Fragen zur Kamera-Linsen-Optik

[73bm73]

Im großen und Ganzen fliegen hier die meisten mit einer Linsen-Brennweite von 2,8 bis 3,6. Zumindest nach meinem Gefühl.
Es ist wohl der beste Kompromiss zwischen Blickwinkel, Detailgenauigkeit, Verzerrung, u.s.w.

Was aber nie jemand anspricht, ist die Apertur - oder besser der Kehrwert der Brennweite 1/f, oder kurz f.
Die meisten CCTV-/MTV-Linsen haben eine Apertur von f2,0. (Bin kein Profi - man möge mir eventuell falsche Begriffe der Optik verzeihen und/oder richtigstellen...)

Nun habe ich aber bei Security Camera 2000 gesehen, dass es auch eine 4mm Linse mit f1,2 gibt (http://www.securitycamera2000.com/products/Low-Illumination-CCTV-Security-Camera-Lens-F1.2-4mm.html).
Was bedeutet das nun im Klartext fürs FVP-Fliegen? Größere Brennweite (4mm) bei größerer Apertur (f1,2)
Ist das jetzt eher besser, weil Lichtstärker, oder schlechter weil weniger Tiefenschärfe? Hat das schon mal jemand ausprobiert? Jedenfalls hat die Linse dafür einen Blickwinkel von fast 80° (bei 4mm) anstatt der üblichen ~65° bei 3,6mm oder 85° bei 2,8mm Fokus-Länge.

Und noch etwas:
Was bedeutet der Wert "M.O.D." in einer Linsenbeschreibung?
Dieser Wert liegt bei der f1,2-Linse bei 0,15 und bei den f2,0-Linsen bei 0,1. Was bedeutet das? Gut oder schlecht... oder wurscht?

Gibt's hier Profis der Optik unter uns?

 

[mact]

Moin,

ich bin kein Profi und habe keinerlei Fachwissen, daher mögen meine Antwortversuche aus "schulischem Schein-Allgemeinwisen" bitte mit Nachsicht betrachtet werden:

"MOD" bedeutet nach meinem (verrosteten) Verständnis, dass eine Linse so geschliffen wird, dass die Strahlengänge der unterschiedlichen Farben (besser vielleicht "die Brechung der Wellenlängen") korrigiert werden. Bei einer normalen Linse wird ja weißes Licht "aufgefächert" (das kennt man von Prismen), was dazu führt, dass man immer nur "eine Farbe scharf sieht" (oder scharf abbildet). Bei den einschlägig bekannten "ActionCams" (deren Name ich hier nicht anführen will, sonst werde ich von den Fanboys noch persönlich aufgesucht) kann das zu Farbsäumen oder allgemeiner Unschärfe führen.
MOD-Linsen verhindern dieses Auffächern - der Zahlen-Wert beschreibt den "Korrekturwinkel", ist also die Basis für die richtige Berechnung des Strahlenganges (und der Position der Bildfläche für eine "durchgängig scharfe Aufnahme").

Die Blende (in Deiner Frage als "Apertur" bezeichnet) ist der eigentlich relevantere Wert für das Bildnehmen, denn die Blende beschreibt das Verhältnis von Brennweite zu Öffnungsgröße Deiner Optik. Hmm ... einfacher formuliert: Die Brennweite ist ein sehr relativer Begriff, wer an die "alte Normalbrennweite 50mm" gewöhnt ist (eben nicht 2,8, denn das wäre die Blende!), muss immer den albernen "Vergrößerungsfaktor" berücksichtigen, den kleinere Bildnehmer mit sich bringen. Digitale Sensoren sind viel, viel kleiner als normale Bildplatten, daher führt eine Brennweite(!) von 50mm bei "modernen" Kameras zu einem "Teleeffekt" (eigentlich eher einem "Ausschnitteffekt"), der durch besagten Vergrößereungsfaktor angegeben wird. Meine alte Nikon D100 hat einen "Vergrößerungsfaktor" von 1,5, d.h. aus einem 50mm-Objektiv (Brennweite 50mm) wird sozusagen ein 75mm-"Tele".

