FOTOGRAFIE

Die Fotografie (aus dem Griechischen: photos=Licht, grafein=Schreiben/Zeichnen) ist ein gestalterisches Medium neben anderen, wie zum Beispiel Architektur, Bildhauerei, Typrografie, Film und Grafik.Fotografie wird in der Werbung gestalterisch eingesetzt, sie dient als dokumentarisches Zeugnis (wie in einer Zeitung) oder kann künst-lerisches Medium sein (Fotografie im Museum). Die Fotografie bildet den Ausgangspunkt für bildgebende Verfahren in der Wissenschaft (z.B. der Neurologie).

EINSATZBEREICH

DIE OPTIK ALS GRUNDLAGEDer arabische Mathematiker Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haitham (965–1040), im Westen unter dem abgekürzten Namen Alhazen bekannt, nahm mit seinen Experimenten den Typus des modernen Naturwissenschaftlers vorweg.Alhazen wurde in Basra im heutigen Irak geboren und in Bagdad ausgebildet. Nach einem Konflikt mit dem Kalifen al-Hakim lebte er zurückgezogen nahe dem Tor der Azhar-Moschee und verdiente sich seinen Lebensunterhalt mit Übersetzungen und Abschriften wis-senschaftlicher Texte, während er sich seinen Experimenten widmete. Alhazen ziert heute eine Banknote des Irak, doch ist sein Aussehen nicht überliefert. Von den 92 Büchern, die er verfasste, sind noch 55 erhalten, darunter das „Kitab al-Manazir“, das „Buch der Sehtheorie“, an dem er seit 1028 arbeitete. Wahrscheinlich wurde das Werk unter dem Titel „Perspectiva“ um 1200 in Spanien übersetzt, wohingegen es erst 1572 in Basel unter dem passenderen Titel „Opticae Thesaurus“ gedruckt worden ist.

ANALOGIE AUGE–KAMERAAlhazen wusste, dass das Auge ähnlich wie eine Dunkelkammer funktioniert, doch kannte er noch nicht das Retina-Bild, das – ebenso wie das Bild in der Dunkelkammer – auf dem Kopf steht. Deshalb konnte er die Erscheinungen in der Dunkelkammer noch nicht im vollen Umfang auf das Auge übertragen. Objektive (Linsen) wurden erst ab 1550 entwickelt (siehe Grafik unten).

Auge: Der Gegenstand trittt durch die Augenlinse auf die Netzhaut und das Bild entsteht im GehirnKamera: Der Gegenstand trifft durch das Objektiv vor der Kamera auf den Film in ihr und wird dort fixiert

Alhazen verwendete für den Kasten mit Loch-blende berteits den Begriff „Dunkle Kammer“ oder al-bait al-muzlim . In der lateinischen Sprache erhielt sie den Namen Camera Obs-cura, mit der sich dann auch Leonardo Da Vinci beschäftigte. Ebenso wie Alhazens andere Geräte diente die „Dunkle Kammer“ für Licht-Experimente: „Stellt man in einer dunklen Nacht sieben Lampen in verschiedener Entfernung vor der Kammer auf und lässt sie einen Türspalt offen, so zeichnen sich auf der gegenüberlie-genden Wand Lichter in der exakten Zahl der Lampen ab“. Also mussten alle Strahlen die kleine Öffnung passieren, hinter der sie sich aber wieder trennten: „Die Lichter mischen sich nicht mit der umliegenden Luft, sondern bleiben auf ihren parallelen oder gewinkelten Linien, wenn sie die transparente Luft durch-queren. Auch die Farben breiten sich mit dem Licht entlang gerader Linien aus“.

CAMERA OBSCURA

Vor

lage

Abbild

Loch

Vor

lage

Abb

ildLinse

Seite 1

FOTOGRAFIE

In der Anatomie des Auges war Alhazen noch von antiken Modellen abhängig, die seine Schlüsse einschränkten. Zu seiner Zeit wuss-te man auch noch nichts von dem „Blinden Fleck“ im Augenzentrum und erst recht nichts vom Schärfebereich (Zapfensehen) und der Wahrnehmung von Bewegung (Stäbchensehen). Heute wissen wir, dass unterschiedliche Sensoren auf der Retina das Licht messen und ihre Daten zum Neokortex weiterleiten. Aber Alhazen schuf die Grundlagen der modernen Forschung, als er die Wege verfolgte, die das Licht bis zum Auge zurücklegt, bevor das Gehirn die Daten aus dem Auge auswertet.

