Sony a7R4 – fotosaurier

Sony A7R4 (61 MP) vs Agfa APX100 (B&W-Film) – Analog vs Digital comparison

This article describes, how I made the resolution-power of lenses digitally measurable on analog film and COMPARABLE to the data, which are directly measured on digital sensors – using the same method: IMATEST.

Since a long time I am looking for an experimental set-up, which allows me to understand, how the information content of the exposure on an analog film compares to the digital data from a digital sensor – looking through the same lens. Resolution being the main point of interest for me in this case.

Just to give you a quick first impression of my results I show here the resolution charts from IMATEST on B&W-film (Agfa APX100) and on Sony A7R4 (61 MP), using the same Olympus SLR-lens OM 28mm f/2.8 (introduced 1973):

OM28f2,8_OM-4Ti-APX100_Graph — **Fig. 1:** Resolution-chart, generated with Olympus OM Zuiko Auto-W 28mm f/2.8 lens on **black and white negative film (Agfa APX100) digitized with filmscanner reflecta RPS 10M** – MTF30-resolution-values from center to corner for all apertures – source: fotosaurier

Ima_GRAPH_OM28f2,8_A7R4 — **Fig. 2:** Resolution-chart, generated with Olympus OM Zuiko Auto-W 28mm f/2.8 lens **on 61 MP-Sensor of Sony A7R4** – MTF30-resolution-values from center to corner for all apertures – source: fotosaurier

Do not let you confuse by the blue lines on different levels, which represent the Nyquist-Frequency in each set-up: the Sony’s sensor has a Nyquist Frequency of 3.168 LP/PH (linepairs per picture hight) – the filmscanner which was used to digitize the analog picture (reflecta RPS 10M) was used at ist max. resolution of 5.000 ppi – that corresponds to 2.383 LP/PH as a Nyquist Frequency and delivers ca. 33 MegaPixel pictures on FullFrame.

There is no affordable filmscanner with higher resolution on the market. But: the RPS 10M offers a multi-scan mode, which extends the achievable resolution considerably!

It was possible to set the „development-parameters“ of the scan-software (Silverfast) like sharpening and contrast so that the maximum resolution in the film-based pictures is about the same as that of the purely-digital data-processing chain – very close to the Nyquist Frequency of the Sony-sensor. More about that later!

What the resolution-graphs here clearly show: the very low resolutions in the corners (and also part-way!) of the digital sensor (especially open aperture!) are an artefact of the sensor! With this picture we know, that this happens not only with rangefinder-lenses – but also with SLR-lenses! What a wonderful uniform resolution-result with the lens on analog film! The strong drop-off in resolution at f/16 and f/22 on the digital sensor also shows to be a sensor- artefact and not a diffraction limitation.

I confirm again: it is the identical lens in both cases! And these results are pretty much representative for many other analog lenses!

1. The digital IMATEST lens testing method and software for digital imaging – extended to pictures taken on analog film:

A. Measuring the optical performance on a digital sensor is facing several facts and influences, which the design of the lensed not consider: additional optical elements in the optical path like filter stacks and micro-lenses and the effects of aliasing!

Is there an essential influence of all these optical systems on the visual result in the picture over the picture-circle (Bildkreis), e.g. because of the varying angles at which the light-rays hit on the sensors between center and the farthest corner of the picture format or due to the additional optical elements introduced into the light-path?

In the case of RANGEFINDER-lenses we know that there often is a strong influence of this. These lenses are often made for a very short distances between the last lens and the film – especially for wideangle- and standard-lenses. Little was known to me about this regarding historical SLR-lenses, which were never planned and calculated for the use with modern digital sensors. For rangefinder-lenses the degradation of the picture quality in the corners of wideangle-lenses is so dramatical, that it is clearly seen, while we see sharp corners on film with the same lens.

Since several years I do quite a few measurements on historical lenses, using a high-resolution digital sensor with 62,5 Mega-Pixels, resulting in 61 MP effectively on Full Format (35mm stills).

Until now I did not know, whether the measurement of my historical SLR-lenses is falsified due to artefacts, generated by the digital recording system. The work, described in this article, was done, to clearify this situation.

I just want to know: how does picture quality of historical SLR-lenses on the analog film compare measurably to that delivered by digital sensors?

Digital cameras are really big number-crunching-machines! And with the right software, I can use the numbers to generate a numerical picture of the optical quality of the lens-sensor-combination. IMATEST is such a software and it uses standard TARGETS to do that. I use the following target:

DSC03033_Macr-Yashica_55f2,8_5,6-foc Kopie — **Fig** 3: **SFRplus** target for Imatest – it’s height is 783 mm between the horizontal black bars, which means, that the reproduction ratio on film is 33:1 – source: fotosaurier/Imatest – original information graphics from IMATEST

Over years I did – like many other amateur-photographers – compare real-world photos of analog vs. digital processing. But I was never satisfied, because this method gave me only subjective impressions – it did not create reproducible figures, to generate a precise description of the results!

I collected intensive experience with IMATEST on more than 150 lenses over meanwhile 5-6 years using the digital pictures generated by digital sensors (4,9 to 102 Megapixels) of seven different DIGICAMS. During this time, my Standard Digicam to compare lenses was (and still is) Sony A7R4 (60 Megapixels) – since it had arrived in the market (2018/19).

