Aktualisiert
03.05.2012

 

digitaleInfrarotfotografie

 
 

 

FILTER

InhaltsverzeichnisFilterzusammenstellung fuer Infrarot-Falschfarbenaufnahmen

A) Fotografische Filter - allgemein
B) Filterarten
C) Filter-Fehlerquellen
D) Filter für IR-Schwarzweiss


E) Blauviolett-Filter für IR-Falschfarben
    Filtereinteilung
    Filter für Kameras mit/ohne internem IR-Sperrfilter
    Farbwiedergabe
    Standardaufbau
    Weissabgleich

F) Filtereigenschaften und deren Berechnungen
    Flankensteilheit und ihre Abhängigkeit
    Allgemeines zu Benutzung mehrerer Gläser
    Berechnungen: Dickenumrechnung, FilterkombinationenDas kleine IR-Falschfarbenset
    Grenzen

Spektrale Durchlasskurven von Langpass-, UV-Durchlass- und IR-Sperrfiltern

Spektrale Durchlasskurven von Blau/Violettfiltern mit ausgeprägter IR-Durchlässigkeit


A) Fotografische Filter - allgemein

Licht behandeln wir als elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich von ca. 400nm bis ca. 700nm. Die angrenzenden Wellenlängenbereiche, kürzere Wellenlänge im UV, längere im IR, die sich ähnlich wie sichtbares Licht verhalten, werfen wir gerne mit in diesen Topf, der sich "optisch" beschreiben lässt. Wo liegen die Grenzen?

  1. Meistens dienen Glaslinsen der optischen Abbildung, seltener Spiegel. "Normales" Glas sperrt unterhalb von 350-360nm, Quarzglas oder andere Spezialgläser sind durchlässig in UV-A, UV-B bis hinunter zu UV-C oberhalb 200nm, Anwendung in der Mikrolithografie.
  2. Früher war Silberhalogenid-Film die Basis der Fotografie. Theoretisch lässt sich eine Grenzwellenlänge am langen, infraroten Rand des Spektrums ableiten, über der die Energie der Photonen nicht mehr in der Lage ist, ein Silberhalogenidkristall effektiv zu belichten, also entwickelbar zu machen. Diese Grenzwellenlänge ist rechnerisch etwas über 1200 nm, die praktischen Werte lagen bei realen Produkten auch tiefer / kürzer.

Mit dem Wegfall der Silberhalogenidfilme und dem Aufstieg der Digitalfotografie ist dieses spektrale Kriterium des Films weniger wichtig geworden. Die gebräuchlichen Objektive zeigen bei länger werdenden Wellenlänge kein abruptes Ja / Nein - Ende, sondern einen graduellen Übergang von sehr guter Transmission bei 700nm, die dann sanft über mehrere hundert Nanometer langsam abfällt. Dies ist allerdings ein Zusammenwirken aus der eigentlichen Transmission der Gläser und der aufgesattelten Durchlässigkeit bzw dem selektiven Sperren der Anti - Reflex - Vergütung, ohne die fast kein Objektiv kommt.

Durch diese Grenzen wird das spektrale Fenster gebildet, in dem wir Filter betrachten. Dabei ist es wichtig, zu allererst 2 verschiedene Arten zu unterscheiden, wie die Filterwirkung zustande kommt: Absorptionsfilter oder Interferenzfilter.

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B) Filterarten

Absorptionsfilter: die gewollte, zugelassene Wellenlänge passiert das Filter, die ungewollte, zu sperrende Wellenlänge bleibt im Filter stecken, ihre Energie wird in Wärme umgewandelt. Die meisten Fotofilter sind Absorptionsgläser.

Interferenzfilter: die gewollte Wellenlänge kann die dünnen Schichten, die auf einen mechanischen Träger (ein Klarglas) aufgebracht sind, passieren; die zu sperrenden Spektralbereiche werden von den dünnen Schichten reflektiert, ohne wirklich in den Filter eingetreten zu sein. Kaltlichtspiegel eines Halogenstrahlers funktionieren zum Beispiel so.