DER SEHVORGANG

Im ersten Buch der Optik stellt Alhazen die Verkehrswege des Lichts vor. Es besitzt eine physische Existenz und benutzt dennoch Verkehrswege mit geometrischem Verlauf: „Denn wir nehmen alle Dinge nach denselben Gesetzen wahr, egal wie sie aussehen, näm-lich auf geraden Linien, die zwischen der Oberfläche der Dinge und der Oberfläche des Auges verlaufen.“Das Auge selbst ist ein halb transparenter Körper, aber im Unter-schied zu unbelebten Köpern (Dingen) hat es im Kristallkörper – den Alhazen aus der antiken Anatomie übernahm – ein lichtempfindliches Organ: Der sphärische Kristallkörper (B-B) liegt konzentrisch zur „Oberfläche des Auges“ (A-A). Der Sehkegel (c-d-e) erweitert oder verengt sich mit der Pupille und hat seine Spitze im „Augenzentrum“ (d). Die Strahlen fallen im Bereich des Sehkegels senkrecht und geradlinig ein, aber sie werden ausserhalb des Sehkegels abgelenkt. Der Kristallkörper ist nur für jene Strahlen empfindlich, die senkrecht einfallen. Andere Strahlen unterliegen der Lichtbrechung. Sie kommt dadurch zu Stande, dass „die Augenhäute nicht die Transparenz der Luft haben“.

aus: Hans Belting „Florenz und Bagdad–eine westöstliche Geschichte des Blicks“, Kapitel III: Alhazens Vermessung des Lichts, Seite 104 ff., Verlag CH Beck, München 2008

Tatsächlich wird der Lichtstrahl beim Eintritt ins optisch dichtere Medium (z.B. von Luft zu Glas) näher zum Einfallslot gebrochen (1), beim Eintritt ins optisch weniger dichte Medium vom Einfallslot weg (2). Dies bewies der englische Physiker Isaac Newton 1676 mit Hilfe eines Prismas (siehe Grafik rechts).Die Linsen in einem Kameraobjektiv bestehen aus Prismen. Sie bündeln das zu fotogra-fierende Motiv und übersetzen es in passender Grösse auf den Film. Tatsächlich liegt Alhazens „Augenzentrum“ – wollen wir seine Sehtheorie auf die Fotografie übertragen – in der Kamera auf der Ebene F (der Bühne).

1. BEGRIFF:DIE BRENNWEITE

Sehnerv

Zap

fen

Stä

bche

n

1 2

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Verschiedene Linsen bündeln das Licht verschieden stark. Eine flache Linse erfordert eine längere Brennweite, eine stark gewölbte reduziert diese im-mens. Würde die Linse fehlen, müsste der Abstand vom Motiv zur Ebene H derselbe sein, wie von Ebene H zur Ebene F.

Legende:F = Brennpunktf = BrennweiteH = Hauptebene

f

H F

f

FOTOGRAFIE Seite 3

Blende nennt man die Öffnung hinter dem Objektiv der Kamera. Je grösser ihr Durchmesser, desto mehr Licht trifft auf den Film. Dies ist wiederum mit Alhazens Theorie zu vergleichen, wenn er sagt, der Sehkegel (c-d-e) erweitere oder verenge sich je nach Grösse der Pupille. Die Blendenzahlen sind international genormt und so abgestuft, daß sich jeweils eine Verdoppelung bzw. eine Halbierung der Licht-menge ergibt (dies gilt allerdings nur für Objektive gleicher Brennweite). So lässt die Blende 2.8 genau halb soviel Licht herein wie die Blende 2. Die Blende 8 wiederum halb soviel wie Blende 5.6.

1 2 4 8 16 32

1,4 2,8 5,6 11 22

Die Verschlusszeit verhält sich mit dem gleichen Faktor umgekehrt proportional zur Blende, was die selben Schritte verlangt:

1000 500 250 125 65 30 15 8 4 2 1

2. BEGRIFF:DIE BLENDE

KOMBINATION BLENDE/VERSCHLUSSZEIT

Bei der Digitalkamera fällt das Licht nicht auf den Film sondern wird von einem Sensor gemessen. So entstehen helle Bildpunkte bei viel Licht und dunkle Bildpunkte bei wenig Licht. Da die Sensorpixel nur helligkeitsempfindlich sind und nicht die Farbe des Lichts erfassen können, würde eine Schwarz-Weiß Foto entstehen. Deshalb ist jedem Bildpunkt (Pixel) ein Farbfilter vorgelagert; analog zum menschlichen Sehvorgang: Drei verschiedene Zapfen für drei verschiedene Wellenlängen, bzw. Farben. Dabei ist zu beachten, dass unser Auge die Farbe Grün doppelt so stark wahrnimmt wie Rot und Blau – deshalb sind auf dem Sensor doppelt so viele Grün-Filter vorhanden, um unsere Sehgewohnheit realistisch simulieren zu können.

