Scharf wird's erst am Schluss - wissenschaft.de
Anzeige
Anzeige

Technik+Digitales

Scharf wird’s erst am Schluss

Erst knipsen, dann scharf stellen – eine neue Generation von Kameras revolutioniert das Fotografieren.

Lennart Wietzke ist im Stress. „Morgen kommt die BBC“, berichtet der Gründer und Geschäftsführer der Raytrix GmbH. Was verschlägt ein Filmteam des renommierten britischen TV-Senders nach Kiel, wenn es nicht gerade um eine Windjammerparade geht? Die Antwort zeigt Wietzke an einem Foto auf dem Computerbildschirm. Mit einem Mausklick fährt er den Schärfepunkt in eine beliebige Entfernung des Motivs. Jeder Fotograf macht das, indem er am Entfernungsring seines Kameraobjektivs dreht oder indem er das automatisch vom Autofokus seiner Kamera erledigen lässt. Doch das muss er vor dem Drücken auf den Auslöser machen, Lennart Wietzke dagegen tut es erst nach dem Aufnehmen des Fotos. Wenn sich das Konzept von Raytrix durchsetzt, gehören unscharfe Aufnahmen bald der Vergangenheit an. Dann kann man Fotos schießen, ohne sich um die Entfernungseinstellung zu kümmern. Die stellt man später zu Hause am Rechner ein.

Paukenschlag in Kalifornien

Lennart Wietzke hat Raytrix gemeinsam mit Christian Perwaß 2008 gegründet. Seit 2009 verkaufen die beiden Unternehmer Kameras – vorwiegend für industrielle Anwendungen, bei denen es um dreidimensionale Objekterkennung geht, etwa in der Qualitätssicherung. Das allein lockt noch kein BBC-Filmteam nach Kiel. Der Grund für das sprunghaft gestiegene Medieninteresse liegt im kalifornischen Mountain View. Dort hat die Firma Lytro ihren Sitz. Sie wurde gegründet von Ren Ng, der bis vor Kurzem an seiner Doktorarbeit zum Thema „Lichtfeldfotografie“ gearbeitet hat. Im Juni kündigte das Unternehmen an, Anfang 2012 eine Lichtfeldkamera für Hobbyfotografen auf den Markt zu bringen. Seit diesem Paukenschlag richtet sich das Interesse von Fotografen und Medien in aller Welt auch auf Kiel, denn Raytrix-Kameras arbeiten ebenfalls nach dem Lichtfeldprinzip.

Das Geheimnis der Lichtfeldfotografie in Kürze: Normale Fotoapparate pressen das dreidimensionale Abbild des Objekts auf die zweidimensionale Fläche von Sensor oder Film. Die Information, aus welcher Richtung das Licht ins Objektiv und von dort auf den Sensor gefallen ist, geht dabei verloren. Genau diese Information zeichnet die Lichtfeldkamera auf. Daraus kann ein PC später berechnen, in welcher Entfernung sich ein Gegenstand befunden hat. Denn wenn zwei Objekte nebeneinander auf einem Foto auftauchen, heißt das nicht, dass sie sich tatsächlich nebeneinander befunden haben. Vielleicht waren sie viele Meter hintereinander platziert. Die neue Technik könnte das Fotografieren revolutionieren.

Zehn Riesen für eine Kamera

„Wenn Lytro Erfolg hat, nützt das auch uns“, sagt Lennart Wietzke. Die Rechnung könnte aufgehen. Denn Raytrix plant nicht, wie Lytro in Massenmärkte vorzudringen, würde aber gerne mehr Industriekunden gewinnen. Die eigenen Kameras kosten im Komplettset 10 000 Euro aufwärts. Ausgerechnet deutsche Kunden seien leider sehr konservativ, klagt Wietzke. Die Hauptabnehmer befänden sich vorwiegend in Asien. Im Oktober hat Lytro das Geheimnis gelüftet und ein paar Details seiner Lichtfeldkamera vorgestellt. Sie sieht aus wie eine eckige Taschenlampe in bunten Farben. Vorn hat sie ein quadratisches Objektiv und hinten einen quadratischen Bildschirm. Allerdings: Die Bildauflösung wird deutlich niedriger sein als selbst bei vielen simplen Handykameras. Die zwischen 400 und 500 Dollar teure Kamera, für die man eine Spezialsoftware braucht, ist damit weit einfacher aufgebaut als die Modelle „Made in Germany“.