  1. Langpassfilter sind im Allgemeinen die optisch "saubersten" Filter. Sie sperren kurze Wellenlängen zu fast 100%, und ab einer Grenzwellenlänge lassen sie längere Wellen zu 90-95% durch. Der Übergang von Sperrung zu Durchlass ist eng begrenzt, eine hohe Flankensteilheit oder Selektivität also. Die Grenzwellenlänge, die 50% Transmission erreicht, gibt dem Langpassfilter seinen Namen. Ein RG 715 ist ein R ot G las, welches bei 715 nm die Grenze zur 50%igen Durchlässigkeit überschreitet.
    In der IR - Fotografie sind Schott RG 695, Schott RG 715, Hoya IR 720, Schott RG 780 sehr gebräuchlich. Benennungsmuster bei Schott: GG = Gelbglas, OG = Orangeglas, RG = Rotglas, dann folgt die Grenzwellenlänge
  2. Kurzpassfilter haben i.A. geringere Flankensteilheit als die Langpassfilter, das heisst sie arbeiten weniger selektiv / sauber. Es gibt Filter:
    1. die UV durchlassen und das sichtbare Spektrum blocken, Schott UG - Serie
    2. blauviolette, die UV + Blau durchlassen, danach Grün, Rot, IR sperren, Schott BG - Serie
    3. cyane Filter, die Blau und Grün durchlassen, aber Rot + IR nicht durchlassen, (auch BG) - schliesslich Filter die B,G,R durchlassen und nur IR sperren, Schott KG Serie
  3. Bandpassfilter sperren einen kürzeren und einen längeren Wellenlängenbereich und lassen dafür einen mittleren Bereich durch. Typischer Vertreter ist ein Grünfilter, der kurzes Blau und langes Rot blockiert, das mittlere Grün passieren lässt.

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C) Fehlerquellen bei Filtereinsatz

  1. Ein Problem kann sein, der Übergang zwischen Sperren und Durchlassen ist zu weich, nicht selektiv genug. Der IR-Sperrfilter vor einem Kamerachip ist ein typisches Beispiel. Er fängt schon im roten Spektralbereich an zu absorbieren, obwohl er Rot durchlassen und erst im IR sperren soll. Aber seine mangelnde Kantensteilheit gibt das nicht her.
  2. Die Transmission in der beabsichtigten Eigenfarbe ist zu gering. Dies ist das typische Problem eines Grünfilters, der selbst wenn er top ist, nur 60% Grün durchlässt, wo man sich 95% Transmission wünscht. So geht Energie / Empfindlichkeit verloren.
  3. Viele Filter haben Nebentransmissionen in Bereichen, wo sie voll sperren sollten. Das ist tatsächlich ein Hauptproblem vieler Grün- und Baufilter, was in der Digitalfotografie zu erheblichem Mehraufwand führt. Wir stellen uns vor, ein Bayer-Pattern vor dem Chip hat Filterflächen in Rot, Grün, Blau. Nun haben aber alle drei Filterfarben Durchlässigkeiten im Infraroten. Vom Rotfilter sind wir das gewöhnt, er ist ein Langpassfilter und kann nicht anders. Aber Tatsache ist, dass auch blaue und grüne Filterschichten im infraroten Bereich wieder durchlässig werden. Werden diese Nebendurchlässigkeiten nicht durch sekundäre Massnahmen abgefangen, kommt es zu unerwünschten Verfälschungen in der Farbwiedergabe. Diese unerwünschten Nebendurchlässigkeiten erklären, warum man mit einem UV-Durchlassfilter sehr interessante IR-Aufnahmen machen kann, er lässt IR durch.
    Auch ein fast perfekter Langpassfilter wie RG 715 lässt minimal Blau und Orange durch.

