Empfindlichkeit (Film)

Als Filmempfindlichkeit (engl. film speed) bezeichnet man die Lichtempfindlichkeit von fotografischen Platten und Filmen. Die Filmempfindlichkeit wird heute in DIN, ASA, ISO oder GOST angegeben; früher waren die Angaben in General Electric (GE), Weston sowie in amerikanischen oder europäischen Scheiner üblich.

DX-Codierung auf einer Filmpatrone

Die Angabe der Filmempfindlichkeit findet sich auf der Filmverpackung sowie auf der Filmpatrone; Die Patronen von Kleinbildfilmen im Format 135 werden seit 1983 mit der automatisch auslesbaren DX-Kodierung versehen, die aus einem von der Kamera auslesbaren Schachbrettmuster (CAS-Code) aus leitfähigem Material und einem von den Filmverarbeitungsmaschinen im Labor lesbaren Barcode besteht, Neben anderen Angaben wird dort auch die Nennempfindlichkeit des Films aufgeführt. Auch die 1996 eingeführten Patronen der APS-Filme des Formats IX240 (aka Advantix) enthalten DX-iX-Code-Angaben. Seit etwa 1998 steht ein ähnliches System auch für Rollfilme der Formate 120 und 220 zur Verfügung, das von Fujifilm unter der Bezeichnung "Barcode System" eingeführt wurde. Hierbei wird u.a. die Filmempfindlichkeit im Rahmen eines Barcodes auf dem Aufkleber kodiert, der den lichtempfindlichen Film mit dem Trägerpapier verbindet^[1]. Dieser Barcode kann von einigen neueren Mittelformatkameras gelesen werden.

Die Empfindlichkeitsangaben von Kameras mit digitalen Sensoren sind an Definitionen für Filme angelehnt.

Filmempfindlichkeitsangabe

Alle Filmempfindlichkeitsangaben basieren auf Schritten im Abstand von 1/3 Blende, die numerischen Maßzahlen sind jedoch unterschiedlich skaliert: logarithmisch bei DIN, linear bei allen anderen.

DIN

DIN bezeichnet eine Angabe der Filmempfindlichkeit nach einem alten Standard des Deutschen Instituts für Normung e. V., die mit einem numerischen Wert und einer Gradzahl angegeben wird, zum Beispiel 15° DIN für einen Film 25 ASA. Angaben in DIN sind logarithmisch skaliert; 3° DIN entsprechen dabei einer Verdoppelung der Empfindlichkeit, ein Film mit 24° DIN ist also doppelt so empfindlich wie einer mit 21° DIN.

Die DIN-Norm geht auf das System der Scheiner-Grade von Julius Scheiner aus dem Jahr 1894 zurück:

„Die Empfindlichkeitsmessung im DIN-System beruht auf der Belichtung der Materialien durch einen Stufengraukeil mit einer Konstante, die so beschaffen ist, dass ihr Dreifaches dem Zehnerlogarithmus von 2 gleich ist 1. Diese Konstante ist also eine gute Annäherung an 0,1. Die erste Zone unter dem Graukeil, dessen Dichte sich nach dem Entwickeln des Materials um mindestens 0,1 vom unbelichteten Material unterscheidet, bestimmt dessen Empfindlichkeit. Die Belichtung erfolgt mit einem genormten Licht, das sich durch eine gewisse Annäherung an die spektrale Zusammensetzung des Tageslichts auszeichnet, was beim Scheiner-System nicht der Fall war. Die Belichtungszeit wird durch einen Schwerkraftverschluss bestimmt“^[2].

ASA

ASA steht für eine US-amerikanische Norm der American Standards Association (ASA) aus den 1940er Jahren, die ebenfalls mit einem numerischen Wert angegeben wird; die formalen ASA-Spezifikationen werden heute vom ANSI bereitgestellt. ASA ist linear (arithmetisch), das heißt ein Film mit 200 ASA ist doppelt so empfindlich wie ein Film mit 100 ASA, er ergibt somit ein gleich belichtetes Bild bei der halben Verschlusszeit oder bei einer Blendenstufe weniger.

Die ASA-Norm wurde in den 1960er Jahren überarbeitet; dabei ergaben sich teilweise gravierende Abweichungen. Ältere ASA-Angaben können daher nur eingeschränkt mit den heutigen Werten verglichen werden.

ISO

Der internationale Standard ISO der Internationalen Organisation für Normung (ISO) kombiniert die Zahlenwerte von ASA und DIN, daraus ergibt sich also beispielsweise die Filmempfindlichkeitsangabe ISO 100/21°. Die Spezifikation findet sich in dem Standard ISO 5800 von 1987.

