfügbar, einen Raw-Modus zu wählen. Viele aktuelle Systemkameras bieten einen Focus-Bracketing-Modus, unterstützen also Reihenaufnahmen, bei denen nicht ein Belichtungsparameter wie Verschlusszeit oder Blende, sondern die Entfernungseinstellung verändert wird. Bei welcher Entfernung die Serie beginnen und bei welcher sie enden soll, ist ebenso frei wählbar wie die Schrittweite, idealerweise unter automatischer Berücksichtigung von Brennweite und Blende und damit der Schärfentiefe. Die optimale Schrittweite zu finden erfordert durchweg einige Experimente, aber da die Ergebnisse gut reproduzierbar sind, kann man mit den einmal gefundenen Parametern leicht mehrere Varianten aufnehmen. Zur Kontrolle muss man die Bilder zunächst per Software miteinander verrechnen – zu den geeigneten Anwendungen siehe die folgenden Seiten. Falls sich scharfe und unscharfe Zonen abwechseln, muss man die Schrittweite verringern, und wenn die Zahl der Schritte unangemessen hoch erscheint, sollte man eine größere Schrittweite ausprobieren. Die Canon EOS R5 Mark II kann nicht nur automatische Fokusreihen aufnehmen, sondern die Bilder auch in der Kamera verrechnen. Insbesondere neuere Kameramodelle von OM Digital Solutions sowie aktuelle Panasonic-Kameras, aber auch einige Canon-Modelle wie die EOS R5 Mark II können die Ergebnisse einer Fokusreihe schon in der Kamera miteinander verrechnen. Auf den ersten Blick scheint diese Variante optimal zu sein, aber sie lässt nicht nur die Flexibilität der Lösungen auf Basis einer externen Software vermissen. Die nötige Ergebniskontrolle auf dem Kameradisplay ist vergleichsweise mühsam, weil man das Bild in starker Vergrößerung auf verbliebene Unschärfen und Artefakte untersuchen muss und dabei immer nur einen kleinen Ausschnitt sieht. Da neben dem verrechneten Bild auch die einzelnen Aufnahmen gespeichert werden, bleibt es allerdings eine Option, mit einer Software auf dem Computer ein jeweils noch besseres Ergebnis zu erzielen. Auch ohne automatische Fokusreihen sind gute Ergebnisse möglich, wenn man den Fokus manuell, unter visueller Kontrolle des Live-Bildes auf dem Display verschiebt. Dazu sollte man eine Anzeige mit der Arbeitsblende und, sofern verfügbar, eine Lupenfunktion nutzen. Auch bei digitalen Spiegelreflexkameras ist das im Live-View-Modus möglich, während der Spiegelreflexsucher in diesem Fall weniger geeignet wäre. Blendet man etwas stärker ab, so dass nur wenige Aufnahmen nötig sind, bietet sich auch, ähnlich wie beim Smartphone, eine Touch-AF-Funktion an, wie sie in vielen Systemkameras verfügbar ist. Eine mit rund 2100 Euro relativ kostspielige Alternative für den extremen Nahbereich ist der motorische Einstellschlitten Castel-Micro von Novoflex (www.novoflex.de), der sich mit einem Balgen kombinieren lässt. Den Focus-Stacking-Workflow mit dieser Lösung haben wir in DOCMA 92 ab Seite 80 beschrieben. Die Aufnahmesteuerung erfolgt allein mit dem programmierbaren Einstellschlitten, der die Kamera in feinen Schritten ab 200 Nanometern verschiebt und die Kamera auch selbsttätig auslöst. Der motorisch gesteuerte Einstellschlitten Castel-Micro von Novoflex lässt sich für automatische Fokusreihen programmieren. Exkurs: Focus Breathing Damit die jeweils schärfsten Bereiche unterschiedlich fokussierter Bilder passgenau kombiniert werden können, müssen die Einzelbilder präzise zur Deckung kommen. Minimale Kamerabewegungen zwischen den Aufnahmen lassen sich leicht kompensieren, indem man die Bilder um wenige Pixel verschiebt, aber darüber hinaus kann auch eine Skalierung notwendig sein, weil sich der Abbildungsmaßstab durch die Fokussierung ändert – das sogenannte Focus Breathing. Wenn ein Objektiv allein durch eine Auszugsverlängerung scharfgestellt wird, also indem man den Abstand der Linsen zum Bild ändert, verengt sich der Bildwinkel im Nahbereich und die Vergrößerung nimmt zu. Rührt man den Fokusring dagegen nicht an und verschiebt stattdessen die ganze Kamera, bleibt der Bildwinkel zwar unverändert, aber die Vergrößerung wächst dennoch, wenn man sich dem Motiv nähert. Problematischer noch als das Focus Breathing ist die mit einer geringeren Entfernung zum Motiv verbundene Änderung der Perspektive: Während sich Unterschiede im Bildwinkel durch eine nachträgliche Skalierung ausgleichen lassen, kann ein Vordergrundmotiv Teile des Hintergrunds verdecken, die aus größerer