Nutzen eines Grünfilters

[peter-h]

Liebe Fotografen,

bei einem Nebenschauplatz kam die Frage, ob nicht eine Beleuchtung mit einem guten Grünfilter Vorteile für die Auflösung oder den Kontrast bieten könnte. Als strenges Grünfilter fiel die Wahl auf das Baader Kontinuum Filter mit einem Maximum bei 540nm.
Als Alternative dazu wäre es auch möglich aus einer Farbaufnahme mit einem Programm einen Grünauszug zu erstellen, also "Grünfilter per Software"

Hier nun die Ergebnisse dieser beiden Versuche. Objektiv CZJ Apo 40/0,95 mit weisser 3 Watt LED als Quelle.

Zunächst das ungeschönte Farbbild, welches für die weiteren Schritten herhalten mußte.


Das unbearbeitete Farbbild mit einem Baader Kontinuum Filter.


1. Farbbild in Graustufenbild gewandelt

Bei dieser Umwandlung werden die Rot- , Grün- und Blaukanäle gemittelt und als Graustufenbild ausgegeben. Hat ein Objektiv nun eine schlechte Farbkorrektur, so sind die Rot- und Blauauszüge gegenüber dem Grünauszug unschärfer und haben weniger Kontrast. Ergebnis : Das Bild verschenkt Qualität !

2. Grünauszug vom Farbbild

Hier wird nur der Grünauszug als Graustufenbild verwendet. Gegenüber Bild 1 , ein etwas besserer Kontrast und eine geringfügig verbesserte Schärfe.

3. wie 1. per Funktion als Graustufenbild umgesetzt

Das Bild ist wesentlich dunkler als erwartet, aber durchaus verständlich, denn die Kanäle Rot und Blau haben keine Bildinformation! Inhalt nur schwarz. Bei der Mittelung werden somit die Helligkeit und der Kontrast nach unten gezogen.
Die schlechteste Lösung !

4. Grünauszug vom Grünfilterbild

Sowohl Schärfe, als auch Kontrast zeigen kaum Verbesserung gegenüber Bild 2.

Resümee :
Mit der Software in einem Bildbearbeitungsprogramm kann auf sehr einfache Art ein Grünfilter im Beleuchtungsstrahlengang ersetzt werden.
Wer sehr kritisch ist muß bedenken, dass in vielen Programmen die Farbauszüge nur mit 8 Bit behandelt werden. Teilweise muß die Einstellung auf 16 Bit vorher vorgenommen werden. Diese Einschränkung kann aber nur bei sehr geringem Kontrastumfang als Manko festgestellt werden.

Da die Aufnahmen mit einem guten Apochromat gemacht wurden, können die Ergebnisse für einen Achromat abweichen.

Viele Grüße
P. Höbel

[Detlef Kramer]

Lieber Peter,

Da die Aufnahmen mit einem guten Apochromat gemacht wurden, können die Ergebnisse für einen Achromat abweichen

das genau ist der Punkt: bei einfarbiger Beleuchtung bist Du auch bei einem preiswerten Achromaten auf einen Schlag alle chromatischen Fehler los. Grün nimmt man, weil dafür die Empfindlichkeit des Auges maximal ist.

Herzliche Grüße

Detlef

[bewie]

Hallo Peter,

wie Detlef schon sagte, nimmt man den Grünfilter bei Verfahren, bei denen es nicht auf Farbinformationen ankommt (beispielsweise beim Phasenkontrast an Zellkulturen), weil das Auge im Grünbereich am empfindlichsten ist. Er hat also im wesentlichen physiologische Gründe, denn mit seiner Hilfe bietet das mikroskopische Bild dem Auge den größtmöglichen Kontrast. Bei digitalen Mikroaufnahmen ist ein Grünfilter in meinen Augen schlicht überflüssig, er neutralisiert allenfalls die chromatischen Fehler schlechterer Optiken, hat aber sonst keinerlei Vorteile. Und welchen Sinn sollte dann ein Grünfilter per Software haben? Wenn schon Farbfilter, dann sollte es bei Digitalaufnahmen möglichst kurzwellig sein, also blau bis ultraviolett - aber diesen Aspekt hast Du ja selbst schon bis in die letzten Winkel ausgeleuchtet.

Schöne Grüße
Bernd

[Frank D.]