Die BLENDE ist der Wert der das Verhältnis von Brennweite zu maximal verfügbarer Öffnungsgröße angibt, ist also kein "verschiebbarer" Wert, sondern eine einfache mathematische Relation. Ein Objektiv mit 50mm Brennweite ("Normalobjektiv") hat in der Regel eine kleinere physische Öffnung - z.B. 25mm. Das wäre dann schon eine Blende 2. Verkleinert man die Öffnung (um mehr Schärfentiefe zu erreichen), kommt weniger Licht durch die Blende (und zwar potentiell, nicht linear - doppelte Blende gleich viermal weniger Licht).

Die von Dir angesprochene Standard-Blende von 2 heißt also schlicht, dass die physische Öffnung der Optik halb so groß ist (Durchmesser) wie die Brennweite.

Hmm ... dopeltes Hmm ... ich versteh's ja kaum, wenn ich's selbst lese.

Anderer Ansatz:

50mm Normalobjektiv ist bei einer herkömmlichen Digicam oft 35mm, weil der "Vergrößerungsfaktor" wegen der kleineren Bildfläche für einen Tele-Effekt sorgt.
50mm Brennweite kann bei einer FPV-Kamera durchaus zu 4mm werden - eben weil zwischen Optik und Bildnehmer so wenig Platz ist, dass ein extremer Teleeffekt eintritt. Ich halte also fest, dass 4mm erstmal ein "normaler Wert" sein könnte (kann auch ein Weitwinkelwert sein, siehe Vergrößerungsfaktor). Das ist aber nur die Brennweite, die "das Bild" definiert.
Die Bild"qualität" (das LICHT) wird hingegen von der BLENDE definiert, denn diese gibt an, wieviel Licht durch die Öffnung kommt - und gleichzeitig, wie scharf das Ergebnis ist. Da gibt es kein "Besser/Schlechter", sondern immer nur ein "was will ich denn nun?". Will man viel Schärfe von hinten bis vorne, muss man eine große Blende (gleich kleine Öffnung) verwenden. Das heißt: Es geht wenig Licht durch. Je größer dabei die verfügbare phyische Öffnung ist, desto mehr Licht geht durch - bei gleichzeitig großer Blende führt das zu "besseren Bildern" (mehr Schiefentärfe, äh, Schärfentiefe mit mehr Ausleuchtung).
Bei FPV-Kameras ist dafür in der Regel aber kein PLATZ, sodass man anhand der Blendenwerte ablesen kann, wo der Kompromiss zwischen "scharfen Bild" und "ich kann auch im Dunkeln BHs öffnen" ist ... äh, ich schweife: zwischen "scharfem Bild" und "ich kann auch im Dämmerlicht noch was erkennen".

Hilft das?

 

[73bm73]

Hilft das?

Ja, das mit dem BH-Öffnen im Dunkeln klingt schon mal gut - aber den Rest muss ich mir wohl noch ein paar mal durchlesen um es (vielleicht mal) zu verstehen...
Herzlichen Dank für die Hilfe!

Was noch bleibt, wäre die genannte Linse nun gut oder besser für FPV geeignet als die Standard-f2,0-Linsen?

 

[mact]

Moin,

> wäre die genannte Linse nun gut oder besser für FPV geeignet als die Standard-f2,0-Linsen?

Das kommt ja gerade auf Deinen Anspruch an die Linse an. Du hast in Deinem Ausgangspost genau richtig beschrieben:

> Größere Brennweite (4mm) bei größerer Apertur (f1,2)

"Größere Brennweite" ist eben kein Vergleichswert, solange man den Abstand zwischen Linse und Bildnehmer nicht kennt (das versuchte ich durch das Stichwort "Vergrößerungsfaktor" zu erklären). Nur dann, wenn Du mit einer ansonsten identischen Kamerakonstruktion vergleichst, sagt die größere Brennweite etwas aus: Bei sonst gleicher Konstruktion ist der Bildausschnitt kleiner (höherer Brennweitenwert = mehr Teleeffekt). Der englische Begriff "Focal Length" ist eigentlich sehr treffend: Wie weit muss die Bildebene von der Linse entfernt sein, damit das Bild scharf wiedergegeben wird? Eine größere Brennweite bedeutet mehr Abstand zwischen Linse und Bildebene (das kann, bei aufwändigeren Objektiven, durch Mehrlinsen-Konstruktionen kaschiert werden).
Der niedrigere Blendenwert sagt aus, dass mehr Licht durch das Objektiv kommt, dafür die Schärfentiefe aber abnimmt. Darum heißt die Optik ja "Low Illumination", also "Funzellichtobjektiv" Die geringere Schärfentiefe kann, denke ich, für FPV egal sein (für die Videoaufnahme spielt sie eher eine größere Rolle), allerdings ist ja immer auch die Frage, wie die Bildaufbereitung dann aussieht.