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D) Filter für IR-Schwarzweiß

Langpassfilter für Schwarzweiss-Infrarotfotografie mit nur geringem Farbanteil im fertigen Bild

  1. Schott RG 695
    Dieser Filter lässt noch merklich visuelles Rot durch. Bei starker Sonne und klarer Luft ist aber der bildmässige Wood-Effekt schon erkennbar.
  2. Schott RG 715 / Hoya IR 720
    Dies ist aus gutem Grund das Arbeitspferd für SW-IR und guten Wood-Effekt. Er macht da "auf", wo das Auge und eine normale Digitalkamera "zumacht" . Er ist gut beziehbar, auch die vergleichbaren günstigen Fernost No-Name Produkte können ok sein.
  3. HEBO IR 760
    hat effektiv eine etwas geringere Kantenlage als 760nm. Der Wood-Effekt und die Dunstdurchdringung in der Ferne sind ausgeprägter als mit Schott RG 715. Für Kameras mit eingebautem / verbliebenem IR-Sperrfilter werden die Belichtungszeiten gegenüber einem RG 715 allerdings schon merklich länger, die Hot-Spot-Gefahr grösser.
  4. Schott RG 9 und RG 780
    sind heute teilweise nicht mehr einfach zu beziehen, weil der Filterhersteller B&W das Sortiment stark reduziert hat. Viele Schott-Gläser waren / sind auch über Heliopan / Summer zu beziehen. Grundsätzlich ist heute die Glasauswahl bei HEBO weitaus besser als bei den in Fotokreisen früher etablierten B&W / Heliopan. HEBO- Filter sind kostengünstig als ungefasste Quadrate 50mm x 50mm,  welche auf einfache Art selber gefasst werden können (optimal für Objektive der Filtergrössen 49-52mm).  
  5. HEBO-IR-Filter der steigenden Kantenlage 780 - 800 - 830 - 850 nm.

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E) IR-Falschfarbenaufnahmen mit Blauviolettfiltern

Die üblichen, klassischen Langpassfilter für SW - Infrarotfotografie sollen möglichst perfekt sein:
volle Sperrung im Visuellen, steiler Übergang zum Durchlass im Infraroten mit definierter Kantenlage. Anders sieht das Anforderungsprofil für ein Filter aus, welches kontrollierte Falschfarbenaufnahmen ermöglicht. Wir müssen uns an der Verfügbarkeit und den Transmissionen der tatsächlichen Gläser orientieren, um zu der gewünschten Farbgebung zu kommen.
An dieser Stelle sei folgende Grundeinteilung vorgeschlagen:

  1. Filter, die 2 Spektralbereiche wirksam durchlassen:
    1. Schott UG1 lässt UV und IR durch
    2. HEBO Blau 03 lässt kurzwelliges Blau und IR durch, wenn in mind. 2mm Stärke
    3. HEBO Violett 02 lässt das volle Blau und IR durch, wenn in mind. 2mm Stärke
    4. HEBO Violett 03 lässt das volle Blau und IR durch
  2. Filter, die 3 Spektralbereiche wirksam durchlassen:
    1. HEBO Violett 02 in 1mm lässt das volle Blau, etwas Grün und IR durch in 1mm Stärke
    2. HEBO Ultraviolett 03 / Schott UG5 lässt Blau, Rot und IR durch in 3mm Stärke
  3. Filter, die 4 Spektralbereiche wirksam durchlassen:
    1. HEBO Blau 03 lässt Blau, Grün, Rot und IR durch in 1mm Stärke
    2. HEBO Blau 02 lässt Blau, Grün, Rot und IR durch in 3mm Stärke
    3. HEBO Ultraviolett 03 / Schott UG5 lässt Blau, Grün, Rot und IR durch in 1mm Stärke

Diese Einteilung sagt allerdings noch nicht, ob für die jeweilig verwendete Kamera / Chip die verschiedenen Farbkanäle quantitativ / intensitätsmässig in einem so günstigen Verhältnis zueinander stehen, dass

