• Filme und KB-Objektive
• Vergleich KB- / Digitalkamera
• (Auflösung begrenzt durch Beugungsunschärfe)
• Das ISO Testbild
• Tabelle der Messwerte
• Hinweise zu den Messwerten
• Test von Wechselobjektiven
• 16:9 Sensoren
• Grafische Darstellung der Messwerte
• Auflösung bei hohen ISO-Werten

Linien/mm (Lp/mm)
Zur Beschreibung des Auflösungsvermögens von Film-Emulsionen wird "Linien/mm" verwendet. Richtiger wäre: "Linienpaare/mm" (Lp/mm), da die weißen "Zwischenlinien" nicht mitgezählt werden.
Dazu werden Glasplatten mit verschiedenen Linienrastern auf den Film gelegt und belichtet. Unter dem Mikroskop wird dann abgelesen, welches Linienraster (schwarze Striche pro Millimeter) gerade noch aufgelöst wird.
Ein Repro-Film hat eine "Auflösung" von ca. 400 Lp/mm, ein 50 ISO-SW-Film ca. 175 Lp/mm, Kodachrome 25 Diafilm ca. 100 Lp/mm, 400.ISO Farbfilme hatten erheblich weniger.

Diese Werte beschreiben aber nur, was die Filme auflösen könnten. Selbst höchstwertige KB-Festbrennweiten-Objektiven schaffen unter optimalen Umständen nur max. 75 Lp/mm, die preiswerten Amateur-Zoomobjektiven nur 25 - 50 Lp/mm! Und diese Angaben gelten nur unter optimalen Bedingungen (Bildmitte, leicht abgeblendet).

Diese Angaben gelten aber offenbar nur für KB-Objektive. Bei den Objektiven von kleinen Digitalkameras sind Auflösungen von deutlich mehr als 75 Lp/mm möglich. So löst die Canon G12 mit ihrem 1/1,7" Sensor (Höhe: 5,6mm) bei 10MP erstaunliche 2.200 Zeilen/Bildhöhe (sh. Tabelle unten) auf. Das entspricht 1.100 Lp/Bildhöhe und damit 196 Lp/mm.
Der Grund ist, dass bei den kleinen Objektiven die Linsen deutlich dünner sind und deshalb weniger Verluste auftreten.

Vergleich KB- / Digitalkameras

Die Angabe Lp/mm ist völlig ungeeignet für Digitalkameras und die Angabe von "Lp/mm (umgerechnet auf KB)" (digitalkamera.de) mehr als fragwürdig. (→ Beispiel)
Für den Vergleich des tatsächlichen Auflösungsvermögens verschiedener Digital-Kameratypen hat sich die Bestimmung der Zeilen/Bildhöhe bewährt, die mit dem Standard-Testbild ermittelt wird. Das ist natürlich auch bei Kameras mit KB-Sensor möglich. Aber da für KB-Objektive die max. Auflösung in Lp/mm bekannt ist, kann daraus die max. mögliche Auflösung in Zeilen/Bildhöhe für KB-Kameras berechnet werden. Bei analogen KB-Kameras bestimmt dann der jeweils verwendete Film darüber, ob die max. Auflösung erfasst werden kann. Bei digitalen KB-Kameras ist es der Sensor. Setzt man voraus, dass die in der Literatur angegebene max. Auflösung der besten KB-Objektive 75 Lp/mm beträgt, dann ergeben sich 150 Zeilen/mm und somit max. 3.600 Zeilen/Bildhöhe. Dafür sind bereits 36MP-Sensoren mehr als ausreichend. Sie könnten erheblich mehr erfassen, nämlich 4.912 Pixel/Bildhöhe. Das entspricht bei Kameras mit Bayer-Sensor (wegen des notwendigen AA-Filters) etwa 3.930 "echte Pixel". Aber vielleicht gibt es ja bald doch Objektive mit einer max. Auflösung von  100 Lp/mm und mehr ...
Sensoren mit mehr als 36MP sind für heutige Objektive jedenfalls völlig sinnlos! Von den mitgelieferten Kit-Objektiven ganz zu schweigen →Beispiel