Distanz noch sichtbar gewesen waren. Eine fehlerlose Überblendung wäre dann nicht mehr möglich. Bei Verwendung eines Balgens zur Fokussierung im Nahbereich gibt es die Möglichkeit, die Position des Objektivs relativ zum Motiv konstant zu halten und zur Scharfeinstellung nur die Kamera zu verschieben. Damit werden Veränderungen der Perspektive vermieden, während es bei einer Verengung des Bildwinkels bei kurzen Distanzen bleibt, denn die Fokussierung erfolgt ja wiederum durch eine Auszugsverlängerung. Ideal für die Zwecke des Focus Stacking ist eine Innenfokussierung, die zur Scharfeinstellung allein die Brennweite verändert und so Focus Breathing vermeidet. Software Innerhalb von Adobes Ökosystem erscheint der Weg des Focus Stacking vorgezeichnet. In Lightroom Classic bearbeiten Sie zunächst alle Aufnahmen in einheitlicher Weise, wählen die Bilder aus und übergeben sie mit »Foto > Bearbeiten > In Photoshop als Ebenen öffnen« an Photoshop. In Lightroom entspricht diesem Menübefehl »Datei > In Photoshop bearbeiten > In Photoshop als Ebenen öffnen« – ein vorheriger Export ist in beiden Anwendungen unnötig. Nun brauchen Sie in Photoshop nur noch nacheinander »Bearbeiten > Ebenen automatisch ausrichten« und »Bearbeiten > Ebenen automatisch überblenden« (jeweils mit beibehaltung der Default-Einstellungen) aufzurufen, um ein von vorne bis hinten scharfes Bild zu berechnen. Insbesondere das präzise Ausrichten der Ebenen benötigt oft etliche Minuten. Die Ebenenmasken zur Steuerung der Überblendung werden schneller berechnet, sind aber relativ grob und erfordern oft eine Nachbearbeitung. Das ist etwas umständlich, weil oft zwei Masken korrigiert werden müssen, um ein aus einem Bild entnommenes Detail auszublenden und die Version aus einem anderen Bild einzublenden. Hier macht sich bemerkbar, dass es sich nicht um eine spezielle, für das Focus Stacking optimierte Funktion handelt, sondern weitgehend um einen automatisierten Ablauf bereits vorhandener Operationen. Das oben gezeigte Aufmacherfoto entstand aus 15 manuell fokussierten Aufnahmen mit einer Pentax K-1 und einem manuellen SMC Pentax-M 1:1.7 50 mm; die verwendete Software war Affinity Photo. Der Photoshop-Konkurrent Affinity Photo 2 von Serif (https://affinity.serif.com/de/photo/) bietet mit »Datei > Neue Fokuskombination« einen eigenen Befehl zum Focus Stacking an. Sie müssen lediglich die zu verrechnenden Bilder auswählen und den Prozess starten, der vielfach schneller als in Photoshop zum Ziel führt. Seine Ergebnisse sind zudem oft präziser – außer wenn Bewegungen des Motivs im Spiel sind, bei denen Photoshop weniger Geisterbilder erzeugt, während sie in Affinity öfter eine nachträgliche Korrektur erfordern. Affinity Photo unterstützt zwar ebenso wie Photoshop auch DNG-Dateien, übernimmt dabei aber keine im Raw-Konverter vorgenommenen Entwicklungseinstellungem. Deshalb sollten Sie die Bilder zunächst im JPEG- oder TIF-Format exportieren, bevor Sie sie in Affinity Photo importieren. Die nachträgliche Bearbeitung und Verfeinerung des Stacks ist bequemer und in der Praxis schneller erledigt als in Photoshop: Wenn man Geisterbilder oder unscharfe Bildbereiche im Ergebnis der automatischen Überblendung findet, wählt man das Quellbild aus, das diese Stelle am besten wiedergibt, und malt diese Version mit dem Klonpinsel in das Gesamtbild ein, muss sich also nicht wie in Photoshop mit den Masken der einzelnen Bilder beschäftigen. Mit zwei automatischen Funktionen kann Photoshop die Bilder in einem Ebenenstapel aneinander ausrichten (a) und ihre jeweils schärfsten Bereiche überblenden (b). Dies erfordert allerdings viel Zeit, und nachträgliche Korrekturen der automatisch erzeugten Masken sind aufwendig. Affinity Photo 2 arbeitet deutlich schneller als Photoshop; nachträgliche Korrekturen lassen sich bequemer vornehmen. Die Spezialisten Während Affinity Photo und Photoshop Generalisten sind, die man vermutlich ohnehin besitzt und dann auch ohne zusätzliche Kosten für ein gelegentliches Focus Stacking nutzen kann, gibt es Spezialanwendungen wie Helicon Focus und Zerene Stacker, die ausschließlich für diese Aufgabe entwickelt worden sind. Sie leisten mehr und sind flexibler, aber ihr Kaufpreis lohnt sich nur, wenn man oft mit der Focus-Stacking-Technik arbeitet. Helicon Focus (www.heliconsoft.com) der ukrainischen Firma Helicon Soft ist in Versionen