Das Lichtspektrum - unendliche Weiten oder die umgebaute Sony NEX 5n

Vor etwa einer Woche ist meine Sony NEX 5n vom Umbau bei Optik Makario zurückgekommen. Beim Umbau wurde der normalerweise vorm Sensor sitzende kombinierte UV/IR Sperrfilter durch ein für alle Wellenlängen transparente Filter ersetzt. Die Kamera ist nach so einem Umbau "spektral undefiniert" - will sagen, dass Licht des gesamten Spektrums bis zum Sensor durchdringen kann. Generell sind CCD Chips für Licht mit einer Wellenlänge zwischen ca. 350 und 1100nm empfindlich. Der sichtbare Bereich erstreckt sich dabei nur zwischen etwa 380 bis 780nm. Im kürzeren Wellenlängenbereich folgen zunächst ultraviolettes Licht, dann Röngen- und Gammastrahlen. Auf Seiten der längeren Wellenlängen beginnt der infrarote Bereich, den man sehr gut auch zum Fotografieren verwenden kann. Anbei einmal ein Beispiel eines solchen Bildes (bereits bearbeitet und duplexgetont):

IR Beispielbild

Ich wollte schon seit längerer Zeit eine spektral undefinierte Kamera besitzen, um sowohl normale Fotos als auch Infrarotaufnahmen machen zu können. Generell bieten sich spiegellose Kameras zur Infrarotfotografie an, denn sie besitzen meist einen elektronischen Sucher (zumindest aber ein LCD auf der Kamerarückseite), auf dem man das Infrarotbild sofort kontrollieren kann. Auch funktioniert der Autofokus einer solchen spiegellosen Kamera mittels Kontrastmessung auf dem LCD. Anders als die für sichtbares Licht ausgelegten Phasen-Autofokussensoren von Spiegelreflexkameras funktionert die Fokussierung bei spiegellosen Kameras deshalb auch im Infrarotbereich. Gleiches gilt natürlich auch für die Belichtungsmessung. Da ich schon seit einiger Zeit Sony NEX Kameras besitze, lag es nahe, eine der NEX Kameras zur Infrarotfotografie umrüsten zu lassen.

Filterung - Die Qual der Wahl

Bevor es nun aber ans Fotografieren gehen kann, muss man sich als Besitzer einer undefinierten Kamera entscheiden, welcher Spektralbereich es denn nun sein soll, der auf den Sensor gelangt. Diese Entscheidung fällt man durch Anbringen eines passenden Filters. Ich möchte hier erst kurz auf die verschiedenen Filtertypen eingehen und dann jeweils ein Beispielbild des gleichen Motivs für den jeweiligen Filter zeigen.

Mittels eines vor dem Objektiv aufgeschraubten UV/IR Sperrfilters kann auch eine spektal undefinierte Kamera wieder zum normalen Fotografieren benutzt werden. Dem CCD Chip ist es egal, ob die UV/IR Strahlen schon vor dem Objektiv oder erst kurz vorm Auftreffen auf den Sensor entfernt werden. Ein solcher UI/IR Sperrfilter (oder in der Terminologie von Optik Makario "UVI" Filter) sieht leicht hellblau oder türkis aus. Zunächst also einmal ein Bild mit dem UVI Filter. So sieht es auch das menschliche Auge:

Bild im sichtbaren Bereich

Ohne jeden Filter erreicht das volle Spektrum den CCD Chip. Dadurch wird die Kamera ein gutes Stück empfindlicher als sie es mit einem UV/IR Sperrfilter wäre. Dies liegt daran, dass nun auch das sonst ausgefilterte UV und IR Licht zur Belichtung beitragen. Meiner Erfahrung nach gewinnt man auf diese Weise etwa 1-2 Blendenstufen Empfindlichkeit. Je nach Lichtsituation ist dieser Wert natürlich unterschiedlich. Würde man beispielsweise in absoluter Dunkelheit einen Scheinwerfer aus Infrarotdioden verwenden, dann könnte eine Kamera ohne Sperrfilter problemlos Bilder machen, in der eine normale Kamera mit IR-Sperrfilter rein gar nichts fotografieren könnte. Hier gewinnt man also noch deutlich mehr als 2 Blendenstufen. Der gezahlte Preis für die Empfindlichkeit ist allerdings sehr hoch: Man bekommt Aufnahmen mit seltsam anmutenden Farben. Das verwundert eigentlich nicht, denn welche sinnvolle Farbe könnte man wohl unsichtbarem Licht zuordnen? Egal, in welchem Spektralbereich man unsichtbares Licht auch ins sichtbare Spektrum quetscht: Die Bilder sehen danach eben nicht "normal" aus. Am ehesten könnte man den Bildeindruck vielleicht mit "stark rötlich" beschreiben. Aber sehen Sie selbst:

Bild ohne jeden Filter

Man könnte fast glauben, man sei auf dem Mars. Vermutlich rührt der Effekt daher, dass nun die für die Farbe Rot empfindlichen Zellen des CCD Chips auch mit IR Licht bestrahlt werden und daher im wahrsten Sinne des Wortes so richtig "rot sehen".