Vergleich mit realen analogen Farbfotos
Sieht man sich alte Farbfotos an, so sind die von den theoretischen Idealwerten weit entfernt. Viele Bilder wurden mit preiswerten Kompaktkameras aufgenommen und deren lichtschwache Zoom-Objektive erforderten mindestens 200 bis 400 ISO-Filme. Setzt man deshalb eine Auflösung von 25 Lp/mm an, dann ergeben sich für real existierende Farbfotos ca. 1.200 Zeilen/Bildhöhe. Gute 3MP-Kameras können da mithalten. Sogar viele 100 ISO-Farbfilme, die im Großlabor entwickelt wurden, ergaben keine besseren Bilder als eine 4 MP-Kamera.
Das war im Herbst 2001 noch keineswegs unstrittig! Deshalb hatte ich einen Freund zu einem "Wettkampf" herausgefordert. Hier sind die damaligen Vergleichsbilder! Auf den Bild-Ausschnitten ist links sein KB-Foto (SLR Pentax A1, Sigma 28-70, Kodak Farbnegativ 100 ISO, mit 2400 ppi vom Negativ direkt eingescannt) und rechts mein Foto mit der Digitalkamera Fuji 6900. Sie hat zwar nur 3 MP, entspricht aber einer 4MP-Kamera.
Der Freund fotografiert seitdem digital .....

Eine direkte Bestimmung von Linien/mm eines Digitalkamera-Sensors ist nicht möglich .... und auch nicht sinnvoll. Um verschiedene Kamera-Typen (z.B. Superzoom- mit D-SLR-Kamera) miteinander vergleichen zu können, wird deshalb ein entsprechendes Testbild (ISO 12233) fotografiert und aus diesem Bild jeweils die "Anzahl Linien pro Bildhöhe" *) ermittelt. Um Missverständnisse zu vermeiden, sollte man aber besser "Zeilen pro Bildhöhe" sagen!

Seitdem es Digitalkameras mit mehr als 10MP gibt, musste eine neue Version dieses Testbildes her. Die Skala rechts von der Mitte ging zuvor (wie die linke) bis 20. Jetzt geht sie bis 40.

Die Zahlen an den Linien bedeuten jeweils "Zeilen/Bildhöhe x 100" ; z.B.:12 = 1200 usw.
Nun kann man jeweils an den senkrechten und waagerechten Linien die "Auflösung" der betreffenden Kamera abschätzen. Hier ein Beispiel aus alten Zeiten:

In diesem Beispiel (Fuji S602; Testbericht dpreview) sind 1200 Zeilen/Bildhöhe noch deutlich zu erkennen. Im Bereich 1600 Zeilen/Bildhöhe ist ein farbiges Moiré-Muster zu erkennen. Es tritt auf, wenn man in den Bereich der theoretisch höchsten Auflösung (Pixelreihen/Bildhöhe) kommt. Bei einer 3MP-Kamera sind das 1536 Pixel.
Auch bei den senkrechten Linien wird dann die Auflösung abgelesen.

Da jedes Testlabor seine eigene Methode hat, dürfen Messwerte verschiedener Zeitschriften nicht miteinander verglichen werden.  Aber selbst bei der gleichen Zeitschrift sind ältere Ergebnisse häufig nicht mehr mit den aktuellen vergleichbar, da man die Methoden gelegentlich ändert (optimiert?).

Die angegebene Auflösung sollte der unter optimalen Bedingungen in Bildmitte erreichbare Wert sein. Damit wird gleichzeitig die Güte der Optik, des Sensors und der Bildberechnung beurteilt.
Bei offener Blende und bei extremen Zoom-Einstellungen können die Werte erheblich ungünstiger sein. Das sollte separat untersucht und im Testbericht erwähnt werden!
Wichtig ist auch die gesonderte Ermittlung der Auflösung in den Bild-Ecken (sh. Seite "Randschärfe"). 

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Kompaktkameras

Systemkameras

Auflösung

entspr. bei KB-Format

Testbedingungen

Die obigen Angaben gelten für die Bildmitte bei optimal abgeblendetem Objektiv im mittleren Brennweitenbereich und bei Basis-Empfindlichkeit! Die Messwerte zeigen also die maximal mögliche Auflösung der Kamera. Am Bildrand, bei offener Blende und in Telestellung  sind die Werte bei fast allen Kameras schlechter als in obiger Tabelle!

