Warum kann es eine Kamera besser als die andere? Ein Erklärungsversuch…

Nachdem Andreas Krappweis den schon vor bald zwei Jahren geschriebenen Beitrag „Autofokus-Qualität/Tauglichkeit“ im Januar 2020 kommentiert hatte, habe ich die Ur-Tabelle zum Thema Autofokus-Trefferquote nochmal aufbereitet. Und unter anderem nicht nur die aktuellen Flaggschiffe von Canon und Nikon nachgetragen: die EOS 1DX MK III und die D6, sondern weitere Systemkameras hinzugefügt. Die beiden wichtigsten Spalten der Tabelle tragen die gemeinsame Überschrift: „Gefühlte, vorausgesagte Autofokustauglichkeit für schnell und unregelmäßig bewegte Motive“ – kurz Autofokustauglichkeit. Man könnte es auch "Theoretische Trefferwahrscheinlichkeit" nennen.

Bitte beachten Sie die drei in den Farben Grün, Gelb und Magenta ("Pink") markierten Spalten "DSLM ganz optimistisch", "DSLM realistischer" und "DSLM noch realistischer", was die Trefferquote im Vergleich zur etablierten digitalen Spigelreflexkamera angeht. Sicher lässt sich darüber diskutieren, welche Werte der Realität näherkommen. Tatsache ist, dass die spiegellosen Systemkameras mächtig aufgeholt haben. Mehr dazu weiter unten.

Diese Tabelle ist natürlich nur von Bedeutung, wenn ich ständig den Fotobereich Sport, Action, Tierfotografie bearbeitete. Für Sach- und Architekturaufnahmen haben die Zahlen keine negativen Auswirkungen.

Die Tabelle basiert nur auf einer gefühlten Statistik! Sie wurde aus etlichen Jahren Erfahrung in Basketballfotografie so angelegt – von mir aus auch geschönt, manipuliert –, dass sie auch ohne Statistik von der Realität offensichtlich nicht so weit weg ist. Sie errechnet sich aus Anzahl, Anordnung und Arbeitsweise der Autofokus-Sensoren (Kontrastmessung, Phasendetektion) in Bezug auf die Sensorgröße/-fläche. Das Ganze nach bestem Wissen und Gewissen versehen mit gewissen Korrekturfaktoren, die immer mal angeglichen wurden.

Wie kann es sein, dass die am 12. Februar vorgestellte Nikon D6 laut Tabelle theoretisch schlechter als die Referenz Nikon D5 ist?

Da darf ich auf das fogende Kapitel "Faktoren, die die Trefferquote des AFs beeinflussen" verweisen!

Diese Tabelle ist ein Steckenpferd, eine langjährige Spielerei von mir. Über den echten Nutzen dürfen andere entscheiden. Mir hat sie immer geholfen und auch die Erklärung geliefert, warum die ersten spiegellosen Systemkameras so versagten, was den Autofokus für schnell und unregelmäßige Motive betrifft.

Die geschätzten Trefferquoten basieren auf Objektiven vergleichbarer Lichtstärke/Brennweite. Heisst von 1997 bis 2019 auf den Zooms:

• Canon 2,8/70-200 L USM (AF-Motor im Objektiv)
• 2,8/80-200 mm AF Stangen-Nikkor Version II
• 2,8/80-200 AF Stangen-Nikkor Zwei-Ringversion
• 2,8/70-200 AF-S (AF-Motor im Objektiv) VR I
• 4/70-210 Canon EF
• 3,5-4,8/55-200 Fuji X

Seit 2007 und nach dem Systemwechsel von Canon zu Nikon und der 2015 beginnenden Sammelei von Digitalkameras, muss für die Canon EOS 1D, 1Ds, D60, 40D das uralte 4/70-210 mm Canon EF von 1987 genügen. Immerhin im gleichen Brennweitenberich. Auch das Fuji-Telezoom darf noch dazugerechnet werden.

Canon, Nikon 85 mm Objektive der Lichtstärke f/1,8 – ob mit Stangen-AF oder USM-Motor im Objektiv – liefern dagegen auf der DSLR zu meinem Erstaunen schlechtere Trefferquoten. Positiv „aus der Art schlägt“ allerdings das 1,8/85 mm Viltrox auf den spiegellosen Fuji-Systemkameras.