Schraubt man auf die Kamera nun ein 720nm Infrarotfilter, so wird schon fast das gesamte sichtbare Spektrum aus dem Licht herausgefiltert. Dementsprechend sieht so ein Filter schon mehr oder weniger pechschwarz aus. Glücklicherweise wird das Sucherbild der Sony NEX 5N aber elektronisch erzeugt, so dass man trotzdem ein Bild im Sucher sieht:

Mit 720nm Filter

Fällt hier zunächst einmal auf, dass das Bild praktisch nur noch rote Pixel enthält. Weiterhin sieht man, dass grüne Pflanzen deutlich heller als auf dem vorherigen Bild erscheinen. Dies liegt am sogenannten Wood-Effekt. Die Pflanzen strahlen Infrarotlicht so weit wie möglich wieder ab, da es zur Photosynthese nicht taugt und nur zu einer schädlichen Erwärmung der Blätter führen würde. In jedem Fall sollte ein dearatiges Bild unbedingt noch nachbearbeitet werden, da solche roten Aufnahmen eher seltsam als schön aussehen.

Mit einem 850nm Filter verstärken sich die Infraroteffekte der vorherigen Aufnahme noch. Die Pflanzen werden noch heller dargestellt und der Himmel noch dunkler. Dies ist der Fall, weil der blaue Himmel fast gar keine Infrarotstrahlung abgibt:

Mit 850nm Filter

Auch dieses Bild bedarf dringend einer Nachbearbeitung. Wie ein solches Ergebnis aussehen kann, sieht man am Beispielbild ganz oben auf dieser Seite. Es wurde ebenfalls mit einem 850nm Filter aufgenommen.

Ein noch stärker ausgeprägter Infraroteffekt lässt sich mit einem 950nm Filter erreichen. Jetzt steigt aber auch die nötige Belichtungszeit erheblich an, weil der Sensor nur noch einen schmalen Bereich des Spektrums zwischen 950nm und etwa 1100nm auswerten kann. Der Infraroteffekt ist inzwischen extrem stark. Die Pflanzen sind fast weiß und der blaue Himmel fast ganz schwarz:

Mit 950nm Filter

Noch strengere Filter zu verwenden, macht vermutlich keinen Sinn, da dann die Belichtungszeiten immer länger und ein Fotografieren ohne Stativ unmöglich werden würde. Höchstwahrscheinlich sähen die Ergebnisse auch nicht sehr viel anders als die mit einem 950nm Filter aus.

Effekte der Filterung auf dem bearbeiteten Bild

Normalerweise würde man die Infrafotaufnahmen vor der Veröffentlich natürlich noch bearbeiten. Weiterhin würde man üblicherweise einen Weißabgleich durchführen, um farbneutrale Graustufenbilder anstelle der oben dargestellten Bilder bei automatischem Weißabgleich zu erhalten. Ich habe einmal eine schwarz weiß Umwandlung der obigen Bilder durchgeführt, um die Aufnahmen besser vergleichbar zu machen.

Mit UVI Sperrfilter - sprich eine Aufnahme im sichtbaren Licht:

Im sichtbaren Licht S/W

Nun ohne jeden Filter (multispektral):

Ohne Filter s/w

Mit 720nm IR Filter:

Mit 720nm Filter s/w

Mit 850nm IR Filter:

Mit 850nm Filter

Mit 950nm IR Filter:

Mit 950nm Filter s/w

Man sieht hier auch sehr schön, dass die Schatten im tieferen Infrarotbereich zunehmend schwärzer werden. Dies liegt daran, dass der blaue Himmel wie gesagt fast kein Infrarotlicht aussendet. Da Schatten nur vorm Himmel beleuchtet werden, gibt es in der IR Fotografie oft sehr schwarze Schatten.

Zuguterletzt möchte ich noch eine bearbeitete Version des obigen Bildes zeigen. Es macht mehr her, wenn es gut getont ist, nicht wahr?

950nm Filter bearbeitet

Fazit

Der Umbau der Sony NEX 5N kostet zusammen mit einem UVI-Sperrfilter fast genau so viel wie eine neue Sony NEX 5N mit Objektiv. So ein Umbau ist also eine beträchtliche Investition, die leider vom Markt nur selten honoriert wird. Versucht man eine derart umgerüstete Kamera zu verkaufen, dann bekommt man oft weniger Erlös als für eine Originalkamera. Der Grund dafür ist klar: Nur wenige Käufer sehen in einem solchen Umbau einen echten Mehrwert. Zu speziell sind die Bilder, die man mit einer solchen Kamera machen kann. Deshalb empfiehlt sich ein Umbau nur für Fotografen, die gerne und oft Infrarotaufnahmen machen. Dabei können nicht nur ästhetische Gesichtspunkte eine Rolle spielen. Astrofotografen beispielsweise sind aus anderen Gründen an Infrarotaufnahmen interessiert.

Die Sony NEX 5N eignet sich meiner Erfahrung nach sehr gut zum Umbau in eine spektral undefinierte Kamera. Ich bin mit den Ergebnissen sehr zufrieden und auch damit, dass ich die Kamera auch jederzeit für "normale" Fotografie einsetzen kann. Ich freue mich schon auf die kommende Fotosaison mit dieser Kamera.