Über die Anwendung des Grünfilters gab es auch diesen Beitrag:

http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=1077.0

Herzliche Grüße
Frank

[peter-h]

Hallo Detlef, Bernd und Frank,

selbstverständlich ist mir die Anwendung eines Grünfilters gut bekannt. Ich wollte diesen Aspekt auch nicht für die normale Betrachtung mit dem Auge ausführen, sondern auf die Möglichkeit der Nutzung eines Farbauszugs per Software zur Verbesserung der Bildqualität hinweisen.
Auf die Kontrastbeeinflussung eines Achromaten durch die schlechtere Farbkorrektur möchte ich auch jetzt nicht weiter eingehen, denn ich sehe, ich trage Eulen nach Athen 

Grüße aus dem grauen Franken
Peter

[Nutzer nicht mehr aktiv]

Eine Frage dazu.
Ich kann doch auch an der Kamera das grüne Bild aufnehmen und als Weißabgleich einstellen.
Bei jedem Bild, sieht man es jetzt in der richtigen Farbe, ohne den reinen grün Anteil.

Würde das einen Unterschied ergeben?

Weil was hier mit einer Software gemacht wird, macht man doch eher mit Weißabgleich an der Kamera. Oder habe ich da was falsch verstanden?

[wilfried48]

Hallo Peter,

wie du schon selber bemerkt hast machst du verwendest du einen Apochromaten 40x/0.95 mit sehr hoher Apertur und ich kann beim
besten Willen keine grossen Unterschiede erkennen.

Kannst du das ganze mal mit einem gewöhnlichen Achromaten 40x/0,65 machen, der die Diatomee sicher nur knapp und mit flauem Kontrast auflösen kann ?

Ich glaube damit könnte man die verschiedenen Methoden der Grünfilterung besser vergleichen.

viele Grüsse
Wilfried

[Klaus Henkel]

In der Mikrofibel findet sich folgende Erläuterung, die aber zur Zeit wohl nicht allzu häufig gelesen wird, weil sie im Kapitel
4.4.3 Filme für die Mikrofotografie und ihre Belichtung steht. Und dieses ist nicht mehr so ganz zeitgemäß. - Aber hier der Textauszug:

Die Nachteile von einfachen achromatischen Objektiven können bei der Verwendung von Schwarzweißfilm auf einfache Weise ausgeschaltet werden. Man legt ein strenges Grünfilter in den Strahlengang (Schott VG 9, 3 mm stark). Es beseitigt die Farbsäume an den Objektkonturen. Farbreinheit, Konturenschärfe und Auflösungsvermögen sind dann wie bei einem Apochromaten mit gleicher Apertur.

Das genannte Filter lag den Standards von Carl Zeiss Oberkochen stets bei

Gruß KH

[peter-h]

Hallo Wilfried,

wie Herr Henkel schon schreibt ist das Grünfilter in der Analogfotografie bei Schwarzweißfilm ein Hilfsmittel gewesen. Mein kleiner Bildbeitrag sollte nur zeigen, dass es heute auch ohne Grünfilter geht. Ein einfacher Achromat ist im LINK zu finden:
http://www.mikroskopie-ph.de/Pinnularia-Farbtrennung.jpg

Aber ich sehe ich stifte mal wieder mehr Verwirrung als Klärung 

Schöne Grüße
Peter

[Piper]

Liebe Mikrofreunde,

ich möchte noch einige Aspekte anmerken, die für monochromatische Filter sprechen könnten:

Wenn man eine digitale Kompaktkamera adaptiert, bei welcher sich das Objektiv nicht entfernen lässt, kann sich natürlich auch eine begrenzte Achromasie der Kameraoptik qualitätsmindernd auswirken. Was nützt ein hochgezüchtetes hochaperturiges Planapo-Objektiv, wenn das Kamera-Objektiv nicht "mitzieht"?

In ähnlicher Weise könnte diese Überlegung auch für Okulare, Tubuslinsen etc. gelten, die ebenfalls ja nicht selten bei Kameraadaptationen im Strahlengang verbleiben und ggf. weniger aufwendig korrigiert sind als die Objektive.

Monochromatische Blaufilter können aus uns allen bekannten physikalischen Gründen zu besser aufgelösten Bildern führen als monochromatische Grünfilter. Dafür ist der Bildkontrast (visuell und in Digitalfotos) oft schwächer, so dass die Bilder "flau" wirken können. Je weniger schmalbandig die Transmissionskurve des Blaufilters ist, desto schwächer ist der Kontrast (eigene empirische Feststellung). Ein sehr schöner, gut geeigneter Blaufilter ist der H-beta-Filter von Baader Planetarium. Dieser liefert in den meisten Situationen noch passable Kontraste bei sehr guter Auflösung. Ein interessanter Kompromiss zwischen Auflösung und Kontrast ergibt sich auch bei Verwendung des blaugrünen Baader O-III-Filters.

Bei sehr kontrastschwachen, feinen Strukturen im Auflösungsbrenzbereich, z.B. Linienmustern in Diatomeen, führen schmalbandige monochromatische Beleuchtungen zu Kontrasterhöhungen im Vergleich zu Weißlicht, so dass die Aperturblende voll geöffnet bleiben kann, auch dann, wenn man sie im Weißlicht moderat schließen müsste, um die betreffende Feinstruktur überhaupt zu erkennen. Auch dies kann einer Ausschöpfung der maximalen Auflösung im Grenzbereich entgegenkommen.

