So berechnen Sie den Schrittweitenabstand beim Focus Stacking für eine bestimmte Vergrößerung

Hier bezeichnet die Schrittweite den Abstand, um den Kamera und Objektiv mit fest eingestelltem Fokus zwischen den Aufnahmen entlang der optischen Achse bewegt werden. Canon beschreibt eine Fokussierschiene als Möglichkeit, die Kameraposition bei einer Stacking-Serie präzise in der Tiefe anzupassen. Lassen Sie den Fokus am Objektiv bei dieser Methode unverändert. Makrofotografie: So werden Ihre Bilder scharf!

Ein physischer Schritt von 0,05 mm unterscheidet sich von einer Kamera-Menüeinstellung namens „Fokus-Schrittweite“. Nikon erklärt, dass die D850 die Änderung der Fokusdistanz anhand von Objektivinformationen wie Brennweite und Blende berechnet. Die nummerierten Einstellungen lassen sich daher nicht direkt als Millimeter Verfahrweg der Schiene verstehen. Fokusverlagerung: Grundlagen des Focus Stackings

Legen Sie vor der Berechnung die Steuerungsmethode fest. Wenn Ihre Schiene Millimeter oder Mikrometer unterstützt, lassen sich die folgenden Beispiele direkt anwenden. Wenn Sie internes Fokus-Bracketing verwenden, richten Sie sich nach der Anleitung der Kamera und testen Sie die nummerierten Schritte mit dem tatsächlichen Objektiv und der verwendeten Blende.

Notieren Sie Vergrößerung, Blende und ein Unschärfekriterium. Um die Vergrößerung zu messen, fotografieren Sie bei der vorgesehenen Objektiveinstellung ein Lineal, das quer über das Bild verläuft. Teilen Sie die physische Sensorbreite durch die im gesamten Bild sichtbare Motivbreite: m = Sensorbreite / Motivfeldbreite. Die Dokumentation von Zerene beschreibt diese Messmethode. Verwenden Sie übereinstimmende Einheiten und die entsprechende Sensorabmessung. Schärfentiefe-Schätzungen für Makro/Mikro (Schärfentiefe, Schrittweiten)

Bei einem beispielhaften 24 mm breiten Sensor, der einen 12 mm breiten Motivbereich zeigt, ergibt sich m = 24 / 12 = 2, also eine Vergrößerung von 2:1. Messen Sie das Bildfeld vor dem Zuschneiden des Fotos; andernfalls stimmen Sensorbreite und gemessenes Bildfeld nicht mehr überein.

Ermitteln Sie als Nächstes, ob Ihr Blendenwert nominal oder effektiv ist. Bei einem Pupillenverhältnis von 1 beträgt die effektive Blendenzahl ungefähr N × (1 + m). Manche Kamerasysteme zeigen bereits den effektiven Wert an. Der Rechner von Zerene unterscheidet zwischen diesen Eingaben. Prüfen Sie daher, welchen Wert Ihr Setup liefert, bevor Sie eine Zahl eingeben. Schärfentiefe-Rechner

Wählen Sie schließlich c, den Zerstreuungskreisdurchmesser auf dem Sensor. Er gibt an, wie viel Unschärfe durch Defokussierung Sie akzeptieren. Bei Zerene lässt sich dieser Wert in Millimetern oder Pixeln eingeben; die Pixelbreite entspricht der Sensorbreite geteilt durch die Pixelanzahl in dieser Richtung. Ein beispielhaftes 24 mm breites Bild mit 6.000 Pixeln hat etwa 0,004 mm große Pixel. Bei einem Unschärfekriterium von zwei Pixeln ergibt sich c = 0,008 mm. Dies ist eine ausdrücklich festgelegte Berechnungsannahme, kein universeller Schärfegrenzwert. Schärfentiefe-Rechner

Die geometrische Näherung für Makroaufnahmen unter Berücksichtigung der Pupillenvergrößerung lautet D ≈ 2Nc(1 + m/P) / m². D ist die gesamte Schärfentiefe im Objektraum in Millimetern, und P ist der Durchmesser der Austrittspupille geteilt durch den Durchmesser der Eintrittspupille. Für P = 1 vereinfacht sich die Formel zu D ≈ 2Nc(1 + m) / m². Die Herleitung von Coin Imaging erklärt die dieser Formel zugrunde liegende Näherung für geringe Schärfentiefe. Wenn P unbekannt ist, kennzeichnen Sie die Annahme gleicher Pupillen ausdrücklich, statt sie als gemessene Objektiveigenschaft zu behandeln. Herleitung der Gleichung für die Makro-Schärfentiefe