GOST

Bei älteren russischen Kameras wird die Filmempfindlichkeit in GOST nach dem Gost-Standard angegeben. Zu unterscheiden sind die „alte GOST“, die vor dem 1. Januar 1987 galt, und die novellierte GOST-Norm 10691-84, die in der UdSSR fortan Gültigkeit hatte. Mit der novellierten Fassung wurde der nationale Standard der alten GOST aufgegeben. Die neue GOST führte nämlich in der Sowjetunion und ihren Nachfolgestaaten die internationale Messweise der ASA bzw. ISO ein. Wenn daher in der Fototechnik von GOST die Rede ist, ist üblicherweise die alte GOST gemeint. Deren Werte entsprechen grob denen der ASA, liegen jedoch aufgrund einer anderen Herleitung etwas darunter:

• 90 GOST sind 100 ASA,
• 180 GOST sind 200 ASA usw.

Ältere Systeme

Angaben nach General Electric (GE), Weston oder in US-amerikanischen beziehungsweise europäischen Scheinergraden sind ältere Filmempfindlichkeitsangaben, die heute nicht mehr gebräuchlich sind.

Scheinergrade

Optischer Belichtungs-messer mit DIN-, Scheiner- und H & D-Graden; der Belichtungsmesser hat einen Ring mit unterschiedlich hellen Zahlen, die Zahl, die gerade noch erkennbar ist, entspricht der Helligkeit.

Das älteste bekannte System zu Angabe der Empfindlichkeit von fotografischen Materialien stammt von dem Astronom Julius Scheiner (1858–1913), der seine Angaben im Jahr 1894 erstmals spezifizierte.

„Scheiner ließ mit einer bestimmten Geschwindigkeit eine lichtundurchlässige Scheibe rotieren, aus der eine Öffnung herausgesägt war in der Gestalt von 20 konzentrischen Sektor-Ringen, deren Sektorwinkel von außen nach innen eine zunehmende geometrische Folge bildeten. Die Konstante der geometrischen Folge war so gewählt, dass der letzte Winkel 100 mal größer als der erste war. Die Konstante entsprach somit der neunzehnten Wurzel aus 100, also ungefähr 1,274... Eine genormte Lichtquelle beleuchtete die Scheibe aus einer ganz bestimmten Distanz. Hinter der Scheibe war eine Kassette angebracht [...], die das zu prüfende Material aufnahm. Diese Kassette wurde genau eine Minute lang geöffnet, während der die Scheibe rotierte. Die Nummer des ersten Ringes, von innen nach außen gezählt, hinter dem das Material nach der Entwicklung eine minimale, genau festgelegte Schwärzung aufwies, bestimmte den Empfindlichkeitsgrad in Scheinergraden des zu prüfenden Materials. Der letzte Grad dieser Skala (die später auf höhere Empfindlichkeitsgrade erweitert werden sollte), der Grad 20, entsprach einer 100 mal höheren Empfindlichkeit als der erste. Ein Unterschied von 3º Scheiner entspricht annähernd einer doppelten Empfindlichkeit, da die dritte Potenz der neunzehnten Wurzel von 100, nämlich 2,069..., eine Annäherung an die Zahl 2 bildet“ ^[3]

16° Scheiner entsprechen etwa 6° DIN/3 ASA, 19° Scheiner entsprechen etwa 9° DIN/6 ASA.

Weston Film Speed Ratings

Die Weston Film Speed Ratings stammen aus den 1930er Jahren, also aus einer Zeit, als es die ASA-Norm noch nicht gab; sie wurden von dem gleichnamigen Hersteller von Belichtungsmessern eingeführt. Als Faustregel kann man Angaben von ASA nach Weston umrechnen, indem man von dem ASA-Wert 1/3 Blende abzieht; aus 125 ASA werden somit 100 Weston.

General Electric (GE)

Die Angaben nach General Electric (GE) waren in den 1940er und 1950er Jahren gebräuchlich. Als Faustregel kann man Angaben von ASA nach GE umrechnen, indem man zu dem ASA-Wert 1/3 Blende dazuzählt; aus 100 ASA werden somit 125 GE.

Differenzierungsbereiche

Fotografische Aufnahmematerialien sind in unterschiedlichen Filmempfindlichkeiten erhältlich. Heutzutage bekommt man fotografische Filme mit Empfindlichkeiten zwischen etwa ISO 25/15° (niedrigempfindlicher Film) und ISO 3200/36° (höchstempfindlicher Film).