Wenn man eine Aufnahme im Weißlicht fotgrafiert, welche chromatisch bedingte Schwächen aufweist, dürfte eine nachträgliche monochromatische "Einfärbung" des Farbbildes letztlich nicht viel bringen, da ja die Konturschärfe durch das Originalbild vorgegeben wird. Auch wenn eine handelsübliche Digitalkamera auf einen monochromatischen Aufnahmemodus gestellt wird, dürfte sich hierdurch die Bildqualität in einer solchen Situation nicht verbessern lassen, da ja lediglich das Original-Farbbild, so, wie es vom Farbchip detektiert wird, nachträglich einfarbig koloriert wird.

Unter diesen Aspekten können monochromatische Farbfilter nach eigener Erfahrung durchaus in bestimmten Situationen zu sichtbaren Qualitätsverbesserungen im Grenzbereich des Darstellbaren führen.

Schöne Grüße in die Runde

Jörg Piper

[felix]

Hallo,

daß die Verwendung eines Grünfilters mit Apochromaten und in der Digitalphotographie überflüssig sei, scheint mir noch keine ausgemachte Sache zu sein.  Das setzt doch zwei Annahmen voraus: daß die eingesetzte Kombination Apo/Kpl-Okular (ich gehe von Endlichoptik aus) alle chromatischen Fehler _restlos_ auskorrigiert und daß der Sensor der eingesetzten Kamera über das wirksame Spektrum gleich empfindlich ist.  Beide Annahmen gelten normalerweise nicht.  So ist zB die von Peter Höbel eingesetzte Kamera im Grünbereich empfindlicher als im Blau- und Rotbereich.

Es muß also keine optische Täuschung sein, wenn altgediente Kieselalgenphotographen (digital!) auf den Einsatz eines schmalbandigen Grünfilters schwören.  Und ich glaube mich auch nicht zu täuschen, wenn mir das mit dem Grünfilter aufgenommene Bild gegenüber dem graugewandelte Vollfarbbild deutlich schärfer zu sein scheint -- und dies nicht aufgrund der Vorliebe meiner Retina für Grünzeug.  Ich will aber gerne zugeben, daß die Unterschiede nicht dramatisch sind und daß sie viel deutlicher ausfallen würden, wenn statt eines Apochromaten ein Achromat verwendet würde.

Gruß! -- felix

[peter-h]

Hallo Experten,

ich wollte keinen Glaubenskrieg entfachten, aber wenns denn sein muß  .............
Also durch mein 2. Hobby mit Größen von Lichtjahren und Brennweiten von > 2000mm , habe ich auch Filterchen von OIII über H-beta, H-alpha, Kontinuum, Baader U oder die CCD-Filter für RGB-Aufnahmen. Also eine kleine Kiste voll Glas. Einziger Knackpunkt ist die Kamera.
Welche dann bitte ?  Jede Farbkamera mit einer Bayermaske am Chip bringt einen anderen Verlauf ! Oder dann doch lieber mit einer monochromen Kamera und den entsprechenden Filtern ?
Bis zum Extrem, (im noch vertretbaren Preisrahmen) habe ich schon reichlich Beispiele gezeigt. Der Sprung von Royal-Blue-LED @455nm zu Nichia-UV-LED @365nm ist ganz gewaltig.
Also driftet das Thema nun in Richtung Auflösung und mit welcher Technik ? Reines Hellfeld oder schiefe Beleuchtung ?

Zugegeben nun bin ich leicht verwirrt

Nächtliche Grüße
P. Höbel

[bewie]

Hallo Felix,

ich habe ja nicht gesagt, dass der Grünfilter absolut überflüssig ist. Aber er hat längst nicht mehr die Bedeutung, die er früher hatte. Man muss es halt differenziert betrachten.

Es gibt massenhaft unterschiedliche Anwendungen in der Mikroskopie und die Grünfilterfrage stellt sich ohnehin nur, wenn Farbinformation im Bild überflüssig ist - wie eben bei den Diatomeen-Schalen. Dann ist es sinnvoll, analog zum alten Schwarzweißfilm eine Grauwertkamera mit hoher Lichtempfindlichkeit einzusetzen. Bei einem schlecht auskorrigierten System könnte nun ein Grünfilter sicherlich mehr Schärfe und Kontrast herausholen. Aber die Situation ist nicht vollständig mit dem alten grüngewichteten Schwarzweißfilm zu vergleichen und ich halte heutzutage kurzwellige Filter (oder kurzwellige Lichtquellen) für wesentlich sinnvoller. Denn damit eliminiert man nicht nur eventuelle chromatische Restfehler, sondern holt wesentlich mehr Auflösung raus. Seht Euch doch mal die phantastischen Beispiele an, die Peter Höbel hier immer wieder gezeigt hat. Sich mit einem Grünfilter abzugeben, wäre in dieser Konstellation doch Unsinn.