Zumindest teilweise kann man die geringere Trefferquote mit der kleineren Schärfentiefe beim 85 mm Objektiv und Offenblende f/1,8 erklären. Die Offenblende des Zooms f/2,8 hat Schärfentiefe-Reserven, die zwischen scharf und unscharf entscheiden können:

• Schärfentiefe Vollformat 85 mm f/1,8; 500 cm Motiventfernung 4,83 bis 5,17 m 35 cm
• Schärfentiefe Vollformat 85 mm f/2,8; 500 cm Motiventfernung 4,74 bis 5,29 m 55 cm
• Schärfentiefe 19x27 mm APS-H 85 mm f/1,8; 500 cm Motiventfernung 4,87 bis 5,14 m 28 cm
• Schärfentiefe 19x27 mm APS-H 85 mm f/2,8; 500 cm Motiventfernung 4,79 bis 5,22 m 43 cm
• Schärfentiefe 15x23 mm APS-C 85 mm f/1,8; 500 cm Motiventfernung 4,89 bis 5,12 m 23 cm
• Schärfentiefe 15x23 mm APS-C 85 mm f/2,8; 500 cm Motiventfernung 4,83 bis 5,19 m 36 cm

Werte aus dem Schärfentiefenrechner DIGICAM-EXPERTS/IMAGING-EXPERTS

Diese nüchternen Zahlen sagen aber nichts über die Kamera-Prozessorleistung und Drehzahl/Drehmoment des Motors, der den Autofokus vom Kameragehäuse oder im Objektiv antreibt! Darauf muss man aber achten und Äpfel nicht mit Birnen vergleichen.

Erst beim Kalkulieren/Überarbeiten der Tabelle und Verfassen des immer wieder editierten Texts ist mir bewusst geworden, warum ich zu Beginn instinktiv dem DSLR Phasen-Autofokus in der Tabelle mit einem höheren internen Faktor versehen habe als der Phasen-AF der DSLM. Da wusste ich noch nicht, dass…

Phasendetektions-AF ist nicht gleich Phasendetektions-AF!

Die Messbasis der Phasen-AF-Sensoren, die auf dem Bildsensor der spiegellosen Systemkamera integriert sind, ist sehr klein. Es kann von der Nachfolge-Elektronik zwar gerechnet werden, in welche Richtung der Autofokusmotor fahren muss, aber das nur ungefähr. Die große Messbasis des Phasen-AF-Moduls in der DSLRs kann tatsächlich die exakte Entfernung des Motivs messen. Damit kann der Phasen-AF der DSLR nicht nur besser berechnen, wohin die Kamera fokussieren muss, sondern ein sich unregelmäßig bewegendes Motiv auch besser im Fokus halten. Nichtsdestotrotz ist erst der auf den Bildsensor implementierte Phasen-AF der spiegellosen Systemkamera Voraussetzung für die erfolgreiche Verfolgung eines bewegten Motivs. 

Die Tabelle zeigt deutlich, warum Kameras, die nur über einen Kontrast-AF verfügen, bei bewegten Motiven nur wenig Chancen haben. Obwohl schon lange kein „Nikonianer“ mehr, habe ich mir erlaubt die digitale Spiegelreflexkamera Nikon D5 als die Sport- und Actionkamera schlechthin mit 100 Prozent-Referenz festzulegen. Um es deutlich zu sagen: Ich habe KEINE Nikon D5! Warum die D5 von zwei Kameras deutlich übertroffen wird, ist weiter unten nachzulesen.

Das ganze Gebiet der Autofokusfotografie und die erzielten Treffer schnell und unregelmäßig bewegter Motive hängt immer auch von der Brennweite (Rest-Tiefenschärfe auch bei Offenblende – siehe oben – und das abhängig von der Sensorgröße), Motivgeschwindigkeit/-entfernung, Lichtmenge und -qualität und nicht zuletzt auch von der Tagesform des Fotografen ab. Es gibt Tage, das geht nix, und Tage, wo bald jeder Schuss ein Treffer ist.

Überhaupt nicht berücksichtigt wurde die Art der AF-Sensoren (kreuzförmig oder Linien-Sensor!) und die Prozessorleisteung der jeweiligen Kamera!

Die neue Nikon D6 hat "nur" noch 105 AF-Sensoren, der Vorgänger Nikon D5 153 Sensoren. Aber alle 105 AF-Sensoren der D6 sind kreuzförmig angelegt, die D5 hat "nur" 99 Krreuzsensoren. Immerhin eine Steigerung von rund 6 Prozent. Hört sich nach nicht viel an, aber je näher sich ein beliebiges Produkt der Perfektion nähert, desto kleiner und teurer werden die Näherungsschritte. In der D5 arbeitet ein von Nikon so bezeichneter Expeed 5 Prozessor, in der D6 der Nachfolger  Expeed 6! Die Kombination aus 6 Prozent mehr Kreuzsensoren und der schnellere Prozessor dürften mit Sicherheit für einen noch besseren Autofokus sorgen!