  1. ein erfolgreicher Weissabgleich mit der tatsächlichen Kamera
  2. eine ansprechende  Farbgebung

gewährleistet sind. Fast alle Praxisteste zu den o.g. Filtern erfolgten mit einer Samsung EX1, die sich durch einen extrem grossen Toleranzbereich für den Weissabgleich auszeichnet. Ihr interner IR-Sperrfilter vor dem Chip braucht nicht entfernt zu werden.
Die Filterkurven der o.g. Filter zeigen eine grosse Dominanz des ultravioletten und blauen Spektralbereiches. Da der Chip im UV relativ schwach anspricht, beschränkt sich die weitere Arbeit im Wesentlichen auf eine zusätzliche Reduzierung der blauen Belichtung. Dazu stehen zwei Mittel zur Verfügung:

  1. Langpassfilter steigender Kantenlage, z.B. : 420 - 440 - 455 - 475 - 500 - 515 - 540 - 565 - 580 nm
  2. rötliche Konversionsfilter, eher die höheren Stärken KR12 und KR 15 machen Sinn.

Der Unterschied zwischen a) und b) besteht darin:

Die Gelb + Orangefilter mit steiler Kantenlage nehmen mit zunehmender Stärke fortschreitend blaue Wellenlängen komplett weg. Eine Filterung 475nm lässt minimales Rest-Blau noch zur Bildentstehung zu, ab 500nm ist mit Sicherheit alles Blau ausgeschlossen / verloren, wodurch das Falschfarbenbild qualitativ einen Kanal verliert, schlecht für gute Falschfarbe. Eine weitere Erhöhung der Kantenlage im Orange schwächt zunehmend auch das Grün.

Die Gelbfilter haben zudem die Eigenschaft, dass sie ausnahmslos fluoreszieren, dass heisst sie müssen im Strahlengang vor den Blaufiltern liegen, nie dahinter. Eine Gelborangefärbung des  Bildes mit stark reduzierten Kontrasten wäre die Folge.
Die rötlichen Konversionsfilter lassen grundsätzlich alle Blau-Wellenlängen bestehen, schwächen diese aber graduell. Zudem schwächen sie proportional auch den grünen Spektralbereich mit. Manchmal ist dies erwünscht, manchmal nicht. Da die KR - Filter das Blau nicht so konsequent schwächen wie gelbe Kantenfilter, ist es manchmal sinnvoll, die Wirkungen beider Systeme zu kombinieren: ein GG 455 nimmt das kurze Blau weg, ein KR 15 drückt die Intensität des Restblaus, ohne es vollständig zu eliminieren. So hat man mehr Steuerung.

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Filter für Kameras mit/ohne internem IR-Sperrfilter

Für Falschfarbenaufnahmen ist es grundsätzlich von Unterschied, ob man eine Kamera mit verbliebenem, mässig schwachem IR-Sperrfilter vor dem Chip benutzt ( praktische Beispiele: Samsung EX1, Pentax K100, Nikon D40 ) oder ob man eine gestrippte Kamera einsetzt. Die Balance der sichtbaren Anteile B,G,R zum unsichtbaren IR muss dann deutlich anders gewählt werden. In einer Kamera mit verbliebenem IR-Sperrfilter sollen die Transmissionen der sichtbaren Anteile B,G,R  intensitätsmässig im Prozentbereich liegen, um mit dem geschwächten IR-Signal konkurrieren zu können / kompatibel zu sein.
Benutzt man eine ausgeräumte Digitalkamera, hätte eine solche Filterung einen übermächtigen IR - Anteil zur Folge. Deshalb müssen jeweilige Teste ergeben, wie hoch die sichtbaren Anteile steigen dürfen, um zusammen mit einem ungebremsten IR die Balance für eine gute Falschfarbenaufnahme zu ergeben. Relativ durchlässige Filter wie Hebo Blau 02 in 1mm oder  Ultraviolett 03 in 1mm Stärke können dann verwendet werden, evtl. mit minimaler Violettbeschneidung. Will man eine besonders aufgeschlüsselte Information des Grüns, kommen auch Hebo Grün 16 in 1-2 mm oder Hebo Grün 05 in 2-3 mm in Betracht.
Wenn alle vier Spektralbereiche B,G,R und IR auf den Chip gelangen, kommt es speziell im Rotkanal zu Überschneidungen, weil dort Rot und Infrarot gleichermassen die roten Pixel belichten. Es muss damit gerechnet werden, dass bestimmte Objekte ( vor allem rotblättrige Pflanzen ) dann an Interpretierbarkeit verlieren, weil im fertigen Bild nicht mehr erkennbar ist, aus welchem primären Spektralbereich die rote Wiedergabe resultiert. Die Selektivität der IR-Information kann so leiden. Deshalb kann es ratsam sein, eine Filterkombination zu wählen, die den roten Spektralbereich drückt. Ein Hebo Violett 02 in 1mm Stärke (für Kameras mit IR Sperre) oder ein Hebo Blau 02 in 2-3mm Stärke (für Kameras mit entfernter IR-Sperre) können das näherungsweise.