 

[73bm73]

Naja, die Kamerakonstruktion bleibt natürlich die Selbe - es wird ja nur die Linse getauscht.
Also ich als Laie entnehme daraus, dass durch die 4mm Brennweite (bei gleicher Kamera ) erstmal der Bildausschnitt oder Blickwinkel kleiner werden würde, aaaber wiederum durch die größere Blende dann doch im Endeffekt wieder größer wird. Durch die größere Blende nimmt zwar die Lichtstärke zu aber leider auch die Schärfentiefe ab. Und DAS ist leider auch einer DER Punkte.
Um wie viel nimmt sie ab? Ich meine jetzt natürlich keinen expliziten Wert, sondern stört mich das dann schon beim FPV-Fliegen?
Z.B.: während bei herkömmlichen Linsen alles zwischen, sagen wir, 20 und 1000m scharf erscheint wäre es bei besagter 4mm-f1,2-Linse nur noch ein relativ kleiner Bereich der scharf wird? Eventuell zu klein für FPV? Erscheint dann eventuell nur noch ein Fenster von, was weiß ich, 200m scharf, und muss ich diesen Bereich dann auf eine sinnvollen Entfernung einstellen? Oder wie muss ich mir das vorstellen?

Wenn hier noch Niemand diese Linse in Verwendung oder getestet hat werde ich es wohl oder übel selbst mal ausprobieren müssen. Kostet zwar nicht die Welt, will aber eigentlich trotzdem einen Fehlkauf vermeiden (gibt schon genügend bei meinem FPV-Projekt...).

Danke mact!!!

 

[mact]

> dass durch die 4mm Brennweite (bei gleicher Kamera ) erstmal der Bildausschnitt oder Blickwinkel kleiner werden würde

... richtig ...

> aaaber wiederum durch die größere Blende dann doch im Endeffekt wieder größer wird

Nein. Die Blende ändert nichts am Bildausschnitt, sondern nur an der Lichtmenge, die durch das Objektiv kommt - und damit an der Schärfentiefe.

Was "gut" ist, ist subjektiv. Was Du mit dem Bild anfangen kannst, musst Du, leider, tatsächlich ausprobieren, denn die Papierwerte sind (auch wenn ich hier im Forum wegen solcher Aussagen schon als Spammer beschimpft wurde) eben nur Papierwerte und keine qualitativen Aussagen für die Realität.

 

[73bm73]

na dann weiß ich ja was ich zu tun habe...

DANKE!!

(Außer, es meldet sich noch jemand, der dieses Ding schon im Einsatz hat)

 

[Altix]

Na dann will ich als Betreiber eines Kamera Museums mit ein paar hundert Fotoapparaten auch mal meinen Senf dazu geben

Grundsätzlich sind alle Erläuterungen von Marc richtig. Ein anderer Weg, sich der Frage zu nähern, ist der Vergleich mit dem menschlichen Auge. Dieses hat einen Bildöffnungswinkel von um und bei 45-50 Grad. Die Älteren unter uns werden sich noch an die Zeiten erinnern, in denen die Bildinformationen nicht digital von einem Chip aufgezeichnet wurden, sondern analog mit Silberhalogenidkristallen auf so genanntem Kleinbildmaterial. Dieses hatte das Format 24*36mm. Auf dieser Abbildungsfläche entspricht ein Objektiv mit einer Brennweite von 50mm einem Bildausschnitt von etwa 50 Grad, was ziemlich genau der Wahrnehmung des menschlichen Auges entspricht. Deshalb wurde dieses Objektiv eben auch oft als Normalobjektiv bezeichnet.

