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Scheimpflugsche Regel: Bildebene, Objektivebene und Schärfeebene schneiden sich in einer Geraden

Die Scheimpflugsche Regel besagt, dass bei einer optischen Abbildung die Bild-, Objektiv- und Schärfeebene entweder parallel zueinander liegen oder aber sich in einer gemeinsamen Geraden schneiden.

Die Scheimpflug-Bedingung wird eingehalten, das heißt, dass die gewünschte Objekt-Ebene mit maximaler Schärfe abgebildet wird, wenn Objekt-, Objektiv- und Bildebene zueinander parallel sind oder sich in einer gemeinsamen Geraden schneiden.

Als Objektiv-Ebene gilt die Hauptebene des Objektivs. Die meisten Objektive haben zwei Hauptebenen, eine objektseitige und eine bildseitige. Die Scheimpflugsche Regel lautet präziser, dass sich die Schärfeebene mit der objektseitigen Hauptebene in der gleichen Entfernung von der Achse des Objektivs schneidet wie die Bildebene mit der bildseitigen Hauptebene, und dass beide Schnittgeraden zueinander parallel sind. Beide Schnittgeraden befinden sich auf der selben Seite der optischen Achse.

Erklärung

Kölner Dom mit normalem Fotoapparat aufgenommen: Missachtung der Scheimpflugschen Regel

Die Regel wurde 1907 von dem österreichischen Offizier und Kartographen Theodor Scheimpflug (1865–1911) formuliert. Sie betont die allgemeine Gültigkeit der Linsengleichung

${\frac {1}{a}}+{\frac {1}{a'}}={\frac {1}{f}}$

mit a = Objektweite (gemessen ab objektseitiger Hauptebene), a' = Bildweite (gemessen ab bildseitiger Hauptebene) und f = Brennweite des Objektives.
Diese ist insofern allgemeingültig, dass sie jedem einzelnen Objekt- den scharf entstehenden Bild-Punkt zuweist. Ist die abzubildende Objektebene nicht rechtwinklig zur Achse des Objektivs, so ist die Bildebene dazu auch nicht rechtwinklig, sondern in dem Maße schief wie es die Scheinpflugsche Regel und die Scheimpflug-Bedingung beschreiben.

Bei einem üblichen, einfachen Fotoapparat liegen die Filmebene und die Objektivebene parallel zueinander. Für eine scharfe Abbildung muss die Bildebene mit der Filmebene zusammenfallen und daher liegt auch die Schärfeebene parallel zu den beiden. Die gemeinsame Schnittgerade liegt sozusagen unendlich weit entfernt. Wird nun ein (flaches) Objekt fotografiert, das schief zur Schärfeebene liegt, so wird dieses Objekt nur im Bereich der Schnittgeraden von Schärfeebene und Objektebene vollständig scharf abgebildet. Das ist z. B. der Fall, wenn man ein hohes Gebäude aus nächster Nähe von unten fotografiert.

Mit einer Spezialkamera oder einem Balgengerät können die Filmebene und die Objektivebene gegeneinander verkippt werden. Dadurch verschiebt sich die gemeinsame Schnittgerade aus dem Unendlichen in die Nähe der optischen Achse. Die Schärfeebene wird dadurch entsprechend so verkippt, dass sie sich mit den beiden anderen Ebenen in derselben Schnittgeraden schneidet. Dadurch kann man die Schärfeebene z. B. so nach hinten kippen, dass sie auf der Front eines von unten fotografierten Gebäudes liegt, die dadurch trotz unterschiedlicher Entfernung von unten bis oben scharf abgebildet wird.

Die elektronische Bildbearbeitung bietet die Möglichkeit, selektive Unschärfe zu erzeugen. So lässt sich ein Bild herstellen, dass scheinbar unter Verletzung der Scheimpflug-Bedingung aufgenommen wurde.