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Farbwiedergabe

Es ist sehr schwierig bis unmöglich, aus Filterdurchlasskurven und deren rechnerischer Multiplikation alleine auf eine mögliche Farbwiedergabe zu schliessen, weil ein oder zwei Faktoren stets unbekannt bleiben:

  1. welche Durchlasskurve hat der interne IR-Sperrfilter?
  2. Welche nicht-klassischen Nebendurchlässigkeiten haben die Farbstoffe R,G,B des Bayer - Patterns vor dem Chip?

So wie (fast) jeder blau oder grüne Foto-Aufnahmefilter Nebendurchlässigkeiten im Infraroten hat, so haben auch die Bayer-Farbstoffe diesen Fehler. Die rote Filterschicht lässt im Allgemeinen sowieso das komplette IR durch, der Hauptanteil der IR-Aufzeichnung erfolgt deshalb stets im Rotkanal. Es sind aber die kleinen Nebendurchlässigkeiten von blauen und grünen Bayer-Filterfarben, die den IR -  Falschfarbenaufnahmen manchmal ihre Würze, manchmal ihre Unberechenbarkeit geben.

Einrichtung eines Standardaufbaus

Theoretische Vorüberlegungen aus Vergleichen der Transmissionskurven geben eine Vorauswahl, aber gesicherte Aussagen kommen durch praktische Teste unter reproduzierbaren Bedingungen. Mit einem Standardmotiv fällt das leichter:
  • Sonne zu 3/4 im Rücken, also leicht konturierendes Mitlicht
  • wenige Wolken am Himmel, klare Luft
  • Bewuchs von Laubbäumen, grün und rot, plus Koniferen plus Wiese
  • neutrale Flächen wie Asphalt oder Beton / grauer Stein
  • künstliche Pigmente auf Flächen ausreichender Grösse, optimal in Blau, Cyan, Grün, Gelb, Rot, Weiss
  • ein mit roter Sportplatzasche präpariertes Brett ( Rot, das wenig IR reflektiert )

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Weissabgleich

Für den Weissabgleich bei praktischen Testaufnahmen gibt es an Möglichkeiten:

  1. Weissabgleich auf ein Stück weisses Papier
  2. Weissabgleich auf ein Stück gelben, orangefarbenen oder roten Karton
  3. Weissabgleich auf ein Stück sonnenbeschienene Wiese
  4. Weissabgleich Kamera einfach integral mitten ins Bild gehalten
  5. Weissabgleich wie d) unter Ausschluss des Himmels
  6. Weissabgleich wie d) mit 2/3 Flächenverteilung Boden und 1/3 Himmel
  7. Weissabgleich wie d) mit 2/3 Himmel und 1/3 Boden
  8. Weissabgleich wie d) mit ausschliesslich Himmel

Jede Methode wird eine andere Farbgebung erzeugen. Auswahl nach Eignung vornehmen

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F) Filtereigenschaften und die Berechnung von Filterkombinationen