Berücksichtigen Sie die Überlappung separat: s = (1 − o)D, wobei s den Schienenabstand und o den Überlappungsanteil bezeichnet. Bei 30 % Überlappung gilt also s = 0,70D, nicht s = 0,30D. Zerene empfiehlt, etwa das 0,7-Fache der tabellierten Schärfentiefen als praktische Anpassung für die Überlappung zu verwenden. Die hier angesetzten 30 % sind ein erster Testwert, der auf die geometrische Schätzung angewendet wird. Schärfentiefe-Schätzungen für Makro/Mikro (Schärfentiefe, Schrittweiten)

Halbieren Sie D nicht noch einmal: Die Formel schätzt bereits die gesamte Schärfentiefe um die Fokusebene. Achten Sie außerdem auf einheitliche Maßeinheiten. Wenn c in Millimetern angegeben ist, werden D und s ebenfalls in Millimetern berechnet. Multiplizieren Sie das Ergebnis mit 1.000, um die Schrittweite in Mikrometer umzurechnen.

Angenommen, m = 2, nominale Blende N = 5,6, c = 0,008 mm, P = 1 und Überlappung o = 0,30. Dies sind beispielhafte Eingabewerte, keine Messwerte einer bestimmten Kamera oder eines bestimmten Objektivs.

1. Gesamte geometrische Schärfentiefe berechnen: D ≈ 2 × 5,6 × 0,008 × (1 + 2) / 2² = 0,0672 mm.
2. Überlappung berücksichtigen: s = 0,70 × 0,0672 = 0,04704 mm.
3. Einheiten umrechnen: 0,04704 mm = 47,04 µm.
4. Eine unterstützte Schieneneinstellung auf oder unter diesem Wert wählen und testen, zum Beispiel 0,047 mm, falls verfügbar.

Der folgende Vergleich ändert nur die Vergrößerung. Die Blende bleibt nominal f/5,6, c bleibt 0,008 mm, P bleibt 1 und die Überlappung bleibt 30 %. Die Werte sind berechnete Beispiele, gerundet zur besseren Lesbarkeit.

Vergrößerung	Geschätzte geometrische Schärfentiefe	Anfängliche Schrittweite der Schiene
0,5:1	0,5376 mm	0,3763 mm
1:1	0,1792 mm	0,1254 mm
2:1	0,0672 mm	0,0470 mm
3:1	0,0398 mm	0,0279 mm
5:1	0,0215 mm	0,0151 mm

Unter diesen Annahmen sinkt die Schrittweite beim Verdoppeln der Vergrößerung von 1:1 auf 2:1 auf 37,5 % des vorherigen Werts. Berechnen Sie die Schrittweite nach einer Änderung der Vergrößerung neu, statt sich auf die pauschale Regel zu verlassen, dass eine Verdoppelung der Vergrößerung den Schritt immer auf ein Viertel reduziert.

Prüfen Sie vor dem Vergleich der Ergebnisse das optische Modell. Die obige Berechnung verwendet geometrische Unschärfe durch Defokussierung und einen ausdrücklich gewählten Wert für c. Zerene berechnet die Schärfentiefe auch mit Wellenoptik und berücksichtigt dabei die Beugung. Der dokumentierte Rechner empfiehlt den größeren der Werte nach klassischer Berechnung und Wellenoptik und berücksichtigt anschließend die Überlappung. Ein anderes Ergebnis kann daher auf einem anderen Kriterium beruhen und muss kein Rechenfehler sein. Schärfentiefe-Rechner

Verwenden Sie keine kleinere Blende ausschließlich, um den Abstand zu vergrößern. Canon erklärt, dass kleinere Blenden die Schärfentiefe erhöhen, die Detailzeichnung durch Beugung jedoch verschlechtern können. Wählen Sie eine Blende, die die gewünschten Details in den einzelnen Aufnahmen erhält, und ermitteln Sie dafür die Schrittweite. Makrofotografie: So werden Ihre Bilder scharf!