Ein empfindlicherer Film ermöglicht freihändiges Fotografieren bei schlechten Lichtverhältnissen, höhere Blitzreichweiten und kürzere Belichtungszeiten. Die Körnigkeit steigt mit der Empfindlichkeit an, daher wird schon bei geringen Vergrößerungen von Negativen empfindlicher Filme die Struktur des Korns sichtbar. Auch die Schärfe und die Auflösung sind bei niedrigempfindlichen Filmen besser.

Diese Zuordnungen sind abhängig von der technischen Entwicklung und damit relativ; Filmempfindlichkeitsangaben über einen „hochempfindlichen“ Film sind keine absoluten Einstufungen. Als „normalempfindlich“ wurde Anfang des 20. Jahrhunderts beispielsweise ein Material bezeichnet, das über eine Filmempfindlichkeit von etwa 5° DIN (2,5 ASA) verfügte wie beispielsweise der Agfacolor-Farbfilm von 1936; der Kodachrome aus demselben Jahr wies bereits 10 ASA auf und war damit – für einen Farbfilm – hochempfindlich. Das Kodacolor-Verfahren von 1942 wies mit 20 ASA eine sensationelle Empfindlichkeit auf. Die folgenden Zuordnungen beziehen sich daher auf die heutige Einteilung (Stand 2004).

Niedrigempfindliche Filme

Niedrigempfindliche Filme bieten die höchste Schärfeleistung und die geringste Körnigkeit. Sie sind daher besonders geeignet für die Diaprojektion, die Anfertigung von Abzügen in Postergrößen sowie die Fotografie bei starker Helligkeit mit Offenblende und lichtstarkem Objektiv.

Zu den niedrigempfindlichen Spezialfilmen gehören unter anderem die ortho- und panchromatischen Dokumentenfilme, niedrigempfindliche Halbtonfilme und Luftbildfilme sowie SW-Umkehrfilme und Infrarotfilme.

• ISO 25/15° (Auflösung: etwa 350–185 Linien/mm): Zum Beispiel Kodak Kodachrome 25 (Herstellung eingestellt), Fotokemika Efke 25 , Agfapan APX 25 (Herstellung eingestellt)
• ISO 50/18°: Zum Beispiel Fotokemika Efke 50, Ilford PanF Plus oder Fujifilm Fujichrome Velvia (50) RVP
• ISO 64/19°: Zum Beispiel Kodak Kodachrome 64, Tasma FN 64

Normalempfindliche Filme

Am häufigsten verkauft werden heute Filme mittlerer Empfindlichkeit (100/21° und zunehmend ISO 200/24°). Dazu zählen auch normalempfindliche Halbtonfilme sowie chromogene Filme.

• ISO 100/21° (Auflösung: etwa 145 Linien/mm): Zum Beispiel Fuji Fujichrome Sensia 100 (Diafilm), Kodak Elitechrome 100 (Diafilm)
• ISO 160/23°: Die meisten Portraitfilme, zum Beispiel Agfa Portrait 160, Agfa Agfacolor Portrait 160, Kodak Portra 160NC, Kodak Portra 160VC
• ISO 200/24°: Zum Beispiel Fuji Fujicolor Superia 200 (Consumer-Farb-Negativfilm), Fuji Fujichrome Sensia 200 (Diafilm), Kodak Kodachrome 200 (Diafilm; Herstellung eingestellt)

Hochempfindliche Filme

Hochempfindliche Filme eignen sich besonders für die Sportfotografie sowie das Fotografieren mit Teleobjektiven. Den ersten hoch- beziehungsweise nach damaligen Maßstäben höchstempfindlichen Farbfilm stellte 1967 Ansco mit dem Anscochrome-Diafilm und einer Filmempfindlichkeit von 500 ASA vor.

• ISO 400/27° (Auflösung: etwa 145–100 Linien/mm): Zum Beispiel Fuji Neopan Professional 400 (Schwarz-weiß-Film), Fuji Provia 400 F (Professional-Film), Fuji Superia X-TRA 400 (Consumer-Film), Ilford XP2 Super 400 (Monochromatischer-Film), Kodak Farbwelt 400 (Consumer-Film), Kodak Elitechrome 200 (Diafilm)
• ISO 500/28°
• ISO 800/30°: Zum Beispiel Fuji Superia X-TRA 800, Kodak Portra 800 (Portraitfilm)

Höchstempfindliche Filme

Höchstempfindliche Filme eignen sich besonders für die Available Light- und Theaterfotografie. Höchstempfindliche Consumer-Diafilme werden nicht mehr angeboten, in diesem Segment gibt es ausschließlich Negativfilme mit bis zu ISO 1600/33°