Flankensteilheit und ihre Abhängigkeiten

Ein typisches Gelbfilter hat i.A. eine steile Flanke / Kante als Trennung von Sperrung zu Durchlässigkeit. Blaue, kurze Wellen werden absorbiert, grüne und rote Wellen durchgelassen. Deshalb heisst es auch Kantenfilter. Die Kantenlage wird angegeben mit der Grenzwellenlänge, bei  der die Transmission gerade 50% seiner insgesamt maximalen Transmission erreicht. Seine Kante ist aber nicht beliebig steil. Sie ist abhängig von der Glassorte / Qualität und der Filterdicke. Ein Filter mit einer gegebenen Kantensteilheit und 1mm Stärke wird grundsätzlich steiler, wenn er in 2 mm Stärke vorliegt, da sich alle Transmissionswerte bei der Dickenverdopplung mit sich selbst multiplizieren. Das Resultat ist eine Aufsteilung der Kante mit einer leichten Verschiebung der 50%-Transmission / Kantenlage zum Längerwelligen hin.
Praktisch alle fotografisch verwendeten Langpassfilter sind Kantenfilter. Eine grobe Klassifizierung in der praktischen Fotografie kann so aussehen:

  1. 395nm - 420 nm: UV - (Schutz-) filter, zu unterscheiden vom UV - Durchlassfilter wie z.B. Schott UG 1
  2. 435nm - 525nm: Gelbfilter
  3. 540nm - 580nm: Orangefilter
  4. 590nm - 670nm: Rotfilter
  5. 690nm - 1000nm: IR-Filter

Von der Herstellung her unterscheidet man zwischen Anlaufgläsern (durch Wärmebehandlung) und Ionen-gefärbten Gläsern.

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Allgemeines zur Benutzung mehrerer Filter

Üblicherweise steht in Fotolehrbüchern, mehr als ein Filter vor dem Objektiv sei nicht ratsam. Dieser allgemeine Rat darf hinterfragt werden. Was ist die Absicht? Die Qualität des Bildes soll nicht unnötig leiden, stelle ich als Begründung in den Raum. Nun sind wir erwachsene Menschen und können uns überlegen:

Wenn es Situationen gibt, in denen eine Kombination von 2 Filtern bessere Bilder / Ergebnisse ermöglicht als mit nur einem Filter, was ist daran schlecht? Und wenn 3 Filter nochmals leistungsfähiger sind als 2, warum nicht?

Dabei gilt es allerdings zu berücksichtigen:

  1. Filter sollen immer sauber sein. Empfohlen ist ein weiches Tuch, zum Beispiel ein gesäumter Rest eines Biber-Bettuches und ein Hand-Blasebalg. Drei saubere Filter hintereinander sind besser als ein verschmutzter Filter.
  2. Das Fotografieren im Gegenlicht sollte grundsätzlich mit Vorsicht geschehen, mit (mehreren) Filtern erst recht.
    Grundsätzlich kann jedes zusätzliche Glas vor dem Objektiv den Detailkontrast verschlechtern, aber die Wahl des richtigen Zusatzfilters kann genau diesen gewünschten Detailkontrast auch verbessern.
  3. Mehrere Filter als Pack bergen vor allem bei Weitwinkelobjektiven die Gefahr von Eckenabschattungen / Vignettierung. Das ist in jedem Einzelfall zu prüfen. Zur Vermeidung gibt es dünne Slim-Filterfassungen und wir verwenden eine Technik, mit Filteradaptern grössere Filter auf kleineren Objektiv-Filteranschlussgewinden zu benutzen, was die Gefahr von Vignettierungen drastisch verringert (zum Beispiel 72mm Filter auf 52mm Objektiv).
  4. Eine für spezielle Aufnahmen primär notwendige spektrale Verteilung des Lichtes muss halt auch physisch durch Hardware, sprich Filter, hergestellt werden. Manche Farbkorrekturen sind nachträglich durch Software möglich, aber es gibt Prioritäten, was schon bei der Aufnahme spektral "passen" muss.
  5. Bestimmte Filterkombis erfordern eine festgelegte Reihenfolge. Ein Gelbfilter muss aussen auf einen Blauviolettfilter, nie umgekehrt. Die ultraviolette Strahlung hinter dem Blauviolettfilter würde das Gelb- (oder Orange-) filter zur Fluoreszenz anregen. Vorsicht: es gibt vornehmlich deutsche UV-Sperrfilter, die ebenfalls fluoreszieren, einige Fernost-UV-Sperrfilter fluoreszieren nicht. Eine entsprechende Prüfung kann in violettem "Discolicht" erfolgen. Ein fluoreszierendes UV-Sperrfilter ist übrigens auch in der allgemeinen Farbfotografie absolut kontraproduktiv, wird aber leider oft so verkauft.

