Bildsensorgröße und Crop-Faktor (Version 4.0)

Wie sich die Sensorgröße tatsächlich aufs Bild auswirkt.

In Digitalkameras werden überwiegend Bildsensoren verbaut, die kleiner sind als dass Kleinbildformat (KB) 24mm x 36mm. Weil die Brennweite der Objektive ausschließlich von ihrer Konstruktion abhängt, bleibt diese immer gleich, und damit völlig unabhängig von der Größe des Bildsensors der angesetzten Kamera.

Deshalb wird im Innenraum der Kamera immer der gleich große Bereich identisch ausgeleuchtet. Kleinere Bildsensoren können zwangsläufig nur Teile des Motivs erfassen, weil ihre Fläche kleiner ist. Die Motivteile, die in den Randbereichen liegen, die den kleineren Sensoren gegenüber KB-Sensoren fehlen, landen ungenutzt auf dem schwarz ausgekleideten Innenraum der Kamera. So entsteht der Eindruck, daß mit einer längeren Brennweite fotografieren wird, weil scheinbar ins Bild hineingezoomt wurde.

Einfacher erklärt: Man stelle sich vor, wie das Licht des Motivs durchs Objektiv auf den KB-Bildsensor in der Kamera fällt. Das Motiv wird komplett erfaßt. Und nun schneidet man vom Bildsensor einfach ringsherum ein Stück ab. Genauso wie ein Foto mit einer Schere beschnitten werden kann.

Noch einfacher: Stell dir vor, Du betrachtest im Badezimmer dein Spiegelbild. Dann ersetze Du den Spiegel durch einen kleineren Spiegel. Was passiert? In diesem kleineren Spiegel siehst Du dich bei gleichem Abstand nicht größer oder kleiner dargestellt. Nichts erscheint näher dran oder weiter weg. Es fehlen einfach nur die Randbereiche. Eben war bspw. noch dein ganze Kopf zu sehen und nun sind die Ohren weg. So einfach ist das.

Crop-Faktor
Der Crop-Faktor beschreibt das Verhältnis zwischen der tatsächlichen (physikalischen) Brennweite des Objektivs einerseits und dem Brennweiteneindruck, der durch den kleineren Bildausschnitt entstanden ist, andererseits.

An Kameras mit kleineren Sensoren ist es deshalb notwendig, Objektive mit entsprechend kürzeren Brennweiten zu nutzen. Will man zudem auch eine annähernd identisch knappe Tiefenschärfe (Freistellung) bei Offenblende erzielen, muß das Objektiv auch entsprechend lichtstärker sein (kleinere Blendenzahl).

Die Berechnung ist ganz leicht. Einfach die Brennweite bzw. Blende durch den Crop-Faktor dividieren.

Kleinbildsensor   APS-C Sensor (Crop-Faktor 1,6)   Nikon 1 (Crop-Faktor 2,7)

14mm @ Blende 1.4    =>    8,75mm @ Blende 0.9    =>    5,2mm @ Blende 0.5
28mm @ Blende 2    =>    17.5mm @ Blende 1.25    =>    10,4mm @ Blende 0.7

50mm @ Blende 2.8    =>    30mm @ Blende 1.8    =>    18,5mm @ Blende 1
85mm @ Blende 4    =>    50mm @ Blende 2.5    =>    30mm @ Blende 1.5
135mm @ Blende 5.6    =>    85mm @ Blende 3.5    =>    50mm @ Blende 2

200mm @ Blende 8    =>    125mm @ Blende 5    =>    75mm @ Blende 3
400mm @ Blende 11    =>    250mm @ Blende 7    =>    150mm @ Blende 4

Die Freistellmöglichkeiten sind deshalb an Kameras mit Kleinbildsensoren gegenüber jenen mit APS-C Sensoren in etwa eine Blendenstufe größer. Gegenüber Kameras mit Four-Thirds-Sensoren (Crop-Faktor 2,0) sind es 2 Blendenstufen und gegenüber Nikon 1-Kameras sind es knapp 3 Blendenstufen.

Vorteile von Crop-Sensoren:
Mit weniger Brennweite wird der gleiche Abbildungsmaßstab erreicht. Deshalb kann, sofern das Freistellvermögen keine besonders große Rolle spielt, zu Objektiven mit kürzeren Brennweiten gegriffen werden, was besonders im Telebereich zu Gewichts- und Kosteneinsparungen bei der Anschaffung führt.

Makrofotografen sind nahe dem Abbildungsmaßstab 1:1 mit kleineren Sensoren oft besser bedient, wenn wie üblich, die Fotodiodendichte auf dem Bildsensor höher ist als bei einer Alternativkamera mit größerem Sensor. Kleinste Details können so höher aufgelöst werden.

Nachteile von Crop-Sensoren:

Der Einsatzbereich vieler Objektive verschiebt sich durch den veränderten Brennweiteneindruck, in zuweilen sehr ungünstiger Weise. Während dieser Effekt für Telefotografen zumeist von Vorteil ist, kann es für (Super)Weitwinkelfotografen schwierig werden, ein passendes Objektiv zu finden.

Kleinbildsensor   APS-C Sensor (Crop-Faktor 1,6)
SWW-Objektiv (17mm)    =>    WW-Objektiv (28mm)
WW-Objektiv (28mm)    =>    Normalbrennweite (50mm)
Normalbrennweite (50 mm)    =>    leichtes Teleobjektiv (85mm)
Telezoom (70-200mm)    =>    stärkeres Telezoom, dem so eine moderate
Anfangsbrennweite fehlt (110-320mm)

Wegen der begrenzteren Freistellmöglichkeiten am Crop-Sensor, ist man u.U. gezwungen, sich lichtstärkere Objektive zuzulegen, was unterm Strich trotz kürzerer Brennweiten zu höherem Gewicht und höheren Anschaffungskosten führt.