• ISO 1000/31°
• ISO 1600/33°: Zum Beispiel Fuji New Superia 1600 (Consumer-Film), Fuji Neopan 1600 (SW-Film)
• ISO 3200/36°: Ilford Delta 3200 (SW), Kodak Tmax P3200 (SW)
• ISO 6400/39°
• ISO 8000/40°

Geschichte und Entwicklung

Die ersten fotografischen Emulsionen aus den 1850er Jahren (Nasses Kollodiumverfahren) wiesen eine noch recht geringe Lichtempfindlichkeit auf; die Belichtungszeiten lagen meist im Bereich von einigen Minuten bis Sekunden. Zum Vergleich: Die ersten Fotografien überhaupt benötigten noch acht Stunden. Dies wurde mit der Gelatine-Trockenplatte von 1871 etwa um den Faktor 100 verbessert; der Trockenplattenprozess erreichte eine Empfindlichkeit von etwa 5 ASA.

Die Lichtempfindlichkeit wurde ab Ende des 19. Jahrhunderts standardisiert, die erste Messgröße waren die Scheinergrade; danach wurden noch verschiedene weitere Verfahren von General Electric (GE), Weston und GOST entwickelt, heute sind jedoch nur noch Angaben in ASA und DIN sowie seit 1979 in ISO gebräuchlich.

Die schwarz-weißen Rollfilme der 1920er Jahre hatten – umgerechnet aus den alten Scheinergraden – eine Empfindlichkeit von etwa ISO 16/13°. Eine Verbesserung brachte der Agfa Isochrom, der 1932 ISO 32/16° und 1934 ISO 50/18° erreichte. Noch empfindlicher waren der Kodak Panatomic von 1939 mit ISO 64/19°, der Voigtländer Bessapan mit ISO 100/21° sowie schließlich der Gevaert Gevapan von 1952 mit ISO 160/23°.

Die ersten Farbfilme wie der Agfacolor-Farbfilm von 1936 wiesen eine Empfindlichkeit von ISO 2,5/5° auf. Der Kodachrome hatte bereits ISO 10/11° und war damit – für einen Farbfilm damaliger Verhältnisse – hochempfindlich. Das Kodacolor-Verfahren von 1942 hatte mit ISO 20/14° eine sensationelle Empfindlichkeit. In den 1950er Jahren hatte das typische schwarz-weiße Aufnahmematerial für Boxkameras eine Empfindlichkeit von ISO 40/17°.

Den ersten hoch- beziehungsweise nach damaligen Maßstäben höchstempfindlichen Film stellte 1967 Ansco mit dem Anscochrome-Diafilm und einer Filmempfindlichkeit von ISO 400/27° vor. Weitere hochempfindliche Farbnegativfilme mit ISO 400/27° erschienen 1977 am Markt (Fujicolor II 400, Kodacolor 400). Entsprechendes Umkehrmaterial folgte ein Jahr später mit dem Ektachrome 400.

1982 führte Kodak die T-Grain-Technologie auf Basis von Silberhalogenkristallen ein und brachte mit dem Kodacolor VR-1000 den ersten höchstempfindlichen Film nach heutigen Maßstäben auf den Markt. Ende der 1980er Jahre erschienen Diafilme von Agfa mit 1000 ASA, 1993 konfektionierte Fuji den ersten Farbnegativfilm mit ISO 800/30° (Fujicolor Super G).

Seit 1983 sind Filme DX-codiert, das heißt, auf der Filmpatrone befindet sich ein automatisch auslesbarer Code, der neben anderen Angaben auch die Nennempfindlichkeit des Films enthält.

Eigenschaften

Mit steigender Empfindlichkeit geht das Auflösungsvermögen des Films zurück, da die lichtempfindlichen Kristalle immer größer werden und am Ende als so genanntes Korn auch auf dem Foto sichtbar werden können. Höher empfindliche Filme haben eine schlechtere Farbtreue und Einbußen beim Kontrastumfang (vergleiche Gradationsverhalten). Außerdem steigt mit der Empfindlichkeit in der Regel auch der Verkaufspreis.

Bei älteren Kameras muss die Filmempfindlichkeit manuell eingestellt werden; moderne elektronische Kameras werten dafür die DX-Codierung auf der Filmpatrone aus, welche Informationen über die Filmempfindlichkeit und -länge enthält.

Push- und Pull-Entwicklung

Die Empfindlichkeit eines Films hängt nicht nur von der Herstellung des Films ab, sondern auch etwas von seiner Entwicklung. Die auf die Filme aufgedruckten Angaben sind Nennempfindlichkeiten, die sich auf die standardisierten Entwicklungen C-41 für Farbnegativfilme und E-6 für Diafilme beziehen.