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Berechnungen: Dickenumrechnung, Filterkombinationen

In Datenblättern finden wir Durchlasskurven und Wertetabellen für die Transmission der zu beschreibenden Spektralfilter. In unserer Anwendung haben wir häufig die Wahl, in welcher Stärke wir ein spezielles Filterglas einsetzen möchten oder müssen. Um die Ergebnisse besser abschätzen zu können, ist es nötig und hilfreich, von Dicke A auf Dicke B umrechnen zu können. Gelegentlich finden wir Werte und Kurven für eine Standarddicke, zum Beispiel für 2mm. In einem Beispiel soll gezeigt werden, wie solche Werte auf geringere Dicken wie 1mm oder höhere Dicken wie 3 oder 4 mm umgerechnet werden. Wichtig ist, das rechnerische Prinzip hinter der ablaufenden Physik zu kennen, und wenn man dies einmal weiss, darf man sich bequem von Rechenprogrammen diese Arbeit abnehmen lassen.
Gegeben sei ein Blaufilter der Dicke 2mm, wir interessieren uns für den Übergang seiner Transmission in dem Bereich, wo er anfängt, von transparent auf Sperrung umzustellen.

Daten für Ausgangsdicke 2mm:
Transparenz für 450nm: 80%
Transparenz für 475nm: 40%
Transparenz für 500nm: 10%

Neuberechnung für eine Dicke von 4mm = 2x 2mm:
450nm: 80% x 80% = 0,8 x 0,8 = 0,64 = 64%
475nm: 40% x 40% = 0,4 x 0,4 = 0,16 = 16%
500nm: 10% x 10% = 0,1 x 0,1 = 0,01 = 1%

Neuberechnung für eine Dicke von 1mm:
450nm: Wurzel aus 0,8 = 0,89 = 89%
475nm: Wurzel aus 0,4 = 0,63 = 63%
500nm: Wurzel aus 0,1 = 0,32 = 32%

Neuberechnung für eine Dicke von 3mm:
450nm: Wert von 2mm x Wert von 1mm ODER Wert von 1mm hoch 3 = 0,71 = 71%
475nm: Wert von 2mm x Wert von 1mm ODER Wert von 1mm hoch 3 = 0,25 = 25%
450nm: Wert von 2mm x Wert von 1mm ODER Wert von 1mm hoch 3 = 0,03 = 3%

Wir sehen, dass die Selektivität, mit der das Filter Blau bei 450nm durchlässt im Vergleich zur Sperrung bei 500nm stark von seiner Dicke abhängt. Wenn wir den Quotienten bilden T450 : T500 ergibt sich für:
4mm = Faktor 64
3mm = Faktor 22
2mm = Faktor 8
1mm = Faktor 2,8

Diese Rechnungen laufen grundsätzlich auch für verschiedenartige Filter so ab, zum Einstieg in die Art der Rechnung ist aber ein identisches Filterglas einfacher.

Wer gerade keinen Rechenschieber oder Taschenrechner zur Hand hat, aber dafür Office 2010 auf seinem Rechner, kann sich bei Schott ein Excel-Filterberechnungsprogramm für den nicht kommerziellen Gebrauch herunterladen.