Zusammengefaßt:
I. Kleinere Bildsensoren erfassen nur einen Ausschnitt (Crop), von dem, was ein Kleinbild-Sensor erfassen würde. Weil die Randbereiche fehlen, entsteht lediglich der falsche oberflächliche Eindruck, daß die Brennweite um den Crop-Faktor verlängert wäre. Auf die Eigenschaften der Objektive (Brennweite und Lichtstärke) haben die Sensoren keinen Einfluß.

II. Wird ein Motiv mit mehreren Kameras aufgenommen, die unterschiedlich große Bildsensoren enthalten und man nutzt das gleiche Objektiv mit der gleichen Blende bei gleicher Entfernung und beschneidet die Fotos der Aufnahmen mit größerem Sensor später auf den kleineren Bereich, den die kleineren Sensoren erfassen (praktisch nur interessant, wenn am KB kein Objektiv mit entsprechend längerer Brennweite zur Verfügung steht), dann hat man abgesehen von der unterschiedlichen Auflösung, identische Fotos vor sich. (siehe Grafiken)


Sensorgrößen

Sensorgrößen

Crop-Faktor berechnen:
Ein Ratschlag vorneweg: Nehmen sie die Werte einfach hin und vergeuden sie keine Lebenszeit damit, diese nachzurechnen. Die offiziellen, leichter zu merkenden Werte, unterscheiden sich in etwa erst ab der 2. Kommastelle von den präzise berechneten Werten.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, den Crop-Faktor zu berechnen. Nutzen Sie einen Bildsensor mit dem 2:3 Seitenverhältnis, führt jede Formel zum gleichen Ergebnis weil es auch vom Kleinbildformat genutzt wird, dass grundsätzlich als Vergleichswert dient.

Die meistgenutzte Variante verwendet die Sensordiagonale. Daneben ist auch die Berechnung über die Sensorfläche möglich. Bei der dritten Variante werden entweder die
Sensorlängen oder die Sensorbreiten zueinander ins Verhältnis gesetzt. Nur dabei kommt es zu Abweichungen bei Bildsensoren mit einem anderen Seitenverhältnis als 2:3. Wenn wir dabei die Groß- und Mittelformate außen vor lassen, bleibt nur das 4:3 Seitenverhältnis übrig, dass beim mFT-Format und den Sensoren in den meisten Kompaktkameras, Handys, usw. verwendet wird.

Wird ein Bildsensor mit 4:3 Seitenverhältnis verwendet, hängt es von den Motiven ab, welcher Rechenmethode die praxisnähere ist. Nutzen sie bei der kürzesten Brennweite eher das Querformat, ist die Berechnung über die Sensorlänge sinnvoller. Nutzen sie die kürzeste Brennweite eher bei Hochformataufnahmen, ist die Berechnung über die Sensorbreite sinnvoller. Aber wie schon vorneweg empfohlen: Lassen Sie es sein!

Die Unterschiede sind marginal und entfalten nur im Superweitwinkelbereich ein wenig Wirkung, weil es nur dort in eher seltenen Fällen relevant sein kann, ob 1 mm zu viel Brennweite im Spiel ist. Weil es aber nur wenige Super-Weitwinkel-Objektive (auch Ultra-Weitwinkel genannt) gibt, stellt sich die Frage doch nicht, weil andere Objektiveigenschaften die Auswahl bereits auf 1-2 Objektive begrenzt haben, die sich dann vermutlich kaum noch in der Brennweite unterscheiden.

Warum die präzise Crop-Berechnung nutzlos ist:
Abseits des Superweitwinkelbereichs ist es völlig egal, ob 1mm mehr oder weniger Brennweite genutzt wird. Der Unterschied ist so gering, daß man weder merklich näher ans Motiv herangehen muß noch Unterschiede bei der Freistellung erkennbar werden. Nutzt man bspw. 100mm Brennweite am Kleinbild ist sogar ein Unterschied von 10mm ohne ernsthafte Bedeutung.

Es gibt andere Dinge, die auch Einfluß haben:
- ungenaue Herstellerangaben (50mm muß nicht 50,0mm bedeuten, im Telebereich sind die Abweichungen in einigen Fällen noch viel größer)
- kleine Abweichungen bei den Sensorgrößen (diese variieren um 1-2 mm von Modell zu Modell)

Und dann gibts da noch die eine Sache, die mehr Einfluß haben kann, als alles andere zusammen.
Sogar mehr als der Crop-Faktor:

Die abweichende Brennweite im Nahbereich
:
Brennweitenangaben erfolgen i.d.R. für die unendliche Motiventfernung. Im Nahbereich ändert sich die Brennweite eines Objektivs aber und das teilweise sehr stark. Zum Teil kann zwar auch das berechnet werden, aber mehr noch kann die individuelle Konstruktion des Objektivs verantwortlich sein. So kann es sein, daß ein Objektiv mit 200mm Brennweite im Unendlichkeitsbereich, beim Mindestabstand zum Motiv nur noch über 135mm Brennweite verfügt. Ein anderes 200mm-Objektiv aber erreicht vielleicht 155mm Brennweite bei gleicher Entfernung.