Versehentlich oder absichtlich falsch belichtete Filme können mit einer Sonderentwicklung entwickelt und so mit teilweise deutlich steileren oder auch flachere Gradationskurven versehen werden; dies bezeichnet man als Überentwickeln (Pushen) beziehungsweise Unterentwickeln (Pullen). Die Filmempfindlichkeit ändert sich beim Pushen kaum (nur der Anstieg wird steiler °), beim Pullen wird die Filmempfindlichkeit geringer.

Die Push- und Pullbarkeit von Filmen unterscheidet sich je nach Filmsorte und – insbesondere bei Consumer-Filmen – auch von der jeweiligen Charge. Bei professionellem Aufnahmematerial wird das Push- und Pullverhalten des jeweiligen Films in den Datenblättern der Hersteller dokumentiert, ebenso die dazugehörige Gradationskurve bei modifizierten Entwicklungsparametern.

Farbnegativfilme weisen ohnehin einen recht hohen Belichtungsspielraum von bis zu +/- drei Blendenstufen auf, daher ist eine Push- oder Pullentwicklung hier in der Regel nicht erforderlich. Bei Schwarz-weiß-Filmen kann ein Film mit ISO 400/27° in der Regel problemlos um zwei Blendenstufen auf ISO 1600/33° gepusht werden; bei einer weiteren Steigerung auf ISO 3200/36° ist dann jedoch mit einer überproportionalen Zunahme der Körnung zu rechnen. Diafilme verlangen dagegen grundsätzlich eine präzise Belichtung beziehungsweise eine gezielte Über- oder Unterentwicklung, die Toleranzen sind allerdings auch hier geringer (in der Regel +/- eine Blendenstufe).

°) Pullen verändert kaum die Filmempfindlichkeit. Die Filmempfindlichkeit charakterisiert die Belichtung, die eine leichte Schwärzung des Filmmaterials verursacht. Pullen verändert aber die Gradation, so dass der üblicherweise genutzte Belichtungsbereich für Mitten (D=+0,5...1) nach unten rutscht. Schatten werden aber genauso schlecht wie bei der Standardentwicklung aufgelöst. Bei digitalen Belichtungsanlagen wird weiterhin ohnehin kein Gebrauch mehr von solchen Tricks gemacht - man kann beliebige Gradationskurven digital einstellen und erhält dabei ähnliche bis bessere Ergebnisse.

Physikalische Beziehungen

Schwarz-weiß-Negativfilm

Die Empfindlichkeit von Negativfilm ist in der DIN 4512 bzw. in der ISO 6:1993 definiert. Dazu wird die Schwärzung in Abhängigkeit von der einwirkenden Belichtung bestimmt. Die ASA-Empfindlichkeit für Schwarz-weiß-Negativfilm basiert auf der Belichtung H0, die zu einer Dichte von 0,1 führt und wird über die Beziehung ASA=0,8/H0 berechnet.

Da der standardisierte Entwicklungsprozess für viele Anforderungen zu viel Kontrast aufweist, wird der effektive ASA-Wert oft an die Anforderungen an den Bildkontrast korrigiert (z.B. über das Zonen-System).

Ein Negativfilm mit 1 ASA hat bei einer Belichtung von

• 0,8 lux*s eine optische Dichte von D=+0,1 über dem Grauschleier
• 16 lux*s eine optische Dichte von D=+0,9 über dem Grauschleier

Die Entwicklung des Filmes ist etwa so einzustellen, dass sich ein Gammawert von etwa 0,61...0,62 einstellt (dD=0,8 log H/H0=1,3). Bei Belichtung anderer ASA-Empfindlichkeiten verringert sich die notwendige Belichtung reziprok.

Praktische Nutzbarkeit: Der praktisch nutzbare Empfindlichkeitsbereich beginnt knapp unterhalb 0,8 lux*s / ASA-Empfindlichkeit. Die Schwärzung unterhalb dieser Grenze fällt auf Grund der notwendigen Vier-Photonen-Prozesse sehr schnell ab. Nach oben hin nimmt die Schwärzung über 3 bis 4 Größenordnungen hin zu, so dass die Empfindlichkeit eines Filmes ein Indikator für die minimale Belichtung ist.

Farbnegativfilm

Die Empfindlichkeit des Farbnegativfilms ist in der ISO 5800:1987 definiert. Der ISO/ASA-Wert wird dabei durch die Formel ASA=Wurzel(2)/H0 definiert. H0 steht für die Belichtung [lux*s], die zu einer minimalen Dichte über dem Schleier führt.