Faktor x2

Die Grafik rechts zeigt zwei unterschiedliche Objektive. Eines mit kur-zer (28 mm) und eines mit mittlerer (50mm) Brennweite. Bei beiden Objektiven ist die Blende 16 eingestellt. Die Grafik zeigt aber, daß die Lichtöffnung bei dem Objektiv mit 50mm Brennweite wesentlich grösser ist. Dennoch tritt in beiden Fällen die gleiche Menge Licht auf den Film.

kurze Brennweite 28mm

50mmlange Brennweite

Grösse der Öffnung

Zei

t

offene Blende mittlere Blende kleine Blende

1,41/1000

Genauigkeit(+ Objekt scharf)

2,81/250

111/15

Zeitverlauf(Bewegungen festalten)

50mmf2 = 1/30s

50mmf2,8 = 1/15s

Schritt x2 Schritt x4

Faktor :2

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Die Tiefenschärfe hängt ab von der Blendenöffnung (je kleiner desto besser) und der Objektivbrennweite (je kürzer desto besser). D.h. es werden Bildinhalte vor und hinter dem scharfgestellten (fokussierten) Objekt ebenfalls scharf abgebildet (siehe Tabelle rechts). Die gleiche Wirkung erzielt man, je weiter man von dem fokussierten Objekt entfernt ist. Auch die Wahl der Brennweite hat einen Einfluß auf die Tiefenschärfe: Teleobjektive bieten weniger Tiefenschärfe als 50 mm Standard-Brennweiten. Der Fotograf kann also grundsätzlich zwischen verschiedenen Zeit-Blenden-Kombinati-onen wählen um zu einer richtigen Belichtung zu kommen. Je nach gewünschter Tiefenschärfe wird die Lichtöffnung über die Blende verän-dert. Die Verschlußzeit muß entsprechend angepaßt werden. Bei vielen Spiegel-reflexkameras passiert dies entweder vollautomatisch oder kann über Zeit- oder Blendenautomatik oder sogar völlig manuell eingestellt werden. In vielen Motivsitu-ationen sind dem Fotografen allerdings kameratechnische oder natürliche Grenzen gesetzt (siehe Beispiele unten).

3. BEGRIFF:DIE TIEFENSCHÄRFE

– Tiefenschärfe +

Brennweite lang kurz

Objektposition nah fern

Blendenzahl klein gross

Blendenöffnung gross klein

Verschlusszeit kurz lang

Zusammenfassung- Die scharfe Aufnahme von bewegten Objekten verlangt eine extrem kurze Belichtungszeit (mit weniger Verschlußmöglichkeiten). - Dunkle Umgebung verlangt entweder eine große Blendenöffnung oder eine lange Verschlußzeit. - Viele Kameras sind in der Verschlußzeit und Blende begrenzt (1/1000 Sekunde oder Blende 2 als Maximal-/Minimalwerte).

a)KorrekteBelichtung:Blende4,1/60sDer Fotograf kommt zu gleichen Belichtungsergebnis-sen, wenn er eine der anderen Kombinationen wählt. Er hat in diesem Fall eine breite Auswahl, um darüber die Tiefenschärfe zu regeln. Je nach Motiv gibt es allerdings Einschränkungen: Fotografiert man z.B. einen vorbeifahrenden Rennwa-gen, muss man die Verschlußzeit extrem kurz wählen, um eine hohe Bewegungsschärfezu haben; das geht dann zu Lasten der Tiefenschärfe.

b)KorrekteBelichtung:Blende4,1/250sDies ist z.B. der Fall, wenn das Motiv und die Umge-bung wesentlich heller sind als in Situation a). Auch hier gibt es eine Reihe vergleichbarer Zeit-Blenden-Kombinationen, allerdings entfallen in diesem Beispiel die extrem offenen Blenden 1 und 1.4, weil die Kamera (technisch) nur eine Belichtung von minimal 1/1000 Sekunde zulässt. Natürlich könnte es (wie in den beiden anderen Beispielen) auch am Objektiv lie-gen, welches z.B. eine Blende 1 und 1.4 nicht zulässt.

c)KorrekteBelichtung:Blende4,1/15sHier tritt genau die umgekehrte Situation auf. Das zu fotografierende Objekt ist relativ dunkel, deshalb muß bei Blende 4 dreimal solange belichtet werden wie in Situation a). Wenn die Kamera z.B. eine maximale Belichtung von 1/1 Sekunde zulässt, enfallen die Blendenkombina-tionen 22, 32 und folgende. Außerdem besteht bei so langen Belichtungszeiten die Gefahr der Verwa-ckelung, so daß man ohne Kameraauflage oder Stativ nicht auskommt.

KOMBINATIONSBEISPIELE

1 1,4 2 2,8 4 5.6 8 11 16 22 32

1000 500 250 125 60 30 15 8 4 2 1

2 2,8 4 5.6 8 11 16 22 32

1000 500 250 125 60 30 15 8 4

1 1,4 2 2,8 4 5.6 8 11 16 22 32

250 125 60 30 15 8 4 2 1