Bei Mikroskopobjektiven ist besondere Sorgfalt erforderlich. Ihre Vergrößerungsangabe allein reicht als Eingabe nicht aus: Auch die numerische Apertur ist entscheidend. Zerene stellt für solche Objektive eine separate Tabelle auf Basis der numerischen Apertur bereit. Verwenden Sie diese Methode, wenn Ihr optisches Setup durch die numerische Apertur spezifiziert ist, statt eine angenommene fotografische Blendenzahl einzusetzen. Schärfentiefe-Schätzungen für Makro/Mikro (Schärfentiefe, Schrittweiten)

Bezeichnen Sie den Abstand zwischen der ersten und der letzten benötigten Fokusebene mit L. Bei einer konstanten Schrittweite s berechnen Sie Aufnahmen = ceil(L/s) + 1, wobei ceil bedeutet, auf die nächste ganze Zahl aufzurunden. So werden beide Endpunkte mitgezählt. Die Berechnung verlässt sich bewusst nicht darauf, dass die Schärfentiefenbereiche an den äußeren Enden das Motiv abdecken.

Bei einem beispielhaften L = 2,00 mm und der gewählten Schrittweite s = 0,047 mm ergibt sich: Aufnahmen = ceil(2,00 / 0,047) + 1 = 44. Diese Aufnahmen umfassen 43 Intervalle und decken 2,021 mm ab. Wenn Sie die Start- oder Endposition weiter nach außen verlegen, berücksichtigen Sie diesen zusätzlichen Verfahrweg in L, bevor Sie neu rechnen.

Verwenden Sie den gerundeten Wert, den Sie tatsächlich in die Steuerung der Schiene eingeben. Eine auf einem ungerundeten Ergebnis basierende Bildanzahl kann vom Verfahrweg abweichen, der sich mit der gewählten Schrittweite ergibt.

Nehmen Sie bei der gewählten Vergrößerung und Blende eine kurze Testserie von einer geneigten, fein strukturierten Oberfläche auf. Zerene empfiehlt, eng beieinanderliegende Aufnahmen zu machen und dann Stapel zu vergleichen, die aus jeder zweiten, dritten oder folgenden Aufnahme bestehen. So lässt sich der größte Abstand finden, bei dem keine sichtbaren Schärfebänder entstehen. Das bietet eine praktische Prüfung für Ihre Ausrüstung und Ihre Anforderungen an die Bildbetrachtung. Schärfentiefe-Schätzungen für Makro/Mikro (Schärfentiefe, Schrittweiten)

Nehmen Sie zum Beispiel eine Testserie mit 0,020 mm Schrittweite auf. Vergleichen Sie den vollständigen Stapel mit Versionen, die jede zweite beziehungsweise jede dritte Aufnahme verwenden und somit Abstände von 0,040 mm beziehungsweise 0,060 mm darstellen. Behalten Sie die Verarbeitungseinstellungen bei und prüfen Sie dieselben strukturierten Bereiche in der gewünschten Ausgabegröße.

Erscheint ein unscharfer Streifen, prüfen Sie die Ausgangsaufnahmen, die diesen Bereich abdecken. Wenn das Detail in keiner Aufnahme scharf ist, testen Sie eine geringere Schrittweite. Gibt es eine scharfe Ausgangsaufnahme, das zusammengesetzte Bild bleibt an dieser Stelle aber unscharf, prüfen Sie zunächst Ausrichtung und Verrechnung, bevor Sie die Schrittweite der Schiene ändern. Nikon zeigt abwechselnd scharfe und unscharfe Bänder, die durch eine zu große Fokus-Schrittweite entstehen. Fokusverlagerung: Grundlagen des Focus Stackings

Notieren Sie Vergrößerung, Blendenkonvention, Unschärfekriterium, getestete Schrittweite und Ausgabegröße. Beginnen Sie jede neue Konfiguration mit der Berechnung und behalten Sie anschließend die Schrittweite bei, die Ihr Kurztest bestätigt. So wird aus einer theoretischen Schärfentiefenschätzung eine reproduzierbare Einstellung für das gewünschte Foto.

• Herleitung der Gleichung für die Makro-Schärfentiefe — Coin Imaging
• Schärfentiefe-Schätzungen für Makro/Mikro (Schärfentiefe, Schrittweiten) — Zerene Stacker
• Schärfentiefe-Rechner — Zerene Stacker
• Fokusverlagerung: Grundlagen des Focus Stackings — Nikon
• Makrofotografie: So werden Ihre Bilder scharf! — Canon U.S.A.