Für einen Farbnegativfilm mit 100 ASA liegt H0 bei ca. 1/70 lux*s.

Der ISO-Standard schreibt auch den chemischen Entwicklungsprozess vor, sodass der effektive ISO-Wert normalerweise gut mit dem spezifizierten Wert übereinstimmt.

Farbdiafilm

Die Empfindlichkeit des Farbumkehrfilms ist in der ISO 2240:2003 definiert. Der ISO/ASA-Wert wird dabei durch die Formel ASA=10/H1 definiert. H1 steht für die Belichtung [lux*s], bei der ein „mittlerer“ Farbton eintritt. Für einen Farbdiafilm mit 100 ASA liegt H1 bei ca. 1/10 lux*s.

Der ISO-Standard schreibt auch den chemischen Entwicklungsprozess vor, sodass der effektive ISO-Wert normalerweise gut mit dem spezifizierten Wert übereinstimmt.

Digitale Sensoren

Die CCD- und CMOS-Sensoren digitaler Kameras weisen ein Äquivalent zur Filmempfindlichkeit des chemischen Films auf; auch sie können auf eine niedrigere beziehungsweise höhere Empfindlichkeit eingestellt werden; ähnlich wie beim chemischen Film kann die Schärfeleistung bei Einstellung einer niedrigen Empfindlichkeit gesteigert werden; die Einstellung einer höheren Empfindlichkeit führt dagegen in der Regel zu einer Zunahme des Bildrauschens.

Bei digitalen Sensoren wird die Empfindlichkeit, je nach Anwendungsfall, entweder in Bezug auf den Sättigungsgrad des Sensors bei genügend Licht oder in Bezug auf das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) bei wenig Licht definiert (ISO 12232, Photography – Electronic Still Picture Cameras – Determination of ISO Speed).

Für die Digitalfotografie kommt meist die sättigungsbasierende Definition (Basis-ISO-Wert) zur Anwendung. Der ASA-Wert wird dabei analog zum Farbumkehrfilm über die Belichtung H1 = 10/ASA [lux*s] definiert, die am Bild zu einem mittleren Farbton führt.

Anders als bei einem chemischen Film kann man bei einem digitalen Sensor nicht direkt einen mittleren Farbton bzw. Dichtewert vorschreiben. Daher wird H1 in Relation zur Belichtung gesetzt, bei der der Sensor bzw. der A/D-Wandler in Sättigung geht. Ein üblicher Wert ist hier 18/106, wenn man als Referenzobjekt eine 18-%-Graukarte verwendet und 6 % Sicherheitsreserve für die Sättigung einplant. Professionelle Geräte rechnen hier bis zu 80 % Reserve ein und geben den Basis-ISO-Wert daher wesentlich vorsichtiger an als Consumer-Geräte.

Die Kameraelektronik bzw. der RAW-Konverter wird anhand des gewünschten ISO-Werts so kalibriert, dass die digital codierte Belichtung in einen Pixelwert umgewandelt wird, der im verwendeten Farbraum für die tatsächliche Remission des Objekts steht (hier eben 18 %). Als Referenz wird der grüne oder der gelbe Kanal herangezogen, da diese am empfindlichsten sind.

Die SNR-Daten der in Digitalkameras verwendeten Sensoren verlassen selten die Labors der Hersteller. Der ASA-Wert ergibt sich hier aus der Belichtung H0, bei der ein bestimmter SNR-Wert (analog der Schleierdefinition beim Farbnegativfilm) erreicht wird. Ein SNR-Wert von 40 ist in der Digitalfotografie exzellent, ein Wert von 10 gerade akzeptabel. Bei normalen Consumer/Prosumer-Kameras kann man aber von einem Zielwert von 40 nur träumen, falls er überhaupt angegeben wird. Beim SNR und bei der Sättigungsreserve (= Dynamikbereich) des Sensors trennt sich die Spreu vom Weizen. Mit hochwertigen Sensoren sieht man Details im Schatten und in den Lichtern, wo günstigere Sensoren nur reine Schwarz- oder Weißwerte liefern.

ISO 100	ISO 200	ISO 400	ISO 800	ISO 1600	ISO 3200
Beispiele für die Auswirkung der ISO-Einstellung bei einer digitalen Spiegelreflexkamera (Konica Minolta Dynax 7D) mit CCD-Sensor in APS-C-Größe.