Eine nicht ausrechende Prozessorleistung könnte eine Erklärung sein, warum die spiegellose Vollformat Canon EOS R trotz einer rechnerischen und phantastischen Autofokustauglichkeit von 242 Prozent für schnell bewegte Motive angeblich keinen überragenden Autofokus bietet. Die Rekordmenge von 5.655 AF-Sensoren auf dem Bildsensor der EOS R muss vom Kameraprozessor ja schließlich auch verarbeitet werden! Vielleicht bremst der Prozessor das System aus. Gerne lasse ich mich mit vollaufgelösten Fotos mit einem – sagen wir – 2,8/70-200 mm bei Offenblende auf der EOS R aber überzeugen, dass die EOS R auch bei bewegten Motiven einen treffsicheren Autofokus hoher Ausbeute hat.

Prozessorleistung und Ausführung der AF-Sensoren könnte auch als Erklärung dienen, warum die Canon EOS 1DX mit 63 Prozent AF-Tauglichkeit zwar zahlenmäßig deutlich hinter der Nikon D5 liegt, in der Praxis aber vermutlich gleich viele einwandfrei fokussierte Fotos liefert. Mit der Januar 2020 vorgestellten EOS 1DX MK III liegt Canon dann mit 111 Prozent etwas über der D5. Dass die Nikon D500 mit 158 Prozent deutlich über der D5 liegt, liegt an der im Vergleich zum 24 x 36 mm Vollformat-Sensor der D5 höheren AF-Sensor-Dichte des gleichen AF-Sensors auf dem kleineren 15 x 23 mm AFS-C-/DX-Sensor der Nikon D500.

Mit in die Tabelle aufgenommen wurde die spiegellose Nikon 1 V1. Die DSLM mit dem 13,2 x 8,8 mm 1 Zoll (Inch) Sensor verfügt neben einem Kontrast-Autofokus auch über Phasendetektion! Dort sorgen 73 von insgesamt 135 Sensoren für eine im Idealfall koerrekt nachgeführte Schärfe auf bewegte Motive. Sicher sorgt die Anzahl AF-Sensoren auf dem kleinen Sensor in der V1 für eine zumindest theoritsch hohe Trefferquote. Ob die nun tatsächlich hohe 75 Prozent erreicht, lasse ich mal offen.

Leider hat meine Olympus OM-D E-M1 nicht lange genug gehalten, um das mit Fotos schneller Motive zu erhärten, aber dank ihres Phasendetektions-AFs liegt sie mit 28 Punkten/Prozent deutlich über den 6 und 4 Punkten der OM-D E-M10 und OM-D E-M5! Früher oder später wird eine funktionierende OM-D E-M1 wieder meine Sammlung bereichern. Immerhin zeigen die Praxisberichte, dass es nicht aussichtslos ist, mit einer OM-D zum Sport zu gehen, die nur Kontrast-AF hat. Wenn es aber richtig gut sein soll, muss es ein Phasendetektions-AF sein…

Panasonic und DFD?

Panasonic versucht den fehlenden Phasen-Autofokus seiner Lumix DMC-GX80 und auch GH5 durch "Aufbohren" des Kontrast-Autofokus' durch ein Verfahren genannt DFD zu verbessern. DFD steht für „Depth from Defocus“. Dabei wird aus dem Unschärfebereich („Bokeh“) des jeweiligen Objektivs errechnet wie weit das Motiv „neben“ dem Fokus liegt. Und daraus, in welche Richtung der AF-Motor die Linsen zur Scharfstellung drehen muss. Das erfordert hohe Rechenleistung und soll nur mit Panasonic-Objektiven funktionieren. Das DFD-Verfahren bringt sicher eine Verbesserung, erreicht aber möglicherweise nicht die Qualität des Phasen-AFs.

Ob eine Fuji X-T2/20, X-T3/30 und Sony A6600/A7 III/A9 II tatsächlich mit einer Nikon D5 konkurrieren können, könnten nur ausgiebige Parallel-Tests mit identischen Motiven unter gleichen Lichtbedingungen mit identischen Brennweiten und Blenden passend zur Sensorgröße (!) zeigen. Also beispielsweise die APS-C-Sensor Fuji mit einem 2/200, was dank 1,5 Cropfaktor einem 2x1,5/200x1,5 = 3/300 mm Tele im Kleinbildformat entspricht. Auf der Vollformat Canon EOS 1D X/Nikon D5 müsste dann ein 2,8/300 mm montiert sein. Soviel zur reinen Autofokus-Papierform.