Bei der Einführung der Digitalfotografie wurde die Chipgröße, also die Abbildungsfläche hinter dem Objektiv, auf APS Format verkleinert. Bei gegebener Brennweite eines Objektivs ergibt sich daraus eine Verkleinerung des Blickwinkels bzw. ein leichter Teleeffekt. Hätte man die gleiche Aufnahme mit einem herkömmlichen KB Negativfilm aufgenommen, hätte man statt des 50mm Objektivs an der Digitalkamera eines mit etwa 75mm Brennweite an der Analogkamera nehmen müssen. Im Verhältnis KB zu APS ergibt sich daraus wie Marc schon geschrieben hat, der allseits bekannte Verlängerungsfaktor von ca. 1,5 (in Profi SLR Kameras sind übrigens meist Vollformatchips verbaut, also Sensoren im KB Format. In diesen Fällen ist der Verlängerungsfaktor natürlich gleich 1).

Da der Mensch ein Gewohnheitstier ist und seit Ewigkeiten gewohnt ist, mit den Brennweiten der Kleinbild Fotografie zu hantieren, wird auch heute noch bei jeder Kamera die Angabe zur Brennweite um die Information "entspricht xxx mm KB-Format" ergänzt. Irgendwie können wir wohl nur diese Zahlen mit Begriffen wie Normalobjektiv, kleiner Weitwinkel oder großes Tele assoziieren.

Da bei der Digitalfotografie im Konsumerbereich eh meist APS große Chips zum Einsatz kommen, mag das OK sein. Bei FPV Kameras, in denen viel kleinere Sensoren verarbeitet sind, werden oft alternativ die Bildöffnungswinkel angegeben. Je größer dieser Winkel, desto mehr Umfeld kann man wahrnehmen (Weitwinkeleffekt). Leider gibt es auch da ein paar Grenzen. Je größer der Winkel nämlich wird, desto stärker werden die tonnenförmigen Verzerrungen am Bildrand. Wir alle kennen die berüchtigten krummen Horizonte bei der Gopro, wenn man es weiter treibt, landet man letztlich bei einem Kreis bzw. beim Fisheye.

Für FPV Zwecke ist der Bildöffnungswinkel des menschlichen Auges eher zu klein, d.h., die Kamera muss auf jeden Fall Werte deutlich über 50 Grad aufweisen. Bei der GoPro liegt der Weitwinkelwert soweit ich mich erinnere bei 170 Grad, da sind die Verzerrungen aber schon erheblich. Außerdem habe zumindest ich dann ein erhebliches Problem in der Tiefenwahrnehmung. Ich denke, für mich wäre wohl ein guter Kompromiss so bei 100 Grad. Die vom TO verlinkte Optik wäre mir vermutlich nicht "weitwinkelig" genug, aber ich denke, dass muss jeder für sich selbst herausfinden.

Noch ein Wort zur Blende. Generell sind möglichst kleine Blendenwerte immer gut. Das bedeutet (relativ zu großen Werten) mehr Licht auf dem Chip und dadurch weniger Rauschen. Das Thema Schärfentiefe ist bei den Weitwinkeloptiken, die für uns in Frage kommen, eigentlich nicht wirklich von Bedeutung. Allerdings ist bei den Minioptiken vor allem die Güte der Linsen von entscheidender Bedeutung, und da liegt der Hase meist im Pfeffer. Man kann einfach von einer billigen Plastiklinse nicht die gleichen Abbildungseigenschaften wie von einem hochvergüteten Leicaobjektiv erwarten, auch wenn beide den gleichen kleinsten Blendenwert aufweisen. Angesichts der relativ niedrigen Auflösungen gerade bei den FPV Sensoren ist das jedoch zu verschmerzen. Was nutzt schließlich die beste Optik, wenn der Sensor nur 640*480 Bildpunkte auflösen kann.

 

[rc-jochen]

Du kommst ums selbst ausprobieren nicht herum, bei Objektivpreisen von 5 bis 30$ (Tele) machst du nix falsch, und der kleine Chinese freut sich. Ich habe inzwischen auch 8 verschiedene Objektive und drei Cams,
Unserem oben angesprochenen Augen-Seh-Winkel entspricht das 6mm am ehesten.
(geht sogar etwas zum 9mm spionagecam-Objektiv hin). Die lichtstärkeren 1,2er (F=1.2) / Blende / machen bei uns keinen Sinn, es seie denn du möchtest Nachtflüge machen.