für Windows (ab 10) und macOS (ab 12) verfügbar und kostet in der Pro-Version rund 213 Euro inklusive Umsatzsteuer. Alternativ kann man ein Abo für rund 59 Euro pro Jahr abschließen, das sich auch nachträglich noch auf eine lebenslange Lizenz upgraden lässt. Die Software kann auf bis zu vier Computern installiert, aber zur gleichen Zeit nur auf einem. In Helicon Focus stehen drei Stacking-Verfahren mit unterschiedlichen Stärken und Schwächen zur Wahl (a). Nach der Auswahl eines der Quellbilder (b) lassen sich die Anteile, die dieses zum Ergebnis beiträgt, mit einem Pinsel mit konfigurierbaren Einstellungen (c) erweitern (d). Helicon Focus gilt als Referenz in diesem Bereich, und tatsächlich glänzt die Software nicht nur durch ihre Geschwindigkeit. Da ein einzelner Stacking-Durchlauf nicht viel Zeit benötigt – eine Version des Aufmachermotivs benötigte auf einem iMac mit M1-Prozessor rund eine Sekunde pro Bild –, kann man mit den verschiedenen Varianten experimentieren. Dabei bringt die dritte Methode (»Pyramide«), die mit einer Frequenztrennung arbeitet, oft die besten Resultate (auch Affinity Photo arbeitet mit einem solchen Verfahren). Mit dem Parameter »Radius« lässt sich beeinflussen, wie groß die Bereiche sein sollen, die hinsichtlich ihrer Schärfe verglichen werden, während die Funktion »Glättung« die Weichheit der Überblendung steuert. Falls Korrekturen nötig sind, wählt man das jeweils am besten geeignete Quellbild aus und malt dessen Pixel mit einem konfigurierbaren Pinsel in das Ergebnisbild ein. Über ein Plug-in kann man Helicon Focus aus Lightroom heraus aufrufen. Auch ein direkter Import von Raw-Dateien ist möglich (allerdings ohne Beachtung bereits angewandter Entwicklungseinstellungen), und das Ergebnis lässt sich dann im DNG-Format speichern. Die Software unterstützt zudem den Export eines 3D-Modells und einer Tiefenkarte. Zerene Stacker unterstützt zwei unterschiedliche Stacking-Verfahren (PMax und DMap) und kann auch beide parallel anwenden (a). Für nachträgliche Korrekturen des Stackings wählt man eines der Quellbilder (b) aus und malt Teile davon in das Zielbild (c) ein. Zerene Stacker (https://zerenesystems.com) wird von einem Familienbetrieb in Richland, WA, USA entwickelt und kann nicht nur unter Windows (ab 7) und macOS (ab 9) als 64- oder 32-Bit-App, sondern auch unter Linux installiert werden. Eine lebenslange Prosumer-Lizenz, die für alle Betriebssysteme gilt, kostet rund 176 Euro inklusive Umsatzsteuer. Die breite unterstützte Hardwarebasis geht darauf zurück, dass Zerene Stacker eine Java-App ist. Mit ihrem altbacken wirkenden Interface erscheint Zerene Stacker aus demselben Grund unter Windows und macOS als Fremdkörper. Zwar lässt sich die Benutzerschnittstelle optional dem Betriebssystem angleichen, doch bleibt das oberflächlich, da manche Bedienelemente nicht wie gewohnt arbeiten. So kann man in Bildern unter macOS nicht sinnvoll mit der Maus scrollen. Beim Import der Aufnahmen akzeptiert Zerene Stacker die Formate JPEG, TIFF, PNG und BMP; Raw-Dateien müssen erst in einer anderen Software entwickelt werden. Als Ausgabeformate werden nur JPEG und TIFF unterstützt. Wie Helicon Focus bietet auch Zerene Stacker die Wahl zwischen verschiedenen Stacking-Verfahren und rendert mit hoher Qualität, arbeitet dabei jedoch deutlich langsamer. Auch Korrekturen erfolgen ähnlich, nur ist der verwendete Pinsel allein in seinem Durchmesser veränderlich. Da der Preisunterschied zu Helicon Focus gering ist, bleibt als Hauptargument für Zerene Stacker, dass diese Anwendung auch noch ältere Versionen von Windows und macOS unterstützt. Für Linux-Anwender, die eine geringere Softwareauswahl haben, ist die Java-App eine empfehlenswerte Lösung, die qualitativ gute Ergebnisse erzeugt. Und umgekehrt? Wenn sich mehrere Aufnahmen derselben Szene zu einem Bild mit vergrößerter Schärfentiefe verrechnen lassen, könnten wir dann nicht auf einem ähnlichen Wege das Gegenteil erreichen, also die Schärfentiefe minimieren, um das Motiv vor einem unscharfen Hintergrund freizustellen? Eine solche Technik ist als Brenizer-Verfahren bekannt, mit dem sich die Wirkung eines Objektivs mit einer so großen Blende simulieren lässt, dass es nicht verfügbar, nicht erschwinglich oder physikalisch unmöglich wäre. Mehr dazu in der nächsten Ausgabe von DOCMA.

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