Anzeige

Das Prinzip der Fotografie hat sich seit den ersten Heliographien von Joseph Niepce im Jahr 1826 kaum verändert. Es gibt ein Objekt – etwa eine Person, eine Maschine oder eine Landschaft –, das Sonnen- oder Blitzlicht reflektiert. Linsen im Objektiv sammeln das Licht und projizieren es auf einen lichtempfindlichen Film beziehungsweise heute meist auf einen lichtempfindlichen Halbleiter-Sensor. Ein Punkt des Objekts entspricht dann einem Punkt auf dem Film oder Sensor. Das eigentlich dreidimensionale Abbild des Objekts wird auf eine zweidimensionale Fläche zusammengedrückt.

Auch die Arbeit des Fotografen hat sich in den vergangenen bald 200 Jahren nicht wesentlich verändert. Profis stellen per Hand die Entfernung ein und wählen die Blendenöffnung des Objektivs, um damit den Entfernungsbereich zu beeinflussen, in dem das Objekt scharf auf dem Film oder Sensor abgebildet wird. Natürlich geht das heute auch ganz bequem automatisch, doch der kleine Rechner in der Kamera macht nichts anderes als der Profi, der manuell arbeitet. Stets werden im Objektiv mechanisch Linsen verschoben und Blenden vergrößert oder verengt.

Heisse Diskussionen im Netz

Beides wird sich mit der Lichtfeldfotografie drastisch ändern. Entfernung einstellen, Schärfebereich festlegen – das ist künftig überflüssig. Der Fotograf drückt auf den Auslöser, ohne dass vorher irgendwelche mechanischen Veränderungen im Objektiv nötig waren. Fokussiert wird hinterher am Computer. Das lässt Diskussionsforen für Fotografie im Internet heiß laufen. Profis und Kamerakünstler befürchten den Tod der Fotografie, die große Mehrheit der Hobbyfotografen scheint aber auf diese Entwicklung gewartet zu haben.

Die herkömmliche 3D-Fotografie – genau wie der menschliche Gesichtssinn – löst das Problem der fehlenden Information über die Entfernung eines Objekte mit zwei Kameras beziehungsweise Augen, die das Objekt aus leicht unterschiedlichen Richtungen wahrnehmen. Die Kameras sind – wie die Augen – identisch aufgebaut, ihr Abstand ist fix, ein nachträgliches Verschieben ist nicht möglich. Die Lichtfeldfotografie geht noch einen Schritt weiter: Sie nimmt das Objekt aus Tausenden verschiedenen Blickwinkeln auf – zieht also aus dem Licht, das durch die Linse fällt, vielfache Richtungsinformationen. „Ein Punkt des Objekts explodiert dadurch regelrecht zu einer zweidimensionalen Fläche aus mehreren Sensorpixeln“, erklärt Lennart Wietzke. Und weil das am Ende entstehende Bild wiederum zweidimensional ist, spricht man bei Raytrix auch von 4D-Fotografie.

Die Vorteile der Lichtfeldfotografie liegen auf der Hand. Der Fotograf braucht, wie gewohnt, nur eine Kamera mit einem Objektiv – statt mit zwei Objektiven wie eine 3D-Kamera. Bei der Lichtfeldkamera stecken die 3D-Informationen in ein und demselben Bild. Wietzke vergleicht sie mit einer Kombination aus herkömmlicher Kamera und Insektenauge. Objektiv und Gehäuse unterscheiden sich nicht von denen heutiger Spiegelreflexkameras, und auch der Sensor birgt keine Geheimnisse. Den Unterschied macht eine Matrix aus vielen Mikrolinsen, die einen Zwanzigstel Millimeter vor dem Sensor sitzt und ein wenig wie das Facettenauge einer Stubenfliege aussieht. Die Mikrolinsen leiten das Licht, das vom Objekt aus einer bestimmten Richtung eintrifft, auf 20 mal 20 Pixel des Sensors.