Meine Schwerpunkte in der Fotografie sind Tiere, allem vorweg Pferde (Western-Reitsport) und Katzen. Beides sind Motive, die Autofokushochleistung fordern.

Die Pferde haben dabei die höhere Motiv-Geschwindigkeit. Die größere Motiv-Distanz scheint der Kamera die Arbeit bei der exakten Motivverfolgung zu erleichtern. Erschwernisse ergeben sich beim Reitsport durch das in der Regel sehr schlechte Licht in den Reithallen. Alte Leuchtstoffröhren oder fürchterliche HQI Lampen, beide inkl. Flimmern und riesigen Lücken im Farbspektrum, sind meistens der Standard. Ganz schlimm wird es, wenn beides gemischt verbaut wurde. Für ein korrektes Bildergebnis im Bezug auf Schärfe, Farben und niedriges Rauschen verwende ich deshalb so gut wie immer eine per Funk ausgelöste Blitzanlage (6 bis 14 Blitze á 600 Ws in der Halle verteilt).

Dabei darf man nicht vergessen, dass die Arbeit des Autofokus’ vor dem Blitz, also beim vorhandenen Licht, erbracht wird. Eine sehr konstante, solide Leistung bringt hier die Baureihe Nikon D700/D3/D3s, die ich nach wie vor verwende. Runde 90 Prozent der Aufnahmen sind einwandfrei fokussiert, ohne gravierende Abweichungen bei wechselndem/ unterschiedlichem Licht.

Wegen des leichten Crops (Faktor 1,3) verwende ich aber auch gerne die Canon 1D Mark-II/N, was mir in mittelgroßen Hallen das 10-14-stündige Stemmen des 120-300mm 1:2,8 erspart. So lange durch irgendwelche Fenster auch noch ein Rest von Tageslicht mit in die Halle kommt, schaffe ich mit der Canon 1D-II Baureihe 99 von 100 Aufnahmen gestochen scharf (ich habe tatsächlich gezählt). Mit dem 1,4-fach Telekonverter am 70-200L 1:2,8 immerhin noch knappe 90 Prozent.

Sobald jedoch nur noch Kunstlicht vorhanden ist, geht nichts mehr! Die Canon verweigert dann sogar die Auslösung im richtigen Moment bzw. verzögert leicht. Wir machen wegen der Blitzanlage notgedrungen nur Einzelaufnahmen. Serienbilder sind gar nicht möglich. Auch um uns mit der Bilderflut nicht um den Verstand zu sortieren. Die Schärfe liegt dann meistens daneben. In der Praxis bedeutet das: Bis ca. 19:00 - 20:00 Uhr Canon EOS 1D MK II, danach Nikon D3. 

Ebenfalls beim Westernreiten im Einsatz hatten wir bisher: Nikon D90 (durchaus brauchbar), Nikon D4s (top), Sony Alpha 77-II (top), Canon EOS 7D (unbrauchbar, ca. 40 Prozent Ausschuss), Canon EOS 1D-IV (unbrauchbar, Schärfe bei der Hälfte aller Bilder knapp neben perfekt, wechselweise Front-/Backfokus, also nicht justierbar), Canon EOS 1D-III (variabel), Canon EOS 1DX (top) und Nikon D500 (top).

Wenn die Bengalen-Katzen spielen, sind sie ebenfalls sehr schnell, auch wenn sie in der Geschwindigkeit nicht an ein galoppierendes Pferd herankommen. Hier macht die geringe Motivdistanz dem AF-C/AF-Servo das Leben schwer. Man achte mal auf die Entfernungsskala eines Teleobjektivs: Wie viel Umdrehung nötig ist im Bereich von 1 oder 2 bis 10 Meter zu fokussieren und wie vergleichsweise wenig von 10 Meter bis unendlich. Hier scheint dann tatsächlich der Motor des AF Antriebs gefordert zu sein. Bei den Katzen ergibt sich für mich ein leichter Vorteil für das AF System von Canon. Wenn die Katzen mit Höchstgeschwindigkeit direkt auf mich zukommen, liegt mit der Baureihe Nikon D700/D3/ D3s/D4s die Schärfe manchmal auf den Ohren oder sogar der Brust, statt auf den Augen. Die 1D Mark-II/N trifft hierbei öfter korrekt. Ansonsten gilt das bei den Pferden geschriebene, wobei sich die Nikon D90 bei den Katzen schwerer tut. Die Nikon D200, D2X und D2Xs bringen dagegen sehr gute Ergebnisse. Am schwierigsten wird es, wenn die Katzen-Jungen mit 6-8 Wochen Alter so richtig aktiv werden. Man ist noch näher dran, die Bewegungen sind (mangels Eigenmasse) noch schneller und vor allem absolut unvorhersehbar. Wenn die Bengalen-Jungen toben, gehen eigentlich nur noch die Canon EOS 1DX und die Nikon D500. Diese wären somit mein oberstes Ende der Autofokus-Tabelle. Soweit Andreas Krappweis. Was ja der Theorie/Voraussage, was der Autofokus bei bewegten Motiven schaffen können soll, nicht komplett widerspricht.