Messung der ISO-Empfindlichkeit

Die Belichtung H (in lux*s) des Films bzw. Sensors kann durch Messung der Leuchtdichte L (in cd/m^2) eines remittierenden Objekts in der Szene über folgende Formel bestimmt werden:

H = b*L*t/N^2

N steht dabei für die effektive Blende des Objektivs und t für die Belichtungszeit in Sekunden. Der Faktor b = 0,650 ergibt sich aus den physikalischen Eigenschaften des Objektivs (Linsentransmission, Vignettierungs- und Streulichtfaktor), einer Objektdistanz vom 80-fachen der Brennweite und einem Winkel von 12° von der Objektivachse (ISO-Messvorschrift). Bei einem TTL-Belichtungsmesser ist b ca. 2 % größer, da die Brennweite des Objektivs und die Objektdistanz bei der Messung automatisch berücksichtigt werden. Wenn man zur Vereinfachung der Messung von einem weit entfernten Objekt auf der Objektivachse ausgeht, wird b = 0,728.

Der ASA-Wert ergibt sich z.B. für Farbumkehrfilme und digitale Sensoren mit der Definition der ASA-Empfindlichkeit (mittlerer Farbton, ASA=10/H) somit zu

ASA=10*N^2/(b*L*t)

Filmempfindlichkeit und Belichtungsmessung

Wie hängt die Definition der ISO-Empfindlichkeit mit der vom Belichtungsmesser vorgeschlagenen Belichtung zusammen? Ein Belichtungsmesser errechnet bei einer Reflexionsmessung den für die Kameraeinstellung relevanten Lichtwert LW= ld(Blende^2/Belichtungszeit) aus der gemessenen Leuchtdichte L (in cd/m^2) eines Objekts über folgende Formel:

2^LW = N^2/t = L*ASA/K

Der Faktor K ist der Kalibrierungsfaktor des Belichtungsmessers und wird laut ANSI/ISO 2720-1974 zwischen 10,6 und 13,4 gewählt. Normalerweise ist K=12,5 bei Nikon, Canon, Sekonic und K=14 bei Minolta und Pentax. Dieser Unterschied spielt aber praktisch kaum eine Rolle.

Der physikalische Zusammenhang zwischen der Leuchtdichte L (in cd/m^2) eines Objekts und der Belichtung H (in lux*s) wurde bereits im Kapitel über die Messung der ISO-Empfindlichkeit erläutert. Es gilt somit für die gemessene Belichtung Hb, die definitionsgemäß zu einem mittleren Farbtonwert führen soll:

Hb = b*K/ASA

Über die jeweilige Definition der ISO-Empfindlichkeit ergibt sich somit die Relation zwischen der vom Belichtungsmesser vorgeschlagenen Belichtung Hb und der bei der ISO-Bestimmung festgelegten Referenzbelichtung H0 bzw. H1. Die Unterschiede spiegeln die verschiedenen Messvorschriften pro Filmtyp wider (Referenz an der Basis der Dichtekurve oder bei mittlerer Dichte bzw. Sättigung)

• Für Schwarz-weiß-Negativfilme gilt: Hb=b*K/ASA=b*K/0,8*H0=10,16*H0 (entspricht +3,3 Blendenstufen über H0)

• Für Farbnegativfilme gilt: Hb=b*K/Wurzel(2)*H0=5,75*H0 (entspricht +2,5 Blendenstufen über H0)

• Für Farbumkehrfilme und digitale Sensoren (sättigungs-basierende Messung) gilt: Hb=b*K/10*H1=0,81*H1 (entspricht -0,3 Blendenstufen in Relation zu H1)

Die Abweichung vom Referenzwert liegt nicht etwa an der „falschen“ Kalibrierung des Belichtungsmessers, sondern an der Geometrie der Szene und der Definition der ISO-Empfindlichkeit.

Die Reserve eines handelsüblichen digitalen Sensors bis zur Sättigung beträgt bei einer Kalibrierungs-Referenz von 18/106 der maximalen Sättigung somit log2(106/18)+0,3=2,9 Blendenstufen über dem gemessenen Wert, da sich ein digitaler Sensor proportional zur Belichtungsänderung sättigt. Das ist etwas mehr als beim Farbumkehrfilm, aber weniger als bei einem Negativfilm. In der anderen Richtung gibt es definitionsgemäß mindestens -2,5 Blenden Reserve, die tatsächliche Empfindlichkeitsgrenze hängt vom Signal-Rausch-Verhältnis des Sensors ab, der leider selten spezifiziert wird.

Umrechnung der Filmempfindlichkeiten

Umrechnung zwischen ASA und DIN: DIN = 21° + 10° * lg ( ASA / 100 )

Umrechnung zwischen ASA und GOST: GOST ~ 0,9 * ASA

Umrechnungstabellen für Filmempfindlichkeiten

zwischen ASA, DIN, ISO und GOST

Filmempfindlichkeiten in ASA, DIN, ISO, GOST

Die Tabelle zeigt wichtige Filmempfindlichkeiten nach der American Standards Association (ASA), dem Deutschen Institut für Normung e. V. (DIN) und der Internationalen Organisation für Normung (ISO) sowie Werte nach GOST ("alte GOST" vor der Novellierung am 1. Januar 1987).

ASA	DIN	ISO	GOST (alt)
1	1°	1/1°	(1)
1,2	2°	1,2/2°	(1)
1,6	3°	1,6/3°	1,4
2	4°	2/4°	(2)
2,5	5°	2,5/5°	(2)
3	6°	3/6°	2,8
4	7°	4/7°	(4)
5	8°	5/8°	(4)
6	9°	6/9°	5,5
8	10°	8/10°	(8)
10	11°	10/11°	(8)
12	12°	12/12°	11
16	13°	16/13°	(16)
20	14°	20/14°	(16)
25	15°	25/15°	22
32	16°	32/16°	(32)
40	17°	40/17°	(32)
50	18°	50/18°	45
64	19°	64/19°	(65)
80	20°	80/20°	(65)
100	21°	100/21°	90
125	22°	125/22°	(130)
160	23°	160/23°	(130)
200	24°	200/24°	180
250	25°	250/25°	(250)
320	26°	320/26°	(250)
400	27°	400/27°	350
500	28°	500/28°	(500)
640	29°	640/29°	(500)
800	30°	800/30°	700
1000	31°	1000/31°	(1000)
1250	32°	1250/32°	(1000)
1600	33°	1600/33°	1400
2000	34°	2000/34°	(2000)
2500	35°	2500/35°	(2000)
3200	36°	3200/36°	2800
4000	37°	4000/37°	(4000)
5000	38°	5000/38°	(4000)
6400	39°	6400/39°	5600

GOST-Werte in Klammern sind angegeben, wenn ein nach GOST genormter Film kein eindeutiges nach ASA/ISO genormtes Äquivalent besitzt. Der Wert in Klammern bezeichnet dann diejenige GOST-Empfindlichkeit, die der ASA-/ISO-Empfindlichkeit der jeweiligen Zeile am nächsten kommt.

Ältere Empfindlichkeitsangaben

Vergleichende historische Filmempfindlichkeitsangaben (Stand: 1965 und 1967)

DIN	Weston	ASA	GE	Scheiner-Grad (amerikanisch)	Scheiner-Grad (europäisch)	Hurter & Driffield (H & D) (britisch)
10°	6	8	5	14	20	200
11°	8	10			21	250
12°	10	12	8	16	22	300
13°	12	16			23	400
14°	16	20	12	18	24	500
15°	20	25			25	600
16°	25	32			26	750
17°	32	40	24	21	27	1000
18°	40	50	32	22	28	1200
19°	50	64	40	23	29	1500
20°	64	80	50	24	30	2000
21°	80	100	64	25	31	2500
22°	100	125	80	26	32	3000
23°	125	160	100	27	33	4000
24°	160	200	125	28	34	5000
25°	200	250			35	6000
26°	250	320	200	30	36	7500
27°	320	400	250	31	37	9000

Siehe auch

• Sensitometrie
• DX-Kodierung
• Filmpatrone
• Konfektionierung
• Lichtstärke

Literatur

Allgemein:

• Felix Freier: DuMont Lexikon der Fotografie. 376 Seiten. Dumont Literatur und Kunst Verlag, Köln 1992, ISBN 3-7701-2982-2
• Hugo Schöttle: DuMonts Lexikon der Fotografie. Foto- Technik, Foto- Kunst, Foto- Design. 332 Seiten. DuMont Reise Verlag, Köln 1978, ISBN 3-7701-0944-9
• Schmidt, KaPe: Grundlagen der Filmmaterialbelichtung: Der Leitfaden für eine perfekte Filmmaterial- und Digitalbelichtung. 185 Seiten. Mediabook International, Stein-Bockenheim 2004, ISBN 978-3-937708-01-0

Zur Umrechnung zwischen GOST/ASA/DIN:

• Polytechnic Dictionary, Moskva, Sovetskaya Encyclopedia, 1980
• Photo Amateur, Brief Reference, Moskva, Iskusstvo, 1981

Weblinks

• Erläuterungen zur Filmempfindlichkeit nach ASA, DIN, GOST und ISO
• Exposure Index (von Peter Haagen)

Fußnoten

1. ↑ Matthias Paul, Administrator im Minolta-Forum Informationen zu Barcodes auf Rollfilmen
2. ↑ Quelle
3. ↑ Quelle 2