Hohe Auflösung ist teuer

Allerdings: Weil eine Lichtfeldkamera Pixel benötigt, um die Richtungen der Lichtstrahlen aufzuzeichnen, stehen weniger Bildpunkte zur Verfügung, um das Objekt abzubilden. Das verringert die Auflösung. Die Raytrix-Software erzeugt Bilder mit maximal 3 Megapixeln. Die Lytro-Kamera bleibt noch deutlich darunter. Im Prinzip ist die Auflösung nach oben auch bei einer Lichtfeldkamera unbegrenzt – sofern das Bankkonto des Käufers kein Limit setzt. Es gibt bereits Sensorchips für Spitzenkameras mit über 50 Megapixeln. Kombiniert mit den Mikrolinsen ließen sich daraus Fotos mit 12 Megapixeln und mehr erzeugen, die auch Profis zufriedenstellen würden und alle Vorteile der Lichtfeldfotografie hätten. Der deutsche Starfotograf Martin Häusler hat im Alleingang eine hochauflösende Lichtfeldkamera gebaut, indem er mehrere Kameras gekoppelt und eine eigene Software entwickelt hat. Doch der Aufwand mit mehreren Kameras ist enorm und die Software kann nicht nachträglich fokussieren.

Lichtfeldkameras sind eine Kampfansage an etablierte Kamerahersteller, die das Thema bisher ignoriert haben. Und sie sind eine Herausforderung für solche Profi-Fotografen, deren Kunst darin besteht, durch Wahl der Schärfenebene spannende Bilder zu kreieren. Wenn das künftig jeder Laie kinderleicht nachträglich einstellen kann, schrumpft der Unterschied zwischen Profifotos und Laienschnappschüssen enorm. ■

Bernd Müller fotografiert gern, neuerdings auch unter Wasser. Seine nächste Anschaffung wird wohl eine Lichtfeldkamera sein.

von Bernd Müller

Der Trick mit dem Fliegenauge

Vor dem Halbleiter-Sensor, der die Aufnahme speichert, befindet sich bei einer Lichtfeldkamera ein Array aus zahlreichen winzigen Mikrolinsen. Es ähnelt dem Facettenauge eines Insekts. Anders als herkömmliche Kameras erzeugen sie eine variable Bildebene. Dadurch lassen sich auf dem Chip Informationen über die Richtung der Lichtstrahlen festhalten, die durch das Objektiv eintreten. Das ermöglicht es, nachträglich die dreidimensionale Gestalt des fotografierten Objekts zu rekonstruieren.

Ohne Titel

Nicht ohne meinen Computer

Dass Topmodels nicht so makellos sind, wie sie auf Fotos aussehen, liegt nicht nur an der Arbeit guter Visagisten, sondern auch an „Photoshop“, der Allzweckwaffe für digitale Bildbearbeitung. Doch das Bildbearbeitungsprogramm Photoshop ist nur der Anfang der Computerfotografie. Die „Computational Photography“ hat sich mittlerweile als eigenständige Forschungsrichtung an diversen Hochschulen etabliert – in Deutschland zum Beispiel an der Universität Ulm.

In den nächsten Jahren wird die Bedeutung der Hardware aus Objektiv, Kameragehäuse und Sensor weiter schrumpfen. Fotos entstehen dann erst in der Software. Schon Billigknipser haben heute eine Software eingebaut, die Haut glättet oder Personen schlanker erscheinen lässt. Solche Programme werden künftig nicht mehr fest in der Kamera stecken, sondern sich als sogenannte Apps aus dem Internet herunterladen lassen.

An einem grundlegend neuen Konzept der Software-Fotografie arbeitet Marc Levoy. Der Professor für Computerwissenschaften an der kalifornischen University of Stanford hat die „Frankenkamera“ gebaut, die zunächst als Entwicklungsplattform dienen soll. Künftig brauchen Fotografen mit ähnlichen Kameras nur noch die rohe Hardware zu kaufen. Fokus, Blende, Belichtungszeit, Blitz und viele andere Einstellungen werden dann von der Software gesteuert, die sie von diversen Anbietern – auch nichtkommerziellen – beziehen können. „Wir wollen die Idee der Open-Source-Software auf die Fotografie übertragen“, sagt Levoy.