„Doppelter“ Scheimpflug

Manche Publikationen behandeln das horizontale und das vertikale Verkippen der Schärfeebene jeweils separat und nennen das Verkippen um beide Achsen nacheinander (oder gleichzeitig) den doppelten Scheimpflug, im Gegensatz zum einfachen Scheimpflug, bei dem die Schärfeebene nur um die horizontale oder um die vertikale Achse verkippt wird. Geometrisch entspricht der doppelte Scheimpflug einer einfachen Verkippung um eine schräg liegende Achse bzw. einer Verkippung um die Vertikale oder Horizontale und einer anschließenden Drehung des gesamten Kamera-Aufbaus senkrecht zur Objektivebene. Die Scheimpflug-Regel macht keine Aussage über die Richtung der Verkippung und umfasst daher auch den „doppelten“ Scheimpflug.

Perspektivenkorrektur

Auffälliger am gezeigten Bild des Kölner Doms sind die stürzenden (zusammenfallenden) Linien. Diese fallen beim Betrachten des Objektes nicht auf, das menschliche Gehirn gleicht die Linien zu Parallelen an. Diesen Effekt erreicht man in der Fotographie durch Verschieben der Objektivebene parallel zur Bildebene, dem sog. Shiften.

Anwendungsbeispiele für Perspektivenkorrektur

Fotographieren einer hohen Wand (Turmfront) vom Boden aus unter Beachtung der Scheimpflug-Bedingung‎
links: Objektiv gegen Bildebene gekippt; scharf, aber stürzende Linien
rechts: Objektiv parallel zur Bildebene verschoben; keine stürzenden Linien

• Bei einer fotografischen Aufnahme: Scharfe Abbildung einer zwischen Vordergrund und Hintergrund ausgedehnten Objektebene, zum Beispiel die nach oben fliehende Front des Kölner Domes (siehe Foto, bei dem die Scheimpflug-Bedingung nicht erfüllt ist). Dazu verwendet man Fachkameras oder Tilt-und-Shift-Objektive. Bei beiden sind Objektiv- (Objektivstandarte) und Bildebene (Filmstandarte) gegeneinander schwenkbar oder parallel verschiebbar (siehe Abbildung). Im ersten Fall schneiden sich die drei Ebenen in einer gemeinsamen Geraden. Im zweiten Fall bleiben die drei Ebeben zueinander parallel. Bei der Aufnahme eines Turmes fotographiert man nach oben, obwohl die zueinander versetzten Ebenen von Bild und Objektiv parallel mit der Front des Turmes sind (zweiter Fall).

• Entzerren einer genügend scharfen Aufnahme (aufgenommen mit kleiner Blende) von Schrägaufnahmen zum Beispiel bei terrestrischer und Aero-Photogrammetrie: Hierzu wurden spezielle Entzerrungsgeräte entwickelt, die prinzipiell wie die oben genannten Kameras und Objektive konstruiert sind. Zur genauen Entzerrung enthält die Bildebene Passpunkte, auf die die Projektion der zu entzerrenden Aufnahme passen muss.

• Overhead-Projektion ohne Trapez-Effekt : Mit einem speziellen Overhead-Projektor kann die Vorlage an eine normalerweise über den Köpfen des Publikums angebrachte vertikale Leinwand unverzerrt projiziert werden. In einem solchen Projektor sind die Vorlage und das Objektiv parallel gegeneinander verschoben. Die optische Achse schneidet beide Ebenen schräg (siehe rechts in der Abbildung, nahe beim Objektiv ist ein Umlenkspiegel zugefügt).

Tilt/Shift

Als T/S-Objektiv wird ein Objetiv bezeichnet, welches dem Fotographen die Perspektivenkorrektur sowie die Schärfeebenenverlagerung nach Scheimplfug ermöglicht. Mit einem solchen Objetiv wäre es möglich, die Schäfentiefe des gezeigten Dombildes so zu verlagern, dass der komplette Turm scharf abgebildet wird UND die stürzenden Linien entfernt werden.

Siehe auch

• Balgengerät
• Zentralprojektion
• Linsengleichung
• Photogrammetrie
• Verzeichnung

Weblinks

• Beispielfotografien und weiterführende Informationen

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