 

[73bm73]

Hi Michael,
vielen Dank für deine anschauliche Erklärung! Ich denke, das was du da geschrieben hast verstehe nun sogar auch ich. Und das will was heissen.

Du meinst, dass die geringere Tiefenschärfe der genannten 4mm-f1,2-Linse für unser Geschäft nicht von Bedeutung ist? Das wäre dann ja sehr positiv und würde FÜR diese Linse sprechen.

Wenn ich nun eine Vergleich zwischen einer sonst üblichen 2,8mm-f2,0-Linse und der 4mm-f1,2-Linse herstelle, die ja beide einen sehr ähnlichen Weitwinkel (Blickwinkel) haben, nämlich 80°-85°, hätte ich dann bei der f1,2-Linse weniger Krümmungseffekte (weil 4mm Brennweite statt 2,8mm) bei gleichem Blickwinkel oder hat das damit gar nichts zu tun?

 

[73bm73]

Jochen, wenn eine f1,2er-Linse für uns keinen Sinn ergäbe, was wäre dann aber der Nachteil (außer die 3 Dollar mehr...)?

 

[Altix]

Klares Jein

Die von mir erwähnten Verzerrungen werden erst ab einem bestimmten Bildöffnungswinkel relevant. Nagel mich jetzt bitte nicht auf den genauen Wert fest, aber ich würde mal sagen, dass alles unter 120 Grad gering oder kaum merkbar ist. So gesehen wird zwischen 2,8 und 4mm hinsichtlich der Verzerrungen kein Unterschied sein. Aber auch wenn die Bildöffnungswinkel ähnlich sein mögen, sie sind nicht gleich. Den Unterschied wirst du sehen, wenn du nacheinander durch beide Optiken schaust. bei der 2,8mm Optik wirst du Dinge am Rand sehen, die die 4mm Optik bereits abgeschnitten hat. Wahrscheinlich ist der Effekt nicht riesig, da die Winkel nicht gravierend unterschiedlich sind, ich bin jetzt aber zu faul, die Werte rauszusuchen Am Ende ist es genau so, wie Jochen es bereits gesagt hat: hol dir einen ganzen Schwung und finde heraus, womit du am besten zu Recht kommst. Die Kosten pro Linse sind ja recht überschaubar.

 

[fpvchris]

Ich habe hier einen Satz samples von vier Linsen (1xM8, 3x M12) zwischen 1,5 und 3,4g, daß ich zum Selbstkostenpreis (20 Euro für alle vier) abgeben würde, da ich selbst nicht vernünftig testen kann. Mir fehlt Zeit und Material (Kamera, Sender, Empfänger).

Ich würde mich freuen wenn im Gegenzug vom Tester was dazu geschrieben wird.

Alles weitere bezüglich Weitergabe der Linsen bitte per PM.

Chris

 

[jreise]

Nach meiner Erfahrung sind die Händlerangaben zum Blickwinkel der Linsen oft sehr "chinesisch variabel" bzw. zweifelhaft. So kann z.B. die 4mm-f1,2 Linse nicht den gleichen Blickwinkel wie die 2,8mm-f2,0 Linse haben. Der Blickwinkel ist wie oben schon erklärt nur von der Brennweite und der Chipgröße abhängig. Bei gleicher Kamera ist also der Blickwinkel der 4mm gegenüber der 2,8mm um einiges kleiner.

 

[fpvchris]

Nach meiner Erfahrung sind die Händlerangaben zum Blickwinkel der Linsen oft sehr "chinesisch variabel" bzw. zweifelhaft. So kann z.B. die 4mm-f1,2 Linse nicht den gleichen Blickwinkel wie die 2,8mm-f2,0 Linse haben. Der Blickwinkel ist wie oben schon erklärt nur von der Brennweite und der Chipgröße abhängig. Bei gleicher Kamera ist also der Blickwinkel der 4mm gegenüber der 2,8mm um einiges kleiner.

Du redest hier aber von Brennweiten, gelle?

 

[jreise]

Mein Post bezog sich auf die Aussage von 73bm73 weiter oben:

Wenn ich nun eine Vergleich zwischen einer sonst üblichen 2,8mm-f2,0-Linse und der 4mm-f1,2-Linse herstelle, die ja beide einen sehr ähnlichen Weitwinkel (Blickwinkel) haben, nämlich 80°-85°, hätte ich dann bei der f1,2-Linse weniger Krümmungseffekte (weil 4mm Brennweite statt 2,8mm) bei gleichem Blickwinkel oder hat das damit gar nichts zu tun?