Aber auch bei ihm siegte schließlich die Neugier, was denn am Thema spiegellose Systemkamera dran ist. Eine Fuji X-E1 lag schon lange mehr oder weniger ungenutzt rum. Die zählte nicht ;-) Die X-E1 ist mit ihrem nur (!) Kontrast-Autofokus für schnelle Motive eigentlich ungeeignet. Jetzt wollte Andreas es wissen und fotografierte trotz umfangreicher DSLR-Ausstattung mit entsprechenden Objektiven seine extrem agilen Bengalen-Katzen erstmals mit einer gebraucht erworbenen Fuji X-T1 (Vorstellungsjahr 2014) und dem brandneuen, lichtstarken 1,8/85 mm Viltrox. Mit überraschendem, vielleicht von ihm unerwarteten Erfolg. Seinen eindrücke finden Sie im Blog: "VILTROX 85MM 1:1,8 STM – Kein Test, kein Anspruch auf Perfektion in irgendeiner Form."

Im Unterschied zu meiner Standardeinstellung für schnell und unregelmäßig bewegte Motive – bedeutet Autofokuseinstellung „Zone“ mit einer 3x3 Matrix gewöhnlich in der Bildmitte – hat Andreas „Einzelpunkt“ und die von fünf Möglichkeiten/Größen kleinstmögliche AF-Sensorfläche gewählt. Angezeigt werden dabei eine Fläche von 1 Feld, 1 ganzes plus 8 halbe Felder, 9 ganze genau umrissene Felder, 9 ganze Felder mit „etwas Luft“ drum herum und schließlich 9 ganze plus 14 halbe Felder.  

Was ja auch absolut sinnvoll ist, denn sonst hätte die Schärfe bei bestimmten Aufnahmen mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht auf der Katze, sondern auf Geäst oder Gras vor dem Tier gelegen. Das finde ich insofern beachtlich, weil mich die Einstellung „Einzelpunkt“ und verschieden ausprobierten AF-Sensorflächengrößen nicht so überzeugt hatte.

Es beruhigt mich mit meinen Fujis aus der zweiten Reihe – Fujo X-T20 statt X-T2, X-T30 statt X-T3 – keinem Phantom aufgesessen zu sein, und die geliebte Tabelle damit kein kompletter Blödsinn ist. Und dass Fujis erste Profi X-T1 von 2014 - im Februar 2020 wurde die X-T4 vorgestellt - immer noch nicht zum alten Eisen gehört! Möglicherweise sind die Einser-Modelle auch noch einen Tick schneller, als die zweistelligen X-Txx-Modelle. Offensichtlich hat die DSLM zur DSLR mindestens aufgeschlossen!

Interessant wäre, wenn Leser über Erfahrungen mit einer Sony DSLM in vergleichbaren oder auch anderen Sportarten oder Tierfotografie berichten könnte. Sehr gerne auch mit einer Canon EOS R, Nikon Z, Olympus OM-D, Panasonic mFT wie Vollformat…

Ich selbst kann noch die spiegellose Nikon 1V1 beitragen, deren Autofokus mich positiv überrascht hat!

Dieser Beitrag war in Bezug auf Digitalkameras jetzt nicht unbedingt museal, aber mit der Canon EOS D30 von 2000 und der Panasonic Lumix DMC G1 von 2008 sind unter anderem eine 20 und eine 12 Jahre alte Systemkameras vertreten. Für mich hake ich das Thema Autofokus dann ab. Wenn es was bahnbrechend Neues geben sollte, kann ja immer noch drüber berichtet werden. Ein passender Beitrag ist fertig und folgt in Kürze. Ich sag nur das Zauberwort "Firmware-Update".

An alten Digitalkameras kommt in Zukunft etwas weniger, dafür aber (ur)alte und interessante Objektive, adaptiert auf eine moderne Systemkamara ohne Spiegel. Das ist ein fast endloses Spielgebiet...

Ralf Jannke, Andreas  Krappweis, Herbst 2019 bis Frühjahr 2020