Bei Systemkameras wird das beste Festbrennweiten-Objektiv verwendet, das auf dem Markt ist. Es wird also die max. mögliche Auflösung des Sensors bestimmt.
Manche Zoom-Objektive haben bei offener Blende am Bildrand nur die Auflösung (Zeilen/Bildhöhe) einer 4 MP-Kamera. Da nützen die 16 MP der SLR gar nichts! → mehr Infos

Einfluss der Schärfung

Nicht unwesentlichen Einfluss hat die Schärfung (in der Kamera). Bis zu 20% kann der Wert dadurch gegenüber einem ungeschärften Testbild angehoben werden. Üblich ist ein Test mit den vom Hersteller vorgegebenen "Default"-Werten, die fast immer eine mittlere Schärfung beinhalten.
Messwerte, die ohne Schärfung ermittelt wurden, sollten entsprechend gekennzeichnet sein.
→RAW-Datei
 

3:2 Sensoren

Vergleicht man 3:2 mit 4:3 Kameras mit gleicher MP-Zahl, dann haben die 3:2 Kameras zumeist geringere Wert für "Zeilen/Bildhöhe", da sie ja auch weniger Pixel/Bildhöhe zur Verfügung haben. Z.B. bei 10MP hat eine 4:3-Kamera 2736 Pixel, eine 3:2-Kamera nur 2592 Pixel Bildhöhe. Entsprechend geringer sind dann auch die Messwerte.

Die Ergebnisse von Kameras mit 3.2 -Sensor dürfen deshalb in der unteren Grafik nicht über dem 4:3 MP-Wert, sondern müssen über dem jeweiligen Pixelwert der Bildhöhe eingetragen werden.
Die 4:3 Kameras bieten mehr tatsächliche Bildhöhe, was ja manchmal ganz nützlich ist. Manche Breitformat-Motive erfordern sogar zwingend eine möglichst große Bildhöhe. 
→überzeugendes Beispiel

Vor einigen Jahren waren mal Kameras mit einem 16:9 Sensor Mode (Erste war die LX1). Die daran ermittelten "Linien/Bildhöhe" waren zwangsläufig geringer als bei "normalen" Kameras mit der gleichen MP-Zahl. Letztere haben ja mehr Pixel/Bildhöhe zur Verfügung.
Per Definition wird das ISO-Testbild immer so aufgenommen, dass die volle Bildhöhe erfasst wird. Deshalb muss man es aus größerer Entfernung aufnehmen und die Linienraster werden dadurch kleiner abgebildet als bei einem 4:3 Foto.
Andererseits ... schaltet man bei 16:9 Kameras auf "normale" Bildgröße um (gelbes Rechteck), um mehr Bildhöhe zur Verfügung zu haben, dann verzichtet man auf 25% der Sensorfläche! Aus z.B. einer 8 MP-Kamera wird eine mit "nur" 6 MP. Und für Ausschnittvergrößerungen wird es dann eng.
Davon abgesehen, dass Hochformat-Aufnahmen im 16:9 Format ziemlich fragwürdig sind .... die Erstellung des Panoramabildes von Hannover (aus Hochformat-Aufnahmen) wäre mit einem 16:9 Sensor fast unmöglich gewesen, da es nicht genügend Überlappungen gäbe.

Geh' mal mit dem Mauszeiger über das Bild ...

Zusammenhänge

Dpreview fotografiert zwar noch immer die o.a. Testbilder, ermittelt aber seit einiger Zeit nur noch einen Mittelwert als zahlenmäßigen Auflösungswert. Dieses Thema ist inzwischen rel. uninteressant geworden ist. Spätestens seit Erscheinen der 10MP-Kameras verfügen diese über einen "Auflösungs-Overkill". Andere Themen, wie Rauschen usw. sind jetzt im Zentrum des Interesses.

Trotzdem habe ich mal einige bisherigen Werte von 4:3 - Kameras grafisch dargestellt. Der Einfluss der MP auf die Auflösung ist in der folgenden grafischen Darstellung sehr gut erkennbar. Dabei habe ich ggf. die jeweiligen beiden Messwerte gemittelt. Die durchgehende grüne Linie ("Nyquist-Linie" genannt) zeigt übrigens die theoretisch maximale Auflösung ("Zeilen/Bildhöhe") in Abhängigkeit vom den jeweiligen Pixel/Bildhöhe. (Die MP-Angaben gelten nur für 4:3 Kameras). Dabei wird angenommen, dass z.B. bei einer 6MP-Kamera jede der 2136 Pixelreihen theoretisch abwechselnd weiß und schwarz sein könnten. Die reale Auflösung der meisten Kameras liegt erheblich darunter. Unter anderem deshalb, weil - um Farb-Moiré zu vermeiden - sog. Anti-Aliasing-Filter eingesetzt werden, die die theoretisch mögliche Auflösung reduzieren. Nur die besten Kameras liegen etwa auf der gestrichelten grünen Linie, die 80% der "Nyquist-Linie" darstellt. Die meisten Kameras liegen aber unterhalb dieser Linie. Aus physikalischen Gründen ist für Kameras mit 1/2,3" Sensoren bei etwa 2200 Zeilen/Bildhöhe eine Grenze, die nicht überschritten werden kann, gleichgültig wie viele MP der Sensor auflösen könnte (orangefarbige Kurve) . → Begründung
Kameras mit 3:2 Sensoren liefern natürlich weniger Zeilen/Bildhöhe. Deshalb muss der Messwert z.B. für die 8MP EOS 30D nicht über 8MP (4:3), sondern über 2304 Pixel/Bildhöhe eingetragen werden.