IMATEST (Studio) software delivers MTF-based resolution data – as it can do that separately in three RGB-channels, it also delivers lateral CA-data. Using the Target structure of Fig. 5, the software selects 46 local areas, and runs the MTF-measurement automatically for all these 46 areas. The following picture demonstrates the automatic areas, which are typically selected – but you could choose others as well:

ROI-chart (standard) — **Fig. 4**: The **46 magenta rectangles** (called „**ROI**„) frame the Edges in the target, at which the 46 MTF-measurements are made – source: fotosaurier/Imatest

These are the curves, which are generated from each digital picture (black&white):

Zusammenstellung_IMATEST_A7R4_OM28d2,8_2,8 — **Fig**. 5: Summary of the IMATEST-results for the **OM28mm f/2.8** at open aperture f/2.8 **on Sony 61 MP-sensor** (A7R4) – explanation see text beneath – source: fotosaurier

The upper left curve shows the edge-profile at center of the target (ROI no. 1, which is the left (vertical) edge of the center square in Fig. 6). From this graph the edge-rise between 10% and 90% is taken from the x-coordinate in pixels. The lower left curve is the MTF-curve (contrast over spatial frequency) for the same location. From this graph the MTF30 value (Frequency at 30% contrast) is taken: follow the horizontal line at 0,3 MTF-value to its section with the curve and take the frequency on the abscissa. The right curve shows the MTF30-values of ALL 46 ROIs plotted over the distance from the center in the 35mm-frame.

I have resumed the IMATEST test-method in more detail in this article here in my blog!

B. Digital measurement of resolution on analog film

Now I decided to make the following experiment:

Take a photograph of the IMATEST-target on analog film;
digitize the picture with a film-scanner;
analyse the resulting digital picture with IMATEST.

For the tests, which I describe here, I used the following hardware:

28mmf2,8-on-OM4Ti_DSCF1655_blog — **Fig. 6**: Analog SLR Olympus OM-4 Ti with Zuiko Auto-W 28mm f/2.8, loaded with „fresh“ Agfa APX100 – source: fotosaurier

Camera for the shooting on analog-film: Olympus OM-4Ti
Lens: Olympus Zuiko Auto-W 28mm f/2.8 (Ser.no. 232073)
Film: B&W negative film AgfaPhoto APX100, iso100, developed in Rodinal 1+25 (8′)
Scanner: reflecta RPS 10M film scanner, set at 5.000 psi using multiple scan

The OM-4Ti (about 25 years old) and the lens (nearly 50 years old) work still perfect. I let the OM-4Ti automatically generate the exposure time: from 0.4 seconds to 1/250 seconds. The densitiy of the negatives was pretty constant on the film-strip! I use a sturdy tripod, which is made for use with long astronomical telescopes.

With this method I hoped to use the full analyzing-power of IMATEST-software on a picture-frame, which is generated through the lens WITHOUT the typical artefacts, which digital sensors MAY generate in the optical path of a historical lens.

ON THE FILM we have now the IMATEST target-pattern, which allows to make a fast and powerfull analysis of optical data over the full picture frame – also very close to the edges and into the corners. This pattern is superimposed by the typical grain-structure of the light sensitive layer – and potential light-diffusion-effects within the film thickness. Both (analog) effects LIMIT the resolution, which can be achieved on FILM.

My first and major interest was always focused on the observation of the enormous difference between the center-resolution (see Fig. 5), which is digitally measured on A7R4 with ca. 3,000 LP/PH or higher) and corner-resolutions of 400-600 LP/PH on the sensor .

The question is: are the low values on edges and in corners of the frame, measured with the digital sensors, an artefact, caused by the differences along the light-path?

It has been shown, that this can partly be „cured“ – or at least reduced – by reducing or deleting the filter-stack, and/or putting a positive lens (so-called „PCX-filter“) in front of the lens-sensor-combination. (For this also look at my article on the rangefinder-lens VM Ultron 35mm f/1.7 …)

The 35mm-negative-film:

I made successful attempts to photograph the IMATEST-target on film with

b&w-film Agfa APX100, iso 100

which is still available as „fresh“ product. For this first step I decided to stay with b&w-film, because I can process it myself.

I did the devellopment of the b&w-film myself with Rodinal 1+25.

The A/D-converting:

The negatives were digitized through my film-scanner reflecta RPS 10M,which offers a maximum linear resolution of 10,000 pixel per inch (PPI).

I set the scanner at 5,000 ppi. On pixel-level this corresponds to an imaging-sensor of ca. 33.7 MP (for 24mm x 36mm).

The picture height, which the scanner digitally delivers (24mm), was 4,766 pixels and so the „Nyquist Frequency“ of the scanner set-up corresponds to 2.383 LP/PH – corresponding to an effective sensor-size of ca. 33 Mpxls.

Fig. 7 shows the b&w-picture, which was generated with the scanner:

AGFA100_OM28f2,8_2,8_H4536 — **Fig. 7:** Scanner-output from the b&w negative-film Agfa APX100 from Olympus OM 28mm f/2.8 at full aperture f/2.8. **Picture-hight** of this original scan is 4.536 Pxls. You see, that the light-fall-off of this lens into the corners is very moderate … and the linear distortion with exactly 1% acceptable as well! – source: fotosaurier

Let’s have a closer look into the structure of this image – in Fig. 7a you get an impression of the grain structure of the films emulsion at about 200% enlargement of the 33 MP-image:

Enlargement-Film-200% — **Fig. 7a**: Overview of the grain-structure at ca. 200% enlagement of original scan in Fig. 7. The pixel-size here is 5,3 µm – source: fotosaurier

Following picture is the MTF-curve of the analog image „as scanned“ (in the center of frame) – compare this to the MTF-curve in Fig. 5, bottom left:

**Fig 7b**: MTF-curve in. Center (ROI no.1) of OM-Zuiko 28mm f/2.8 at f/2.8 – source: fotosaurier

The „noise“ in the curve is caused by the film-grain, which is about the same size as pixels.

Film_3024-pixel-height_at-800% — **Fig. 7c**: Here we look at about 1,000% into **the pixel-structure of the scanned image**. At the edges of the dark rectangle (where the resolution is analysed!) the grain-diameter is about the same size. Only some local „grain-clusters“ are considerably bigger – source: fotosaurier

Previous trials had shown, that with a film with this grain-structure, this digital set-up could give adequate results for MTF and resolution.

In the case of a digital sensor of a digicam I avoided generally to use RAW-data, which would have urged me to use my own very personal „development-parameters“ in Lightroom or other software to generate the final picture. I use OOC-JPEG-Data at „Standard“-settings, due to generate conditions (all important parameters set to „zero“), which are transparent and reproducible for everybody with the same camera-model! That means: it would also have been possible to create pictures with much higher resolution results in Imatest, e.g. by setting higher sharpening-parameters or the „clear“-mode.

Now with a film-scanner I had to go myself through a very intensive process of defining the „development-parameters“ in Silverfast. Starting with the setting to 5.000 ppi for the basic scan-resolution. With 10.000 ppi, which is offered with this model, you will get no REAL increase in EFFECTIVE resolution.

However, using the „Multiple Scan Mode“, you extend the accessible resolutions far above the „Nyquist Frequency“, which would be 2.383 LP/PH, corresponding to a Picture size of 33,7 MP.

My target was, to reach about the same level of resolution in the center of the scanned images on analog film as with the Sony A7R4 images, which means in the range of 3.168 LP/PH, which is the Nyquist Frequency of the Sony Sensor.

Dies entspricht etwa 260 Linien/mm Auflösung.

This was in fact possible with the following settings:

Fig. 8: Scan-settings in Silverfast for APX100

Prior to the scan I set the white point and the black point for each pre-scan.

I tested these settings with real-world-shots and found no over-sharpening effects and a good tonal balance.

The following picture shows the MTF-measurement results for the OM 28mm f/2.8:

Fig. 9: MTF-Measurement-results for OM 28mm f/2.8 on APX100 b&w-film – source: fotosaurier

We see here the proof for the artefacts, which we have seen with the readings on the Sony A7R4-sensor: dramatic resolution-loss not only in the corners but in this case also over large „part-way“ image area between center and corner below aperture f/8.

I will continue to publish examples for such measurements on analog film for rangefinder and SLR-lenses very soon, as I did it already in the case go the Voigtländer VM Ultron 35mm f/1.7.

Above focal lengths of 65 mm onwards, this effect on digital sensors will vanish.

What these results also show: using a film-scanner gives you, of course, a digital image (based on the scan-parameters) of 33,7 Megapixels. But your analog black-and-white negatives will be much sharper, than you will get from any digicam with 33 MP!

One final hint: the use of a PCX-lens in front of this OM 28mm f/2.8 lens on a Sony-sensor does not give any advantages – in contrary: the image is degraded in resolution mostly:

Copyright „fotosaurier“

Herbert Börger, Berlin, November 2023

Voigtländer VM ULTRON 35 mm f/1.7 an Sony A7Rm4 mit und ohne PCX-Vorsatzlinse – und auf Analog-Film

Bei dem Objektiv-Namen „ULTRON“ bekommen die meisten Liebhaber historischer Kameraobjektive eine Gänsehaut: Optik aus der Rechenstube von W.A. Tronnier – aus seinem XENON abgeleitet, das ein perfektioniertes Planar-Design (Doppel-Gauß) ist.

35mm_f1_7_ultron_Explosion — Fig. 1: Linsenschema Ultron 35mm f/1.7 – Quelle: https://www.voigtlaender.de/objektive/vm/35-mm-f-17-ultron-asphaer/

Auffallend ist die goße Linse mit konkaver Frontfläche – aber ist es wirklich ein ULTRON?

Ultron_Icarex — Fig. 2: Linsenschnitt des historischen **Ultron 50 mm f/1.8 für Icarex** von 1968 (W.A.Tronnier) – Quelle: http://www.klassik-cameras.de/Bessa_RF_histo_dt.html

Das moderne, für Digitalsensoren berechnete und mit asphärischer Linse ausgestattete Objektivdesign ist ein „Zitat“ des Tronnier’schen Ultron 50mm f/1.8 für die Icarex von 1968.

Auffälligster Bestandteil der Anlehnung an das Icarex-Ultron ist die konkave Frontlinsen-Vorderfläche – seinerzeit ein erstmaliges – danach lange Zeit ein sehr seltenes Design! Derzeit ist das allerdings keine Seltenheit mehr: Zeiss, Sony und Leica haben in den letzten Jahren sehr viele Optiken mit konkaver Frontlinse heraus grebracht – mit hervorragenden Ergebnissen.

Ausgerechnet das wichtigste Merkmal, das ein Planar oder Xenon zum „Ultron“ macht, fehlt bei dem neuen Voigtländer-Design: die Aufspaltung einer der beiden inneren verkitteten Doubletten (im Original der vorderen Doublette!) des Doppel-Gauss … und darüber hinaus die typische Tronnier’sche Verschlankung der dabei entstehenden Einzellinsen in eine dünnere Menisken-Form. Beim neuen Ultron 35 mm fehlt dieses Merkmal völlig – und damit ist das Objektiv nach unserem traditionellen Verständnis keinesfalls ein „Ultron“. Aber wer will der Firma Cosina das Recht absprechen, mit einem fast schon kultisch gehypten Namen (an dem Cosina die Rechte hat!) Marketing-Erfolge zu erzielen – solange etwas Gutes dabei heraus kommt … und das Ergebnis ist hier exzellent!

Mit dem LM-Bajonett ausgerüstet ist es maßlich für Leica-RF basierte Kameragehäuse konstruiert – und daher vermutlich für relativ dünne Filterstacks vor dem Sensor. Das ist bekanntlich eine schlechte Nachricht für Nutzer von Sony A7-Kameras, deren Filterstacks bei 2 mm Dicke liegen. Zu erwarten ist dabei, dass die Auflösung bei voller Öffnung am fernen Rand und in Ecken miserabel sein wird – und ja: sie ist es. Das Objektiv, das im Zentrum auch bei dieser 60MP-Kamera die Nyqist-Frequenz (3.168 LP/PH) schon bei voller Öffnung locker „überfliegt“, startet „nackt“ an die Sony A7R4 adaptiert bei miserablen 513 / 515 Linienpaaren je Bildhöhe bei f/1.7 und f/2.0. Das war zu befürchten – und deshalb hatte Fotofreund Klaus das Exemplar, das er mir für diese Messungen geliehen hat, bereits mit dem sogenannten „PCX-Filter“ ausgestattet: eine einfache plankonvexe Vorsatzlinse – in diesem Falle mit 5 Metern Brennweite.

Das Ergebnis: Die Auflösung beginnt auch in den Ecken bei Offenblende um die 900 LP/PH – das sind nach alter Väter Sitte immerhin dann schon 75 Linien/mm !

Sehen wir uns die vollständigen IMATEST-Messergebnisse an:

a) Das „nackte“ Ultron 35mm f/1.7 an der Sony A7RIV:

**Fig. 3 – hier über den Techart-LM-Adapter an die A7RIV angesetzt – Quelle: fotosaurier – Leihgabe der Optik von Klaus Breustedt – Danke!**

Zunächst die Auflösung über den Blendenwerten aufgetragen:

Ultron35f1,7+PCX-5m_ResolGraph — **Fig. 4: Auflösung Ultron 35mm f/1.7 an Sony A7R4 – Quelle: fotosaurier**

Erkennbar ist die schwache Offenblenden-Leistung in den Ecken (>75% des Bildkreises) bei sonst sehr guter Performance. „part way“ ist die gesamte Bildfläche zwischen 30% und 75% des Bildkreises.

Aber wie steht es mit den anderen wichtigen Eigenschaften des Objektivs wie Kantenschärfe, Verzeichnung und Chromatische Aberration?

Ultron_35f1.7_Spreadsheet — **Fig. 5: Tabelle aller optischen Eigenschaften des Ultron 35mm f/1.7 – Quelle: fotosaurier**

Auflösung in der Bildmitte und „edge sharpness“ (Kantenschärfe) hängen eng zusammen – und sind bei diesem Objektiv exorbitant!

Das sensationellste ist aber die Verzeichnung, die hier ja sicher „natur-pur“ für die Optik steht, da ja kein Korrektur-Algorithmus „eingreifen“ kann: Kamera und Objektiv haben keine Beziehung zueinander! Wenige hundertstel Prozent und dann noch „Moustache“, also keine eindeutige Linienkrümmung – das ist „NULL“ Verzeichnung – jedenfalls bei der Meßentfernung von ca. 1,2 Metern.

Die C-A in der Bildmitte ist auch an der Sony ordentlich – beginnend bei Offenblende knapp über ein Pixel am Bildrand – da sind dann bei 400% schon deutliche Farbsäume zu sehen:

DSC02304_Ultron_35f1,7_2,0_Radial_2022-09-14_23-01-40 — **Fig. 6**: Radialer C-A Verlauf des Ultron 35f1.7 an A7R4 über die Bildfläche bei Blende 2.0 – Quelle: fotosaurier

In der Bildmitte sehe ich nur einen leichten gelb-rötlichen Schimmer verursacht durch die erkennbare Aufspaltung der RGB-Kurven im Hell-Dunkel-Übergang., aber keinen Farbsaum:

DSC02304_Ultron_35f1,7_2,0_Chr_Aber_2022-09-14_23-00-51 — Fig.7: Aufspaltung der RGB-Stahlen am Hell-Dunkel-Übergang – Quelle: fotosaurier

b) Das VM Ultron 35 mm f/1.7 an der Sony A7RIV mit vergüteter (plano-konvexer) PCX-Vorsatzlinse mit 5 Meter Brennweite (PCX-5m)

Die Sammel-Linse soll dabei die objektseitige Wellenfront so deformieren, dass die Bildfeldkrümmung, die durch den dicken Filterstack der Sony-Kamera an Rand und Ecken erzeugt wird, kompensiert wird.

Dieser Effekt tritt tatsächlich ein, allerdings wird die gesamte Bildfläche von der Korrekturlinse beeinflusst – wir sehen uns an, was da passiert. (Nicht zu vergessen, dass wegen der positiven Vorstzlinse nur dann noch auf Unendlich fokussiert werden kann, wenn der Adapter zur Kamera im kürzesten Auflagemass flacher gemacht werden kann bzw diese Reserve schon besitzt …)

Die Auflösungen bei offener Blende und den folgenden Stops ist in Ecken und „part-way“ (in den Ecken auch generell über die gesamte Blendenreihe!) deutlich angehoben bei 1.7/2.0 auf fast das Doppelte!

Gleichzeitig sinkt die Auflösung im Zentrum etwas – und auch in der folgenden Tabelle sieht man, dass die Kantenschärfe etwas geringer wird – aber immerhin wird in der Bildmitte immer noch von Bl. 2.0 – 8.0 die Nyquist-Auflösung des A7R4-Sensors erreicht oder übertroffen.

Ultron35f1,7+PCX-5m_Spreadsheet — **Fig. 9**: **All properties of Ultron 35 f/1.7 with PCX-Front-Lens of f=5 m – Source: fotosaurier**

Die „edge sharpness“ ist leicht verringert, die Verzeichnung immer noch überirdisch gut, wenn auch nicht mehr „Moustache“ sondern generell „pincushion“, dagegen ist die Chroma (am Bildrand!) deutlich verringert:

DSC02333_Ultron+PCX5_35f1,7_2,0_Radial_2022-09-15_08-36-53 — **Fig. 10: C-A radial of Ultron 35 mm f/1.7 at f/2.0 with PCX-5m Corrector lens – Source: fotosaurier**

Beide Äste der radialen C-A-Kurven sind flacher als in Fig. 6 – besonders auffällig ist das aber bei der roten Kurve!

Tatsächlich ist bei allen meinen Messungen mit der PCX-Korrektur-Vorsatzlinse der gleiche Effekt zu sehen: die Chroma an Rand/Ecken ist damit deutlich reduziert – und damit geht die Verbesserung der Auflösung dort einher!

Stellen wir uns vor, wie die sehr schrägen bildseitigen Strahlen auf den dicken Filterstack (dessen optische Wirkung in der Objektiv-Berechnung nicht berücksichtigt wurde/werden konnte!) auftreffen: die Strahlen werden gebeugt – aber auch im Sinne eines Prismas spektral unterschiedlich abgelenkt (https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Prism-rainbow-black.svg).

Damit liegt für mich der Schluss nahe, dass die eigentliche Wirkung der PCX-Linse darin liegt, dass der Farbfehler, den die einfache vorgesetzte Linse unweigerlich hat, den von der planen Filterplatte an Rand und Ecken erzeugten prismatischen Farbfehler kompensiert. Wie wir sehen, nicht vollständig – aber in der Praxis sehr wirksam! Das bedeutet, dass andere Glassorten in der PCX-Linse (hier ist es wohl BK7) noch Optimierungsmöglichkeiten enthalten würden.

Aber vergessen wir bitte nicht: es ist ja eine einfache, sehr preiswerte d.h. pragmatische Maßnahme, die in der gleichen Größenordnung wirken kann, die ein dünnerer Filterstack bewirkt!

Sehen wir uns hier abschließend noch die C-A in der Bildmitte am Hell-Dunkel-Übergang an:

DSC02333_Ultron+PCX5_35f1,7_2,0_Chr_Aber_2022-09-15_08-36-39 — **Fig.11: Aufspaltung der RGB-Stahlen am Hell-Dunkel-Übergang -Sony A7R4 – Ultron + PCX-5m-Linse – Quelle: fotosaurier**

Auf der hellen Seite sieht man eine leichte Verbesserung zu Fig. 7 – auf der dunklen eine gewisse Verschlechterung, wobei diese Abweichungen in den RGB-Strahlen im Bild auch bei hoher Vergrößerung praktisch nicht zu sehen sind. Ab Bl. 4 kommen die drei RGB-Linien dann praktisch perfekt zur Deckung!

Die Ergebisse zeigen damit Fotofreund Klaus, dass seine Kombi aus Ultron 35 mm f/1.7 und PCX-Vorsatzkorrektor-Linse ein fabelhaftes Gespann ist, und er weiß jetzt warum er damit bisher schon so glücklich war…

Ich habe auch praktische Aufnahmen mit der A7R4 mit der Kombination gemacht und kann die Messungen absolut bestätigen – vor allem liefert sie großartige Sonnensterne, die Klaus ja so liebt!

DSC02361_Wordpress

Fig. 12: Gegenlichtbild mit Sonnenstern VM ULTRON 35mm f/1.7 an A7R4 mit PCX-5m Vorsatzlinse – Quelle: fotosaurier

AKTUALISIERUNG:

Nachdem es mir in den letzten Monaten gelungen ist, Analog-Aufnahmen auf Film ebenfalls mit der IMATEST-Software zu analysieren (Grundsatzartikel hier!), kann ich nun noch hinzufügen, wie das Auflösungsvermögen des ULTRON 35mm f/1.7 auf Film im Vergleich zu den Aufnahmen direkt auf dem Sony-Sensor ist – dies ist sozusagen „die Wahrheit“ über das Objektiv, denn hierfür ist es konstruiert worden:

Fig. 13: Auflösungsvermögen des Ultron 35mm f/1.7 auf Analog-Schwarzweiß-Film Agfa APX100. Kamera: Minolta CLE. Die blaue Linie bei 2.360 LP/PH repräsentiert die Nyquist-Frequenz des verwendeten Film-Scanners RPS 10M – Mehrfachscan mit 5.000 ppi, entsprechend ca. 33 Megapixel im ganzen Bildrahmen – Quelle: fotosaurier

Hier erkennen wir, dass das Objektiv eine sehr gleichmäßig hohe Auflösung beginnend schon bei voller Öffnung über den gesamten Blendenbereich liefert – wobei die höchste Auflösung in der Bildmitte ähnliche Werte erreicht wie der Sensor der Sony A7R4 mit 61 Megapixeln. Natürlich wird das mit relativ hohen (aber nicht extremen!) Schärfungsparametern (USM) erreicht – die Kontrolle von „real world-Fotos“ auf demselben Film zeigte dann aber noch keine Schärfe-Artefakte!

Besonders auffallend ist die hohe Auflösung in den Bildecken bereits bei voller Öffnung. Deutlicher zu sehen in der folgenden vergleichenden Zusammenstellung:

Fig. 14: Ultron 35mm f/1.7 Auflösungskurven an Sony A7R4 (Nyq-Fr 3.168 LP/PH) – grün+grau+gelb – und auf Analogfilm Agfa APX100 gescannt bei 5.000 ppi (Nyq-Fr 2360 LP/PH) – rot+magenta+blau – Quelle: fotosaurier

Hier wird sehr deutlich, dass die Eckenauflösung am Digitalsensor (gelbe Kurve, ohne PCX-Vorsatzlinse) dramatisch gegenüber der Performance auf dem Film (hellblaue Kurve) „abstürzt“ – eindeutig keine Schwäche des Objektivs, sondern ein Artefakt durch einen ungünstigen Lichteinfall auf den Sensor im Eckenbereich. Ich bin ziemlich sicher, dass das verursacht wird durch laterale CA, die an dem sehr dicken Filter-Stack der Sony A7R4 vor dem Sensor.

Im Bildzentrum erscheint die Auflösung am Sensor deutlich höher zu sein im Vergleich zum Analog-Film. Hier bin ich allerdings vorsichtig mit der Deutung, denn die Ausrichtung der Rangefinder-Kamera ist sehr problematisch, da man keinerlei Hilfen im Sucherfenster dafür hat – und eine gute Optik erreicht ihre optimale Leistung beim Fokussieren mit dem Entfernungsmesser einer beliebigen Kamera (hier der Minolta CLE) nur nach präziser Justage dieses spezielle Objektivs auf diese spezielle Kamera!

Durch die PCX-Vorsatzlinse an der Sony-Digicam wird diese Schwäche nur zum Teil ausgeglichen (s. Fig. 8). Da ich erwartete, dass ein wesentlich dünnerer Filterstack hier bessere Ergebnisse mit Digitalsensor ermöglicht, habe ich mir eine

Nikon Z7 II

geliehen, die bekanntlich einen weniger als halb so dicken Filterstack besitzt, und damit das VM Ultron 35mm f/1.7 durchgemessen.

Zuerst ohne PCX-Filter:

Fig. 15: Auflösungskurven des VM Ultron 35mm f/1.7 an der Nikon Z7 II mit 45,4 Megapixel und dünnem Filterstack – Quelle: fotosaurier

Der Abfall in den Ecken ist relativ gesehen geringer. Hier beseitigt das PCX-Filter dann den Eckenabfall der Auflösung vollständig:

Fig. 16: Auflösungskurven des VM Ultron 35mm f/1.7 MIT PCX-Vorsatzlinsean der Nikon Z7 II mit 45,4 Megapixel, die blaue Linie entspricht der Nyquist-Frequenz von 2.752 LP/PH – Quelle: fotosaurier

Allerdings wird hier ein sehr spezielles Problem der Nikon Z7 II (genau gleich bei der Vorgängerin Z7) sichtbar:

Bei noch vertretbarer Schärfung bleibt die Auflösung des Sensors deutlich unterhalb des Nyquist-Frequenz für die 45,4 MP. Tatsächlich messe ich exakt die gleichen Auflösungswerte, wenn die Kamera intern auf 25,6 MP umgestellt wird.

Auf (mehrfaches) Fragen an Nikon, warum das so ist, erhielt ich bisher keine Antwort.

Anhand der MTF-Mess-Kurven dieser Kamera konnte ich mir selbst die Erscheinung erklären:

Dies ist die MTF-Kurve der Nikon ZII mit dem VM Ultron 35mm:

Fig. 17: MTF-Kurve mit VM Ultron 35mm f/1.7 bei f/2.0 an der Nikon Z7 II – Quelle: fotosaurier

Hier sieht man, dass Nikon die MTF-Kurve (für JPEG-Bilder ooc) so beeinflusst, dass der Kontrast bei NIEDRIGEN Frequenzen stark erhöht ist – das (vorläufige) Minimum aber (dann zwangsläufig?) genau bei der Nyquist-Frequenz (2.752 LP/PH entspr. der Sensorgröße von 45,4 MP) liegt. Es beträgt dort dann 10-20%. Das heißt, dass MTF30 nie auch nur annähernd bei der Nyquist-Frequenz liegen kann. Aber bei höheren Frequenzen deutlich über der N.-Fr. kann der Kontrast dann wieder über 30% steigen. Ist das Aliasing? Ich habe versucht diesen Effekt mit dem Siemensstern sichtbar zu machen – bisher ohne Erfolg.

Diese Form der MTF-Kurve ist bei allen Optiken an der Nikon Z 7II ähnlich – auch bei typischen SLR-Optiken!

Zum Vergleich hier die MTF-Kurve an der Sony A7R4:

Fig. 18: MTF-Kurve mit VM Ultron 35mm f/1.7 bei f/2.0 an der Sony A7R4 – Quelle: fotosaurier

Hier liegt das Minimum der MTF-Kurve weit oberhalb der Nyquist-Frequenz. Es findet auch keine starke Kontrast-Überhöhung bei niedrigen Frequenzen statt.

Ähnliche MTF-Kurven liefern fast alle mir bekannten Digicams (Leica M11, Fuji X und GFX). Die Nikon Z7 II ist hier die absolute Ausnahme.

Offensichtlich will der Hersteller Nikon seinen Nutzern dieses besondere Kontrastübertragungs-Verhalten von Out-Of-Camera Bildern ja bieten, bei dem ein deutlich überhöhter Kontrast bei niedrigen und mittleren Bildfrequenzen entsteht – unter Verzicht auf die technisch mögliche Sensorauflösung – immerhin von über 20%!

Aber warum erklärt der technische Kundendienst in Dresden das dann nicht, wenn man gezielt nachfragt.

Ich werde abschließend noch einmal der Frage nachgehen, wie die Situation sich beim Arbeiten mit RAW-Dateien bei der Nikon zeigt. Die Erkenntnisse werde ich dann hier ergänzen

Herbert Börger, Berlin, September 2022 / November 2023

Hey Sony! Was passiert bei der Objektiv-Korrektur in meiner Sony A7Rm4 ?

Bei hochwertigen digitalen Systemkameras hat man üblicherweise die Möglichkeit, eine digitale „Objektiv-Korrektur“ zuzuschalten – für moderne Objektive, deren Eigenschaften in der Firmendatenbank des Kameraherstellers meines Vertrauens gespeichert und für das Kameramodell verfügbar sind. Dazu muss die Kamera das Objektiv-Modell erkennen und die notwendigen Korrektur-Algorithmen besitzen – oder das Objektiv könnte diese Informationen über seine Fehler in sich tragen.

Ich mchte nur generell erwähnen, dass ich in allen meinen Testberichten, in denen ich historische und moderne Objektive verglichen habe, immer die Objektiv-Korrektur ausgeschaltet habe.

Geben Sie es zu: Sie waren bisher auch so naiv, zu glauben, dass da auf wundersamem – eben digitalem! – Wege die aufgrund der bekannten Rest-Fehler der Optik fehlerhaften Bildinformationen „nachgebessert“ werden. Es entstehe bitte: DAS PERFEKTE BILD – bei Verwendung eines un-perfekten (und damit billigeren) Objektives, dessen Rest-Fehler durchaus sehr groß sein könnten – man müsste sie nur kennen …

Nachdem ich persönlich schon relativ sicher war, dass von der „Objektiv-Korrektur“ KEINE WUNDER zu erwarten sein werden, wollte ich mal nachschauen, was denn wirklich passiert. Was können wir heute von einer Objektiv-Korrektur erwarten, wobei ich das Thema erst einmal auf die 60 Megapixel-Sony-Kamera A7Rm4 beschränken muss, also einen aktuellen, hochauflösenden Sensor.

Meine Hoffnung ist, dass beim Aufbereiten der Sensor-Rohdaten diese Kamera nicht schon ohne mein Wissen die Bilddateien manipuliert, solange die Objektiv-Korrektur ausgeschaltet ist! Bei den historischen Objektiven, die ich normalerweise sehr überwiegend analysiere, besteht diese Sorge ja ohnehin nicht, da das Objektiv normalerweise nicht mit der Kamera kommunizieren kann – die Kamera aber auch sowieso nichts über mein „Ernostar“ von 1926 weiß!

Ich sollte nicht verschweigen, dass meine Motivation, diesen Bereich näher zu untersuchen dadurch plötzlich für mich höhere Priorität erlangte, dass ich versucht habe, in Dateien auf Basis des IMATEST-Test-Targets die Vignettierung mittels Photoshop zu kompensieren, um zu erfahren, welchen Einfluß die Vignettierung alleine (also der Helligkeitsabfall zum Rand) auf die Auflösungsmessung haben könnte.

Die erneute Analyse der manipulierten IMATEST-Target-Datei ergab: einen KATASTROPHALEN Einbruch der Auflösungswerte überall im Bild. Das hat mich schon sehr alarmiert!

Zufällig um dieselbe Zeit habe ich mein Referenz-Normalobjektiv (Sony Planar FE 50mm f/1.4 ZA) erneut mit IMATEST gemessen – und erreichte nicht annähernd die mir geläufigen hohen Auflösungs-Werte. Ich sellte fest, dass – durch irgendeinen Zufall – die Objektiv-Korrekturen eingeschaltet waren.

In der Folge führte ich folgendes Messprogramm durch – wobei ich das exzellente (aktuelle) Planar FE 50mm f/1.4 ZA im E-Mount (Sony) verwendete. Nach meinen umfangreichen Erfahrungen kann das verwendete Objektiv aber durchaus als Referenz dessen gelten, was in diesem Preissegment heute möglich ist.

Auflösungs-Messung (mit CA- und Verzeichnungs-Daten sowie Kantenschärfe-Messung) an der Sony Planar FE 50mm f/1.4 ZA am Imatest-Target (SFRplus):

Laborszene900 — Bild 1: Messanaordnung Mit Sony A7Rm4-Kamera und dem großen IMATEST-SFRplus-Target. Die Höhe des Targets zwischen den oberen und unteren Balken beträgt 783 mm, Der Abstand mit 50mm-Objektiv ca. 1,6 m.

Beschreibung des Messverfahrens im Detail siehe:

Fotosauriers optisches Testverfahren für Objektive mit IMATEST

Die typischen individuellen Fokussier-Unsicherheiten der (eigentlich überlegenen) Manuellen-Fokussierung wollte ich zunächst vermeiden, deshalb wählte ich Autofokus für die Schärfeeinstellung – und zwar mit Fokusfeld im Zentrum.

Die Objektiv-Korrekturen sind AUSGESCHALTET (OFF):

50f1,4_AF-oKorr — **Bild 2**: Auflösung, Kantenschärfe und Verzeichnung (IMATEST) mit Autofokus, **Objektiv-Korrekturen ausgeschaltet – PLANAR 50mm f/1.4 – gegenwärtiger Stand der Technik (2018)**

Anschaulicher sind die folgenden Grafiken, Auflösung (LP/PH = Linienpaare/Bildhöhe) über der Blende aufgetragen – jede Zahl ist ein Mittelwert über mehrere Messpunkte (insgesamt 46 Messpunkte bei jeder Blende über die gesamte Bildfläche verteilt):

FE 50f1,4_Autofocus_oKorr_Diagramm — **Bild 3: Diagramm Auflösung** (Mitte-Übergang-Ecken) des FE 50f1.4 ZA mit Autofokus

Das folgende Diagramm zeigt die Auflösung desselben Objektivs mit EINGESCHALTETER VERZEICHNUNGS-KORREKTUR

FE 50f1,4_Autofocus_mVerzKorr_Diagramm — **Bild 4**: **Auflösung** (Mitte-Übergang-Ecken) (IMATEST) mit Autofokus, **Objektiv-Korrekturen eingeschaltet – PLANAR 50mm f/1.4 – gegenwärtiger Stand der Technik (2018)**

Man erkennt sofort, dass die Auflösung in der Bildmitte („Center“ – grüne Linie!) sehr stark abgesunken ist gegenüber der Messung ohne Verzeichnungskorrektur. Wenn man genau in die Rand-Auflösungswerte schaut, sieht man, dass zwischenBlende 2.8 und 8 die Auflösung auch in den Ecken und im Übergang (part way) leicht verringert ist. Außerdem ist die Kantenschärfe in der Bildmitte (Wert „Edge profile bzw. sharpness“) deutlich – nämlich ebenso um ca. 20% wie die Auflösung in Bildmitte – reduziert.

Die Aufgabe der Verzeichnungskorrektur wird dabei allerdings vorbildlich gelöst: die Verzeichnungswerte werden mit 0,03-0,07% auf bis zu ein Zehntel der ursprünglichen Verzeichnung von 0,35% abgesenkt – dann meist mit der Charakteristik „Moustache“.

Die Frage ist nur: zu welchem Preis in der Bilqualität geschieht das hier? Und ist das Objektiv damit sinnvoll verwendet. Mit Listenpreis € 1.500 erstehe ich eine 12-linsige Festbrennweite mit state-of-the-art Optik (Asphäre, Sondergläser). Da möchte ich die volle optische Leistung (schon ab Offenblende!) gerne genießen!

Die oben dargestellte Erkenntnis ist daher wohl von eher theoretischem Interesse. Eine Verzeichnung von 0,35% ist ohnehin so gering, dass sie praktisch nicht auffällt. Man solte den 12-Linser nicht „abdrosseln“ und ihm damit seine optische Potenz nehmen.

Zu der anderen angebotenen Objektiv-Korrektur, die man in der A7Rm4 einzeln zu- und ab-schalten kann, läßt sich allerdings nur Positives sagen: die CA-Korrektur beeinflusst hier die Auflösungswerte allenfalls positiv – nämlich da, wo im Rand-Ecken-Bereich der Farbfehler reduziert wird: dort steigt dann auch die Auflösung. Das Zuschalten ist also auch bei einem derart hoch-korrigierten Objektiv zu empfehlen. Die Wirkung ist auch in der Bildmitte nachweisbar.

Für dieses hier besprochene Objektiv würde ich dringend empfehlen, die Lens-Correction Funktion auszuschalten und lediglich die CA-Korrektur einzeln zuzuschalten.

Bei anderen Hochleisungs-Objektiven habe ich dasselbe überprüft und bin – glücklicherweise – ausschließlich zu anderen Ergebnissen gekommen, wie man in den folgenden Tabellen sieht. Ich habe dabei nur die Performance bei voller Öffnung dargestellt, da die Objektiv-Korrektur da typischerweise am stärksten eingreift.

Hier drei Beispiele mit drei der aktuellsten hochklassigen Optiken mit 40 mm Brennweite ebenfalls an der Sony A7R4:

Batis-40mmf:2.0_with:without-Correct_0penApert — **Bild 5**: Auflösung, Verzeichnung und CA bei voller Öffnung am Batis 40mm f/2.0 – **ohne und mit Lens-Correction** – Quelle: fotosaurier

Sony FE40f2,5 - with:without-Correct_openApert — **Bild 6**: Auflösung, Verzeichnung und CA bei voller Öffnung am Sony FE 40mm f/2.5 – **ohne und mit Lens-Correction** – Quelle: fotosaurier

SigmaArt-40mmf:1.4_with:withoutCorrect_openApert — **Bild 7**: Auflösung, Verzeichnung und CA bei voller Öffnung am SigmaArt 40mm f/1,4 – **ohne und mit Lens-Correction** – Quelle: fotosaurier

Diese drei Beispiele nähren bei mir die Hoffnung, dass die Situation beim Planar 50mm f/1.4 eine Ausnahme sein könnte. In allen drei Fällen zeigt sich grundsätzlich sowohl eine Verbesserung der Verzeichnung als auch der Auflösung, die vermutlich unmittelbar auf die nachträgliche Korrektur der Chromatischen Aberration zurück geht.

Herbert Börger

Der Brandenburger Tor, Berlin, 11. Dezember 2022