Das wäre die optimale Konstellation. Viel häufiger ist wahrscheinlich die suboptimale Situation: Man benutzt, weil ohnehin vorhanden, eine digitale Farbkamera. Dann kommen ganz andere Aspekte ins Spiel, die es früher überhaupt nicht gab. Das Bild - und auch der Grünkanal - wird ja von der Kamera errechnet und stellt nicht wie bei der Grauwertkamera ein exaktes Abbild dessen dar, was auf den Chip projiziert wird. Auch wenn auf dem Bayersensor die grünsensitiven Pixel dominieren, besteht der Grünkanal aus interpolierten Werten und ist mit Helligkeitsinformationen der benachbarten Pixel verrechnet. Das kann man auch mit dem schönsten Grünfilter nicht korrigieren. Nun gibt es erstaunlicherweise immer wieder mal die Kombination von schlecht korrigierter Optik und teurer Digitalkamera. Sicher holt man mit einem Grünfilter auch hier noch mehr Bildqualität raus, aber bei einem gut auskorrigierten System verlagern sich die Probleme aus der Optik in die Kamera. Da verbessert auch ein Grünfilter nichts, denn die Kamerasoftware ist für diese monochromatische Situation einfach nicht geeignet, solche Spezialanwendungen haben die Entwickler nicht vorgesehen - dafür gibt es schließlich die Grauwertkameras. Folglich stellt sich für mich nicht mehr die Frage, was ein Grünfilter hier noch bringt, sondern vielmehr die Frage, was aus der RAW-Datei noch rauszuholen ist. Damit kommt man in solchen Situation in der Regel weiter.

Mein Fazit ist jedenfalls: Der Grünfilter kann sich heute größtenteils in der Mottenkiste ausruhen. Es gibt nicht mehr viel sinnvolle Arbeit für ihn.

Bunte Grüße
Bernd

[felix]

Hallo Bernd,

neugierig geworden, habe ich selbst jetzt einige kritische Tests durchgeführt, die ich eh mit meiner 2 Wochen alten Farbkamera von ImagingSource vorhatte.  Danach kann ich das, was Du und Peter Höbel in den letzten zwei Nachrichten gesagt haben, voll bestätigen.

Bei den üblichen 1-Chip CCD-Farbkameras liegt über dem Sensor ein RGB-Beyer-Filter.  Das bedeutet, daß einige Pixel nur die Lichtwerte für G, andere nur die für R und wieder andere nur die für B registrieren.  Setzt man nun ein G-Filter vor die Kamera, dann verliert man  einfach nur Auflösung: die R- und B-Pixel registrieren nichts mehr.  (Das kann bei Objekten, die spielend im Auflösungsbereich des Objektivs liegen, den Kontrast steigern.)  Im schlimmsten Fall wird das Muster des Beyer-Filters sichtbar.  Soll das Bild dann auch noch per Software gedreht werden (immer eine etwas heikle Operation), entstehen unweigerlich häßliche Artefakte (Linien, Gitter).  DeBeyering, d.h. die Interpolation von Werten für Pixel, die kein Licht registrieren konnten, bringt bestenfalls das Beyer-Muster zum Verschwinden, trägt zur Auflösung aber nichts bei.

Wenn es auf höchste Auflösung _nicht_ ankommt, sind die 1-Chip-Farbkameras sicher eine gute Wahl für das mikroskopischen Photographieren.  Anderenfalls ist eine Monochromkamera eindeutig die bessere Lösung.  Das ist jedenfalls auch das Ergebnis eines Gesprächs mit einem Techniker von ImagingSource.  (Ich tausche meine Farbkamera nun gegen eine monochrome um.)

Was nun Grünfilter für das Arbeiten mit einer monochromen CCD-Kamera bringen, bleibt zu sehen.  Gleich in die Mottenkiste möchte ich mein 540nm-Filter nicht legen.  Da scheint mir durchaus noch bedenkenswert, was Herr Piper anmerkt:  daß die Kombination von Objektiv, Okular und Verkleinerungsoptik chromatische Fehler hervorbringen kann, die, wenn man sich an die Auflösungsgrenze herantasten will, relevant sein können.  Vielleicht ist aber in diesem Fall Grün gar nicht die Farbe der ersten Wahl.

Mit Dank für die guten Beiträge in diesem Thread und bestem Gruß -- felix