Übrigens ... je näher eine Kamera der grünen Nyquest-Linie kommt, um so (relativ) schärfer erscheinen die Bilder bei 1:1 Betrachtung, da sie ja jeweils "entsprechend" vergrößert werden. (→Bildqualität/Schärfe). Deshalb arbeiten viele Tester neuerdings mit "% von max. möglicher Auflösung", da das eine von der Sensorgröße und MP-Zahl unabhängige Messlatte ist. Diese Werte habe ich in der obigen Tabelle in der letzten Spalte eingefügt.

Alle Kameras oberhalb der roten Linie können Bilder liefern, bei denen bei 10 x 13 cm Papierbildern keine Verbesserung der Auflösung mehr zu erkennen ist (→Bildertest). D.h. eine gute 4MP-Kamera zeigt dann nicht weniger Details als eine 24MP-Systemkamera!  Hier unterscheiden sich die Kameras dann nur in Farbgüte, Kontrast, Randschärfe usw..

Gute kleine Kameras mit 2200 Zeilen/Bildhöhe liefern Papierbilder bis zu 18x24 cm in 300 ppi- "Fotoqualität" (Hochglanz-Bildband o.ä.). Bei dieser Bildgröße können auch 24MP-Systenkameras nicht mehr Details zeigen. Der Auflösungs-Unterschied zeigt sich nur bei noch größeren Postern und Ausschnittvergrößerungen. Erst dann lohnt sich der "Schleppaufwand" von Systemkameras ....und natürlich bei Fotos unter sehr ungünstiger Beleuchtung.

Es ist also falsch, Kameras nur nach Sensorgröße und MP-Anzahl zu beurteilen. Über das tatsächliche Auflösungsvermögen (unter optimalen Bedingungen) entscheidet allein die max. erreichbaren Zeilen/Bildhöhe. Und die wiederum sind bei Systemkameras stark abhängig von dem verwendeten Objektiv. Die in der obigen Tabelle angegebenen Werte sind jeweils mit einem optimalen (teuren!) Festbrennweiten-Wechselobjektiv ermittelt worden. Dieser "Trick" ist bei Kompaktkameras selbstverständlich nicht möglich.

Auflösung bei höheren ISO-Werten

Zu Zeiten der 2 und 3MP-Kameras wurde zu Recht eine höhere Auflösung gefordert. So wurde eine möglichst hohe Auflösung damals zum Fetisch (Auch für mich! Ich startete damals obige Tabelle).
Selbst als mit 6 MP die Kameras eine für den Fotoamateur mehr als ausreichende Auflösung hatten, wurde dieser Trend nicht gestoppt. Das führte dann fast zwangsläufig zum derzeitigen Pixelwahn. Höhere Auflösung (bei Basis-Empfindlichkeit!) kann nämlich - bei gleicher Optik - nur durch mehr MP erreicht werden. Dabei wurde aber vernachlässigt, dass die Auflösung bei höheren ISO-Werten um so schlechter wird, je mehr MP sich auf den kleinen Sensoren drängeln und entsprechend heftige Rauschunterdrückungs-Maßnahmen notwendig machen. →Hinweis
Was nützt eine extrem hohe Auflösung einer 12MP-Kamera bei 80 ISO, wenn bereits bei 400 ISO eine gute 6MP-Kamera detailreichere und rauschärmere Fotos liefert?
Wichtig ist deshalb auch die Auflösung bei z.B. 800 ISO. Leider ermittelt die niemand! Lediglich die Testbilder von dpreview.com lassen da Rückschlüsse zu.

Hier ein Beispiel aus vergangenen Zeiten: Links die 6MP Fuji F31 und rechts die 12 MP Canon G9. Beide bei 1600 ISO.

Bei 80 ISO ist die G9 natürlich besser (sh. obige Grafik).
→ Mein Kommentar