Ob nun die Händlerangaben zur Brennweite oder zum Blickwinkel nicht stimmen, kann ich nicht sagen. Ich bin bisher davon ausgegangen, dass die angegebene Brennweite stimmt (weil sie vom Hersteller kommt) und der Blickwinkel ein "Schätzwert" des Händlers ist. Ein Wert von beiden ist auf jeden Fall etwas daneben, denn gleicher Blickwinkel bei verschiedener Brennweite ist nicht möglich (gleiche Kamera/Chipgröße vorausgesetzt).

 

[73bm73]

Mein Post bezog sich auf die Aussage von 73bm73 weiter oben:

Ob nun die Händlerangaben zur Brennweite oder zum Blickwinkel nicht stimmen, kann ich nicht sagen. Ich bin bisher davon ausgegangen, dass die angegebene Brennweite stimmt (weil sie vom Hersteller kommt) und der Blickwinkel ein "Schätzwert" des Händlers ist. Ein Wert von beiden ist auf jeden Fall etwas daneben, denn gleicher Blickwinkel bei verschiedener Brennweite ist nicht möglich (gleiche Kamera/Chipgröße vorausgesetzt).

Bei gleicher Blendenöffnung, ja.

Aber die Blende der f1,2 ist auch um einiges größer als die der f2,0. Deshalb können die Linsen mit dem Blickwinkel durchaus wieder vergleichbar sein trotz anderer Brennweite.
Und das ist eben der Punkt meiner Fragerei. Bei welcher Linse (mit beinah' selben Ergebnis im Blickwinkel) wird's Bild besser? Prinzipiell.

 

[jreise]

Nochmal: Die Blendenöffnung hat nur Einfluss auf die Lichtmenge, die durchs Objektiv kommt (und auf die Schärfentiefe, was aber für FPV keine Rolle spielt), nicht auf den Blickwinkel oder Bildausschnitt. Wie auch mact oben schon sagt.

 

[mact]

Ein Versuch der Eselsbrückenbildung:

Blende = "wie stark blendet mich die Sonne?" (je größer der Blendenwert, desto kleiner die Blendenöffnung, desto weniger Blendung = Lichtdurchtritt, desto schärferes Bild - daher auch "scharfes Bild" bei "Pinhole"-Kameras, aber schlecht "Lichtstärke")

Brennweite = "wie weit muss ich die Lupe/Linse vom Zunder entfernt halten, damit das Zeug brennt?", hat also nichts mit Lichtmenge oder Bildqualität oder ähnlichem zu tun, sondern nur mit der physischen Konstruktion der Kamera (wie weit ist die Linse von der Bildfläche weg) und über diesen Umweg etwas damit, wie "groß" das abgebildete Bild auf dem Bildnehmer ist bzw. welchen Ausschnitt man "sieht" (Thema Tele/Weitwinkel)

Darum ist und bleibt die Frage nach dem "besser" abhängig vom Wunsch. Will man "LICHT" um jeden Preis, braucht man eine Blende mit niedrigem Wert (gleich viel Lichtdurchlässigkeit), also das Gegenteil von einer Pinhole-Kamera. Will man Schärfe, muss man einen Kompromiss suchen. Suchen heißt in diesem Fall "ausprobieren". Wie sonst ja auch oft.
Und: Was Altix andeutete, ist nun mal das Crux de la Crux - die Qualität einer Linse (und damit die finale Antwort auf die Frage nach "welche ist besser") ist unabhängig von Blende (eine Linse hat keine Blende!), Brenn- oder Oberweite und Preis. Naja, nicht ganz, der Preis lässt schon manchmal einen Rückschuss auf die Oberw... verdammt, die Qualität der Linse zu. Aber "BESSERE LINSE" scheint mir nicht kompatibel zu "China-Billig" zu sein.

 

[73bm73]

Ja, manchmal brauche ich eben ein wenig... und manchmal ein wenig mehr...
Nochmals danke für den anschaulichen Unterricht, Jungs!!

Leider warte ich immer noch auf die besagte f1,2-Linse und konnte sie deshalb noch nicht vergleichen.