Nikon D300 – Umrüstung auf Infrarot 830nm

Infrarot-mit-Nikon-D800E-und-AF-S-VR-416-35mm-II

Die Infrarotfotografie reizt mich schon seit geraumer Zeit. Wirklich neu ist sie nicht, bereits für etwa 100 Jahren wurden die ersten Versuche mit der Infrarotfotografie unternommen. War es in den Kindertragen dieser besonderen Spielart der Fotografie noch etwas ganz besonderes, so ist es im Zeitalter der digitalen Spiegelreflexkameras recht einfach geworden. Der Sensor einer handelsüblichen digitalen Spiegelreflexkamera ist in einem weiten Spektrum des sichtbaren und nicht mehr sichtbaren Lichtes empfindlich. Kurzwelliges für unsere Augen nicht mehr wahrnehmbares UV-Licht kann ebenso abgebildet werden wie langwellige Wärmestrahlung.

Nachtsichtgeräte machen sich diesen Umstand schon seit vielen Jahren zunutze. Besonders die warmen Körper von Menschen und Säugetieren lassen sich nachts im infraroten Bereich noch einfangen, selbst wenn unsere Augen längst nur noch tiefe Dunkelheit wahrnehmen können. Doch der Chip einer Digitalkamera soll eigentlich Bilder aufzeichnen die dem entsprechen was unser Auge im Moment der Fotografie wahrgenommen hat. Hier schlägt nun die Stunde der AA-Filter. Diese Anti-Aliasing-Filter sind aus außergewöhnlich hochwertigem Glas gefertigt und erfüllen mehrere Zwecke. Zum einen wirken sie wie ein leichter Weichzeichner um die Bildung unschöner Moiré-Effekte zu vermeiden. Diese ergeben sich durch die gleichmäßige Anordnung der Pixel auf einem herkömmlichen Sensor in Verbindung mit Motiven die feine Mustern und geometrische Strukturen enthalten. Bei einem Stück Film ist das anders, dort sind die lichtempfindlichen Kristalle relativ zufällig verteilt, so dass hier kaum Moiré-Effekte entstehen können.

Eine weitere Aufgabe des AA-Filters ist es, die Bereiche des Lichtspektrums die wir Menschen nicht sehen können vom Chip fern zu halten, damit sie das Bildergebnis nicht verfälschen. Bei Kameras wie der Fuji X100 ist das ein wenig anders. Diese Kameras verwenden AA-Filter die deutlich weniger in das „Bildgeschehen“ eingreifen und zusätzlich sind die lichtempfindlichen Pixel ein wenig unregelmäßig verteilt. Damit können diese Kameras eine ganz außergewöhnlich hohe Vielfalt an kleinsten Details abbilden und man kann sie sogar in Verbindung mit einem handelsüblichen Infrarotfilter (720nm) für die Infrarotfotografie einsetzen. Die Kehrseite der Medaille ist, dass die Farbdarstellung dieser Kameras manchmal nicht so präzise ist wie es sich mancher Techniker in seinem Labor wünschen würde.

Hier habe ich ein Beispielfoto für Euch, das im letzten Jahr in der Schweiz entstanden ist. Ich habe es mit der Fuji X100 und einem HAMA IR72 aufgenommen.

Neulich-am-Zaubersee

Aber man kann Farbverschiebungen in Verbindung mit einem kleinen Trick Rechnung tragen und Kameras mit dünnem oder gar fehlendem AA-Filter so auf die Sprünge helfen, dass sie eine korrekte Farbdarstellung liefern. Hierzu braucht man lediglich ein paar passende ICC-Profile und einen RAW-Konverer wie Adobe Camera-RAW. Wie das geht habe ich in diesem Video gezeigt.

Schaut man sich die beiden Fotos weiter oben etwas genauer an, so fällt auf, dass die Wolken relativ viel Bewegungsunschärfe zeigen. Woran liegt das? Besonders die Nikon D800E ist als hochauflösende Studiokamera konzipiert und der AA-Filter lässt fast kein Infrarotlicht passieren. Setzt man nun einen Infrarotfilter vor sein Objektiv, so muss man selbst an sonnigen Tagen bei ISO-100 bis zu 30s und länger belichten. Das Ergebnis sind besonders bei der D800E Fotos, die aufgrund der langen Belichtungszeit sehr mit Bildrauschen zu kämpfen haben. Um das Bildrauschen zu verringern könnte man jedes Bild VIERMAL aufnehmen und später in Photoshop mit schwindender Deckkraft „übereinander legen“. Doch das wird eine zeitraubende Angelegenheit, weil man 4x 30s belichten muss, 4x 30s warten muss bis die Rauschunterdrückung fertig ist und dann noch eine längere Zeit mit Photoshop verbringen muss.