Sein Team arbeitet bereits an verschiedenen Programmen. Ein Beispiel: Um die Auflösung von Videoaufnahmen zu erhöhen, schießt die Frankenkamera regelmäßig hochaufgelöste Standfotos und nutzt deren Details, um die Videobilder dazwischen zu schärfen. Eine weitere Idee der Entwickler aus Kalifornien: Vor dem Drücken des Auslösers sucht die Kamera in einer Bildergalerie im Internet, ob es dort das Motiv schon gibt, und lädt die Kameraeinstellungen dieses Fotos herunter. So kann jeder Schnappschüsse mit denselben Einstellungen wie ein Profi machen.

Kompakt

· Ein Unternehmen aus den USA bringt demnächst die erste Kamera auf den Markt, mit der sich Bilder nachträglich scharf stellen lassen.

· Möglich machen das zahlreiche Mikrolinsen, die vor dem Sensor sitzen und die Richtung des einfallenden Lichts aufzeichnen.

· Kamera-Software aus dem Internet bietet Fotografen ganz neue Möglichkeiten.

Nicht unbedingt bessere Fotos

Herr Volz, inwiefern werden Lichtfeldkameras das Fotografieren verändern?

Ich denke, dass eher die professionelle Fotografie durch die Lichtfeldkameras beeinflusst wird und sich da neue Anwendungsbereiche ergeben können. Natürlich werden sich auch unter neugierigen Amateuren Freunde finden.

Wo sehen Sie das größte Potenzial für solche Kameras?

Im professionellen Bereich, wo sowieso schon viel Post-Production gemacht wird.

Wird es damit tatsächlich einfacher, gute Fotos zu machen?

Durch ein neues Handwerkszeug entsteht nicht unbedingt ein „ besseres“ Foto.

Fürchten Sie, dass Sie als Profi-Fotograf dadurch bald arbeitslos werden?

Ich hoffe, meine Qualifikation als Profi-Fotograf besteht nicht darin, gut scharf zu stellen.

Was war für Sie die wichtigste Innovation in der Fotografie?

Den wichtigsten Einfluss auf die Entwicklung der „Kunst des Fotografierens“ hatte ganz sicher die Digitalfotografie.

Werden Sie sich eine Lichtfeldkamera kaufen?

Ich war eigentlich immer ganz stark der Auffassung, dass meine Fotos fertig sind, wenn ich auf den Auslöser gedrückt habe. Aber ausprobieren werde ich das sicher.

Mehr zum Thema

Internet

Homepage der Kieler Firma Raytrix: www.raytrix.de

Website des Fotografen Martin Häusler, der eine hochauflösende Lichtfeldkamera entwickelt hat: www.martinhaeusler.com

Website des US-Herstellers Lytro: www.lytro.com

Informationen zu Computergrafik und Frankenkamera (Arbeitsgruppe von H. Lensch): www.uni-ulm.de/in/mi/graphics.html

Anzeige

bild der wissenschaft | Aktuelles Heft

Liken und keine News mehr verpassen!

Anzeige

Dossiers

Proxima b: Wasser von Kometen?

Erdzwilling könnte dank Einschlägen von Exokometen wasserreich sein weiter

Warum koten Wombats Würfel?

Geheimnis um seltsam geformte Hinterlassenschaften der Beuteltiere gelüftet weiter

Marianengraben schluckt Wasser

Subduktionszone transportiert weit mehr Wasser in den Erdmantel als gedacht weiter

Supernova-Vorgänger aufgespürt

Astronomen finden erstmals möglichen Vorgängerstern einer Supernova vom Typ 1c weiter

Wissenschaftslexikon

For|men|spra|che  〈f. 19; Kunst〉 künstlerische Ausdrucksmittel, die kennzeichnend für einen bestimmten Künstler od. einen Kunststil sind ● die ~ der Expressionisten

Ra|dio|re|kor|der  〈m. 3〉 (tragbares) Radio mit eingebautem Kassettenrekorder; oV Radiorecorder ... mehr

♦ Elek|tro|nen|gas  〈n. 11〉 Gesamtheit der frei beweglichen Leitungselektronen in Metallen (als Modellvorstellung)

♦ Die Buchstabenfolge elek|tr… kann in Fremdwörtern auch elekt|r… getrennt werden.
» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige