Canons lichtstarkes Weitwinkel EF 1,4/24 mm L USM II kostet rund 1500 Euro und will „hohe Anforderungen bei der Abbildungsqualität“ erfüllen. Wir haben ganz genau hingesehen:

MTF-Kurven des EF 1,4/24 mm L USM II von Canon   Foto des EF 1,4/24 mm L USM II von Canon

Das EF 1,4/24 mm L USM II samt MTF-Kurve von Canon

Die MTF-Kurven zeigen die Objektivleistung bei Offenblende, wobei laut Canon die roten Linien die Kontrastleistung (10 lp/mm) darstellen und die blauen Linien das Auflösungsvermögen (30 lp/mm). Sagittal verlaufende Linien = durchgezogene Kurvenzüge, meridional verlaufende Linien = gestrichelte Kurvenzüge.

 
Beginnen will ich die Auswertungen des EF 1,4/24 mm L USM II von Canon (UVP 1499 Euro) mit der relativ einfachen Darstellung der geometrischen Verzeichnung – das ist eine Differenz der Vergrößerung zwischen Bildmitte und -rändern bzw. -ecken. Hier gibt es einige sehr unterschiedliche Normierungen und Definitionen, also muss man sehr genau hinsehen, welche Algorithmen zur Anwendung kommen, bevor man Schlüsse zieht. Alle Ergebnisse zeigen eine sichtbare Verzeichnung, die erwartungsgemäß unabhängig von der Blende ist. Verstärkt man die Verzeichnung 5fach, so sieht man folgendes Bild eines Gitters:
 

Grafik: Georg N. Nyman

Verzeichnung, 5fach verstärkt
 
 
Grafik: Georg N. Nyman

Hier ist horizontal der Abstand vom Bildzentrum und vertikal die Vergrößerung, die für das Zentrum auf 1 normiert wurde, dargestellt. Da die Vergrößerung unter 1 geht, ist sie am Rand geringer als in der Mitte, was ein Zeichen von tonnenförmiger Verzeichnung ist.

 
Die Verzeichnung, genauer gesagt, die Differenz der Vergrößerung zwischen Zentrum und Rand, wurde hier mit etwa -1,75 % angegeben. Wenn man diesen Wert, der auf der längsten Distanz (Bildmitte zu Ecke) basiert, auf die vertikale Verzeichnung umrechnet, kommt man auf etwa 1 % – ein Wert, der zwar sichtbar, aber nicht dramatisch ist.

Von großem Interesse ist die Vignettierung – die Verringerung der Bildhelligkeit gegen den Bildrand hin. Ein Weitwinkelobjektiv hat meistens eine deutlich sichtbare Vignettierung, wenn es bei voll geöffneter Blende verwendet wird – das beruht nicht nur auf einigen physikalischen Prinzipien, sondern auch auf wirtschaftlichen Überlegungen hinsichtlich der industriellen Machbarkeit von Objektiven. Es gibt zwar einige Tricks, um diese Vignettierung zu reduzieren, aber verhindern kann man sie nicht. Die einfachste Methode, um diese Randabschattung zu verringern, ist Abblenden – also genau das Gegenteil von dem, weshalb man viel Geld für das hochgeöffnete Objektiv bezahlt hat.
 

Grafik: Georg N. Nyman

Hier die Messergebnisse des EF 1,4/24 mm L USM II. Wie vorher ist das Zentrum auf 1 normiert und der Helligkeitsabfall zum Rand hin als Grafik dargestellt. Man sieht einen maximalen Abfall von etwa 53 %, wie es auch im rechten Teil der Grafik angezeigt wird. Hier wurde zur Darstellung die Luminanz gewählt, die einzelnen Farbkanäle weisen fast identische Werte auf.

 
Die chromatischen Aberrationen sind eine weitere, wichtige Information in Bezug auf die Qualität eines Objektivs – eine mangelhafte Korrektur bedeutet sichtbare Farbränder, gut sichtbar an dunklen Strukturen; gegen den Bildrand hin stärker werdend. Aus ökonomischen Gründen werden die chromatischen Aberrationen nicht komplett auskorrigiert, aber soweit minimiert, dass die Aufnahmequalität den Spezifikationen entspricht – und diese kommen meistens aus dem Bereich „Marketing & Sales“, der den engsten Kontakt zu der Mehrzahl von Kunden und Anwendern hat. Wie gut ist nun das 1,4/24 mm Canon korrigiert?
 

Grafik: Georg N. Nyman

Hier die Darstellung der radial symmetrischen Queraberration (Farbquerfehler), die, wenn vorhanden, bei Weitwinkelobjektiven besonders gut sichtbar ist. In der Grafik sieht man das Bildfeld und in einer Falschfarbendarstellung die Größe des Farbquerfehlers – je weiter die Farbe weg von grün ist, desto „stärker“ der Farbquerfehler. Der Maximalwert ist unter der Grafik in Pixel angegeben.

 
Wie man sieht, ist die maximal ermittelte Abweichung von einer Farbe in Bezug auf die Normalfarbe Grün etwa 1,9 Pixel – das ist nicht sehr wenig und auf sehr gut detaillierten Aufnahmen mit dunklen Details recht gut sichtbar. Eine der Hauptanwendungen von Programmen wie etwa DxO Optics Pro besteht darin, diese Restfehler der Objektive einfach und sehr gut zu kaschieren. Was man auch sieht, ist, dass das Objektiv sehr schön zentriert montiert wurde – die Abweichungen sind praktisch perfekt symmetrisch um das Zentrum herum angeordnet – das ist bei vielen billigen Objektiven oft nicht der Fall.

Im Programm Imatest führt die Messung der chromatischen Aberration zu ähnlichen Ergebnissen, die allerdings ganz anders dargestellt werden. Die chromatische Aberration kann an verschiedenen Punkten des Bildfeldes gemessen werden. Es wird eine Aufnahme eines Charts gemacht, das aus einer Vielzahl von schief liegenden dunklen Quadraten besteht, wobei der Übergang vom hellen Hintergrund auf das dunkle Feld ausgewertet wird. Ein perfektes Objektiv hat bei dieser Messung keine Abweichungen in der Anzahl der Pixel zwischen Hell und Dunkel und bei einer genauen Weißpunktabstimmung sind auch alle drei Farbkanäle in deren erreichten maximalen Höhe gleich.
 

Grafik: Georg N. Nyman

Chromatische Aberration im Mittenbereich bei Blende 1,4
Dieser Screenshot zeigt es sehr deutlich: der Anstieg der einzelnen Farbkanäle weicht sichtbar voneinander ab. Ein perfektes Objektiv würde hier eine überlagerte gemeinsame Kurve aller Farbkanäle zeigen. Es ist nicht viel Farbfehler, aber immerhin gut darstellbar – auch der wird beim Abblenden deutlich geringer.

 
Letztlich nun die Auflösung – eine recht kritische Messung, denn viele denken, dass nur die Auflösung allein das Maß der Dinge ist. Gerade für die Auflösung gibt es viele und sehr unterschiedliche Messmethoden, die hinsichtlich der Ergebnisse stark abweichen. Sicher ist die Auflösung eine der wichtigen Messzahlen für die Qualität eines Objektivs, aber erstens wird im Allgemeinen immer eine Kombination eines Objektivs und einer digitalen Kamera gemessen und zweitens ist ein exzellenter Wert für die Auflösung noch keine Garantie, um hervorragende Bildqualität zu erhalten.

Hier die Ergebnisse für das EF 1,4/24 mm L USM II, erhalten durch Ausmessen einer Matrix aus 9 Siemenssternen und Auswertung mit dem IE Analyzer:
 

Grafik: Georg N. Nyman

Diese Darstellung ist eine visuelle Zusammenfassung der Ergebnisse der 9 Siemenssterne bei MTF10, also bei 10% Kontrast gegenüber dem Messchart – was in der Praxis schon sicher die Grenze der Sichtbarkeit von Details bedeutet, wenn nicht schon überschreitet. Wie man sieht, ist die Auflösung über das gesamte Bildfeld verteilt, sehr ungleich.

 
Es fällt auf, dass das Objektiv bei voller Öffnung zwar in der Mitte eine sehr gute Auflösung zeigt, aber am Rand deutlich abfällt. Das ist zwar nicht sehr erfreulich, hat aber für die praktische Anwendung in der Fotografie nur wenig Bedeutung, denn wenn man mit offener Blende arbeitet, so ist das Objekt fast nie flächig, sondern immer dreidimensional, also im Raum verteilt. Das bedeutet, der Abfall an Auflösung fällt meistens nicht auf, da der Fokus des Interesses meistens weniger am Bildrand, sondern eher im Mittenbereich konzentriert sein wird.

Die unsymmetrische Anordnung der Sterne in den Randbereichen kann mehrere Ursachen haben: Wenn das Programm den Mittelpunkt des Sterns nicht genau findet, weil der Stern etwas unscharf ist bzw. durch die Verzeichnung etwas in der erwarteten Position verändert oder verformt ist, so sieht das Programm zwar die radialsymmetrischen Linienpaare, interpretiert aber die Unsymmetrie als optischen Fehler. Daher sind die Auflösungswerte zwar von Interesse, die geometrische Form des Sterns in der Darstellung sollte aber unter Berücksichtigung der erwähnten Faktoren gedeutet werden.

Mehrfache Wiederholung der Messung bei Blende 1,4 ergab kaum andere Ergebnisse – hier drei Ergebnisse aus anderen Messungen – in diesen Grafiken sind jeweils nur die drei mittleren Siemenssterne dargestellt:
 

Grafik: Georg N. Nyman

 
Was mich interessierte, war, ob diese Messergebnisse visuell an Hand der Wiedergabe der einzelnen Siemenssterne nachvollzogen werden konnten. Ich habe daher aus den einzelnen Aufnahmen die entsprechenden Siemenssterne vergrößert. Hier sind ein paar Beispiele, die diese Ergebnisse schön zeigen; an einem zweiten, baugleichen EF 1,4/24 mm L USM II, das ich von Canon Österreich zum Testen bekommen hatte – dieses war noch etwas weniger gut als das vorher gezeigte, das ich kurzfristig ausborgen konnte.

Hier zuerst bei voll geöffneter Blende 1,4 der Überblick:
 

Grafik: Georg N. Nyman

 
Man sieht deutlich, dass der zentrale Stern OK ist, aber alle Randsterne sehr stark abfallen und auch eine recht deutlich einseitige Symmetrie aufweisen. Ich möchte betonen, dass alle Scharfstellungen auf das Zentrum erfolgten und mit Hilfe einer zusätzlichen Scharfeinstellhilfe gemacht wurden. Was man hier auch erkennen kann, ist zusätzlich eine deutliche Bildfeldwölbung (starker, aber eher symmetrischer Abfall der Auflösung in allen Randbereichen) als bei dem ersten getesteten Objektiv. (Wie ich nachher erfahren habe, stammte dieses zweite Objektiv aus einer Vorserie und war ein Muster, das nicht verkauft wurde.)

Stark vergrößert sehen die Sterne so aus:
 

Grafik: Georg N. Nyman

Stern 0 bei Blende 1,4
 
 
Grafik: Georg N. Nyman

Stern 8 bei Blende 1,4
 
 
Grafik: Georg N. Nyman

Stern 4 bei Blende 1,4

 
Auf dem Bild sieht man ganz deutlich die Asymmetrie der Bildqualität, die in der rechnerischen Zusammenfassung durch den IE Analyzer bereits dokumentiert wurde. Blendet man jedoch bei exakt der gleichen Einstellung und Position auf Blende 5,6 ab, so sieht der gleiche Stern 4 dann so aus:
 

Grafik: Georg N. Nyman

Stern 4 bei Blende 5,6

 
Die Abbildungsqualität ist deutlich besser geworden, der Farbfehler bleibt weiterhin gut sichtbar – erkennbar an den grün-roten Rändern des Fokussierungsfeldes in der Mitte. Auch erkennt man weiterhin eine leichte Asymmetrie der Abbildungsleistung. Die Vignettierung ist auch viel geringer geworden, was man durch die allgemein hellere Wiedergabe auch erkennen kann.

Eine weitere Methode ist die Messung der „Kantenschärfe“, das bedeutet, die Auswertung des Überganges eines hellen zu einem dunklen Bereich an einer schiefen Kante (Slanted Edge). Auch hier sieht man die Inhomogenität der Qualität des Übergangs sehr deutlich.
 

Grafik: Georg N. Nyman

Vertikal ist die Modulation (ideal = 100 % = 1) und horizontal die Auflösung in Linienpaaren / Bildhöhe (LP/PH) dargestellt. Wie man ablesen kann, ist die Auflösung bei 10 % Kontrast im gleichen Bereich – etwa 1400-1600 LP/PH – zu finden.

 
Die Werte LP/PH sind natürlich auf einen bestimmten Sensor bezogen – wenn man als Maßzahl stattdessen Linienpaare (= Cycles/Pixel) nimmt, so ist dieser Wert nicht auf eine bestimmte Bildhöhe bezogen, sondern auf ein Pixel – was oft von Vorteil ist. Das bedeutet auch, dass die theoretisch maximale Auflösung (ohne weitere Beeinflussung durch intelligente Algorithmen ) 0,5 LP/Pix ist – dann liegt eine schwarze Linie in einem Pixel und die weiße Linie in dem daneben liegenden Pixel.
 

Grafik: Georg N. Nyman

 
Interessant ist auch eine dritte Darstellung der gleichen Messung in PPI, also in Pixel per inch. Die gleichen Kurven in diesem Maßsystem zeigen, dass es bei dieser Anordnung von Kamera und Objektiv und bei dieser Blende 1,4 keine Informationen zusätzlich gibt, die über eine Qualität von etwa 150-200 ppi hinausgehen. Mit anderen Worten, wenn man bei Offenblende fotografiert, macht ein Druck mit 300 ppi hinsichtlich des Gewinns an Auflösung aus dem digitalen Bild keinen zusätzlichen Sinn. Das ändert sich aber deutlich, sobald die Blende etwas geschlossen wird:
 

Grafik: Georg N. Nyman

Hier die Werte der gleichen Messanordnung bei Blende 2,8 – die 10-%-Kontrastwerte liegen jetzt im Bereich von etwa 1600-1900 LP/PH, was umgerechnet auf ppi etwa 260-280 ppi entspricht. Die Darstellung hier zeigt dieses Ergebnis zur besseren Vergleichbarkeit wieder in LP/PH.

 
Vergleichbare Daten erhält man auch mit anderen Programmen wie etwa Imatest. Hier bei offener Blende 1,4 eine Auswertung der gleichen Aufnahmeserie durch die Star-chart-Funktion von Imatest:
 

Grafik: Georg N. Nyman

Zentraler Stern bei Blende 1,4
 
 
Grafik: Georg N. Nyman

Rechte Bildecke bei Blende 1,4

 
Die erste Grafik zeigt den zentralen Siemensstern; die Ecken sind bei ganz offener Blende hinsichtlich der Auflösung deutlich schwächer und inhomogener. Erst bei Blende 2,8 wird die Auflösung nicht nur sichtbar gleichmäßiger, sondern auch viel besser. Das kann man gut an dieser Auswertung erkennen: die einzelnen Segmentkurven sind nahe beisammen und sind viel länger in einem höheren Kontrastbereich zu finden:
 

Grafik: Georg N. Nyman

Mitte des Objektivs bei Blende 2,8

 
Auch das sehr umfangreiche Programm DxO Analyzer liefert ähnliche Ergebnisse. Hier für die Blende 1,4 die Screenshots für den zentralen Bereich und für den Eckenbereich – die Angaben sind hier in cy/px:
 

Grafik: Georg N. Nyman

DxO Analyzer – Canon EF 1,4/24 mm L USM II bei Blende 1,4 – Mitte
 
 
Grafik: Georg N. Nyman

DxO Analyzer – Canon EF 1,4/24 mm L USM II bei Blende 1,4 – Ecke

 
Was bedeuten diese nun nicht sonderlich beeindruckenden Messwerte für die Praxis? Bedeutet das, dass das Objektiv bei offener Blende nicht gut ist? – Das bedeutet es sicher nicht, es ist sehr gut, hat aber bei ganz offener Blende außerhalb des Mittenbereichs sichtbare Kontrastübertragungschwächen. Ich habe einige Aufnahmen mit diesem Objektiv gemacht und konnte feststellen, dass ich praktisch nie Blende 1,4 gewählt habe. Warum? Nun, ich habe stattdessen lieber die ISO-Zahl etwas höher gestellt und dann bei Blende 2,8 fotografiert.

(Georg N. Nyman)
 
 
Nachbemerkung zum Testprozedere bzw. zu den hier gezeigten Auswertungen: Getestet und beurteilt wurde jedes Objektiv jeweils umfassend und gründlich. Im Interesse der Übersichtlichkeit und Verständlichkeit werden nur einzelne Testtafeln gezeigt, die besonders interessante oder signifikante Ergebnisse veranschaulichen. Die Objektiv-Bewertung, wie sie im Text beschrieben ist, fußt natürlich auf einem umfassenden Testlauf des jeweiligen Objektivs.

Wie immer habe ich viel Augenmerk auf die Abbildungseigenschaften gelegt, die sich aus den Aufnahmen verschiedener Testcharts ableiten lassen, und diese technisch ermittelten Ergebnisse dann mit praktischen Aufnahmen verglichen – eine Gegenüberstellung, die oft die nicht so berauschenden Auswertungen der Testcharts relativiert hat. Alle Labortests wurden mit den drei führenden Programmen für die technische Analyse von Objektiv-Kamera-Kombinationen, also mit dem DxO Analyzer, dem IE-Analyzer und mit Imatest und den entsprechenden Test- und Auflösungstargets gemacht.

Es erscheint mir wichtig, zu betonen, dass alle Ergebnisse Momentaufnahmen jeweils eines einzigen getesteten Objektivs sind und daher keinen absoluten oder generell gültigen Anspruch auf allgemeine Gültigkeit stellen können. Wie bereits früher einmal erwähnt, müsste ich für eine umfassende Analyse mindestens ein oder zwei Dutzend gleiche Objektive und Kameras vergleichen und ausmessen, um zu Aussagen zu gelangen, die dann eine breitere und allgemeine Gültigkeit haben sollten.
 
 
Artikelserie – Lichtstarke 24er im Test:
Einleitung – Lichtstarke 24er im Test
Canon EF 1,4/24 mm L USM II (lesen Sie gerade)
AF-S Nikkor 1,4/24 mm G ED (ab 25.5.2011 um 15:15 Uhr online)
Sigma 1,8/24 mm EX DG Makro (ab 26.5.2011 um 15:15 Uhr online)
Sony Carl Zeiss Distagon T* 2,0/24 mm SSM (SAL24F20Z) (ab 27.5.2011 um 15:15 Uhr online)
Leica Summilux-M 1,4/24 mm Asph. (ab 28.5.2011 um 15:15 Uhr online)
 
 
Anmerkung der Redaktion: Es ist weder unsere Art, Seiten zu schinden, noch Klickstrecken zu bauen oder Artikel über mehrere Seiten auszubreiten, auf dass die vermeintliche Zugriffs- und Klickrate steige (Bilderstrecken sind für sowas sehr beliebt – das katapultiert die Seitenaufrufe nach oben). In diesem Fall haben wir uns aber entschlossen, die einzelnen Objektivtests auch in einzelne Artikel zu verpacken, weil das a) doch eine ganze Menge Grafiken und Auswertungen sind, und es b) so hoffentlich leichter verdaulich wird und weil c), wer sich nur für ein bestimmtes Objektiv interessiert, das auch schneller in Überschrift und Text und via Suche wiederfindet.
 

Nachtrag (26.5.2011):

Zum Testprozedere:

  • EF 1,4/24 mm L USM II an einer Canon EOS 1Ds MkIII
  • AF-S Nikkor 1,4/24 mm G ED an einer Nikon D3x
  • Sigma 1,8/24 mm EX DG Makro an einer Nikon D3x
  • Carl Zeiss Distagon T* 2,0/24 mm SSM an einer Sony alpha 900
  • Summilux-M 1,4/24 mm Asph. an einer Leica M9

Da besonders bei Weitwinkelobjektiven eine ganz exakte orthofrontale Ausrichtung der Kamera in Bezug auf die Testtargets von hoher Wichtigkeit ist, habe ich zur Ausrichtung einen Leica-Laserentfernungsmesser verwendet und durch trigonometrische Messung der einzelnen Abstände der Kamera zu den Ecken des jeweiligen Targets die Ausrichtung ermittelt. Dabei bleibt systembedingt ein Restfehler von etwa +/- 2 mm bei einer Entfernung von 1 m übrig. Zusätzlich erlaubt eine Funktion im DXO Analyzer die Berechnung der Orthofrontalität aus der Lage der aufgenommenen Punkteraster – der so ermittelte Fehler lag im Mittel bei maximal etwa 0,1-0,2 Grad, was für die Auswertung belanglos ist.

Die Aufnahmen wurden grundsätzlich im Raw-Format gemacht und wo möglich, auch in diesem Format ausgewertet.

Da die Messprogramme nur zum Teil Raw-Dateien verarbeiten können, wurde bei denjenigen Programmschritten, wo kein Raw–Format möglich war, ein konvertiertes TIFF verwendet –  natürlich ohne irgendwelche verändernde Einstellungen bei der Konversion zuzulassen. Zu TIFF wurde in dem Raw-Konverter entwickelt, den der jeweilige Kamerahersteller empfiehlt (also Nikon-NEF in Nikon Capture NX etc.).

Zur Auswertung wurden diese Programme eingesetzt:

  • DXO Analyzer (erlaubt in einigen Schritten Raw, und in dem Fall wurden auch Raw-Dateien benutzt, sonst TIFF)
  • Image Engineering Analyzer (TIFF, da er keine Nikon-, Canon- oder Sony- Raw-Dateien erlaubt)
  • Imatest von Norman Koren (kann praktisch alle Rohdatenformate verarbeiten und verwendet einen eingebauten Konverter dafür)

Zur Fokussierung wurde immer der Autofokus genutzt (Ausnahme: Leica M9), das Fokussierfeld wurde auf eine klare und gut definierte Kante möglichst nahe der Mitte eingestellt. (Manuelles Scharfstellen hatte ich auch probiert, aber angesichts der modernen, leeren Mattscheiben ohne Einstellhilfen waren die Ergebnisse schlechter.) Das von mir auch beobachtete Problem der Differenz von AF-Schärfenlage und exakter Schärfenlage (focus-shift) bei ganz offener Blende lichtstarker Objektiven habe ich versucht, durch eine vorherige Kameraoptimierung des eingebauten AF auf das zu messende Objektiv auszugleichen.

Bei der Leica M9 wurde manuell fokussiert; durch den Sucher auf den Schnittbildentfernungsmesser. Kontrolliert wurde die Scharfstellung mit einem 7x-Monokular. Dabei ist mir aufgefallen, dass die optimale Schärfe einer Aufnahme nicht immer ganz exakt mit der so ermittelten Schärfenebene übereingestimmt hat. Da aber die M9 kein Life-View hat, gab es keine andere Möglichkeit zur Scharfstellung.