Die Daten sämtlicher Schottfilter sind hier hinterlegt. Auf der Startseite können einzelne Filter in variablen Dicken ausgewählt und dann mit Klicken auf T diabetic/linear als Spektralkurve angezeigt werden. Auch die Kombination von bis zu 5 Filtern ist möglich. Weiterhin gibt es die Möglichkeit, eigene Filterdaten einzupflegen und in die Berechnungen mit einzubeziehen. Dem Anwender bleiben die Excel-typischen Diagramm-Gestaltungsmöglichkeiten offen.

sorry, Bild nicht Browser-compatibel sorry, Bild nicht Browser-compatibel

sorry, Bild nicht Browser-compatibel

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Grenzen

Üblicherweise werden Filtergläser durch Spektralfotometer bestimmt, d.h. gemessen.
Diese Geräte schicken ein definiertes Spektrum, zum Beispiel normiertes Tageslicht, durch den Prüfling. Die spektrale Auflösung wird häufig durch ein physikalisches Gitter bewerkstelligt, wodurch das Signal dann nach Wellenlängen getrennt gescant werden kann. Häufig sind Auflösungswerte von 1, 2, 5 oder 10 nm wählbar. Soweit zur Theorie.
Praktisch ist es häufig so, dass das Messen besonders kleiner Signale störanfällig ist. Ein Messgerät hat normal keine Probleme, eine 85%ige von einer 87%igen Transmission zu unterscheiden, wohl aber eine Transmission von 0,00085 und 0,00087. Diese kleinen Unterschiede gehen gerne im Rauschen unter. Zusätzlich kommt noch dazu, dass bei gewünschter hoher spektraler Auflösung der Messspalt schmaler eingestellt wird und sich dadurch die Messgrösse nochmals verringert. Eine hohe Spektralauflösung und eine hohe Intensitäts/Transmissionsgenauigkeit können sich also widersprechen. Es kann ökonomische Gründe geben, von einem Prüfling nur eine Stärke zu messen und die Werte für abweichende Stärken zu berechnen. Dabei kann folgendes Problem auftreten:
In einer Stärke von z.B. 2mm treten in bestimmten Spektralbereichen sehr kleine Messwerte auf, die evtl. auch noch verrauscht sind. Rechnet man diese Werte durch Radizieren auf 1mm Materialstärke um, verstärken sich die Rauschfehler ganz erheblich. Das kann dazu führen, dass das effektive Verhalten vom hochgerechneten Verhalten derart abweicht, dass der praktische Einsatz der vorab nur "berechneten" Filterstärke nicht optimal wird.
Besonders bei Kameras mit noch eingebautem IR-Sperrfilter kann man  grob überschlägig abschätzen, dass wenn der interne IR-Sperrfilter z.B. nur noch 1% der ursprünglichen IR-Intensität durchlässt, das Niveau der blauen und grünen, evtl. auch roten Spektralanteile ebenfalls in diese Grössenordnung gedrückt werden muss, um ein gut ausbalanciertes Falschfarbenbild zu erhalten. Kommt es an dieser Stelle zu Ungenauigkeiten, wenn also Rot oder Grün nicht ausreichend gedrückt werden, kann sich kein guter IR-Eindruck der Vegetation einstellen, da die Energie von Vegetation im sichtbaren Spektralbereich die gewollte IR-Darstellung übertönt. Andererseits kann ein zu schwaches oder zu stark divergierendes Signal im Blauen / Grünen zu stark verrauschten Ergebnissen führen, weil der Weissabgleich der Kamera die "unterernährten" Kanäle elektronisch pushen muss, um zu einer neutralen Wiedergabe zu gelangen. Es kann zur Diagnose helfen, die Kamerakanäle R,G,B mit einer geeigneten Bildverarbeitungssoftware einzeln in Schwarzweissdarstellung zu beurteilen.
Letztlich sind diese Zusammenhänge ein Hauptgrund dafür, Filterkombinationen für die IR-Falschfarbenfotografie primär so genau wie möglich abzustimmen. Dies gelingt einerseits mit einer guten Auswahl an violetten oder blauen Grundfiltern, die im Wesentlichen mit gelben Kantenfiltern auf die richtige spektrale Bandlage und Brutto-Blau-Intensität gebracht werden und zuletzt evtl. noch mit rötlichen Konversionsfiltern den Grün-Level zu tunen.

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