Bei der Nikon D700 ist das Bildrauschen weniger stark, aber auch diese Kamera verwendet einen sehr dichten AA-Filter. Wer die Nikon D700 für die Infrarotfotografie in Verbindung mit einem IR-Filter vor dem Objektiv nutzen möchte, der muss wie bei der D800 ständig den Filter an und wieder abschrauben. Das ist nicht nur lästig, da besteht auch immer die Gefahr, dass man beim Hantieren mit dem Infrarotfilter das Objektiv stärker als erlaubt berührt und die eingestellte Fokussierung versehentlich verstellt.

Hier ein Beispielfoto das ich mit meiner Nikon D700 gemacht habe. Für dieses Foto habe ich ein altes manuell fokussiertes Nikon AiS 2.0/35mm in Verbindung mit einem HAMA IR-72 verwendet, das recht unempfindlich gegenüber versehentlicher „De-Fokussierung“ ist.

Siegwehr-mit-Nikon-D700-und-Infratrot-Filter-IR-72

Einerseits ist die Bewegungsunschärfe dieser Fotos ja sehr schön, aber die Entstehung dieser Bilder ist abgesehen von der genialen kleinen Fuji X100 meist sehr mühsam.

Daher habe ich mich lange gefragt ob es nicht irgendwie einfacher geht? Und siehe da, das Problem lässt sich lösen. Schauen wir uns die Sensor-Einheit der Nikon D300 einmal genauer an. Auf dem folgenden Foto sieht man sehr schön den eigentlichen Chip der Nikon D300 und den Halter für den AA-Filter. Um an diese Baugruppe zu kommen, muss man die D300 sehr weitgehend zerlegen. Keine einfache Aufgabe, aber für einen geübten Servicetechniker durchaus machbar. Danach kann der AA-Filter entfernt und durch einen Filter ersetzt werden, der nur noch langwellige Wärmestrahlung passieren lässt.

Nikon-D300-CMOS-Sensor

Ich habe mich vor 5 Wochen entschlossen die ältere meiner beiden Nikon D2x entsprechend umbauen zu lassen. Leider gab es ein technisches Problem, daher habe ich mich entschieden meine Nikon D300 zu „opfern“ und sie zu einer Wärmebildkamera umbauen zu lassen. Der Umbau hat 529,- Euro gekostet und mit dem Ergebnis bin ich relativ zufrieden. Ein Problem bei extrem dichten Infrarotfiltern ist, dass sich in der Schmelze aus Glas und Blei winzige Klumpen bilden können. Hat man einen solchen Filter weit weg vom Sensor vor dem Objektiv so ist das alles völlig unkritisch. Baut man einen solchen Filter nun aber direkt vor dem Sensor der Kamera statt des AA-Filters ein, so werden selbst allerfeinste „Miko-Klumpen“ als dunkle Flecken auf den Bildern sichtbar. Je dichter ein Infrarotfilter ist, umso größer ist das Risiko, dass diese „Klumpen“ auftreten. Besonders bei „echten“ Infrarotfiltern mit 830nm ist das Risiko groß. Daher müssen diese Filter einzeln selektiert werden und oft bemerkt man erst nach dem Zusammenbau der Kamera, dass der Filter nicht geeignet ist. Dann hilft nur eines, das ganze Ding muss wieder zerlegt werden und es muss ein zweiter Versuch gestartet werden. Zusätzlich kann beim Umbau noch allerfeinster Staub zwischen Sensor und Chip gelangen. Dieser lässt sich später nicht mehr entfernen und man muss die „Fehlstellen“ entweder in jedem seiner Fotos immer wieder manuell mit Photoshop und dem Kopierstempel entfernen oder man arbeitet grundsätzlich im RAW-Modus und verwendet Nikon Capture für die RAW-Konvertierung. Hier kann man dann ein Staubreferenzbild verwenden um die Schatten der Staubkörner automatisch aus den Bildern zu entfernen.

Bei den ersten Testbildern musste ich leider feststellen, dass auf meiner teuer umgebauten Nikon D300 nicht nur 2-3 kleine „Klumpen“ zu sehen sind, sondern etwa 20 winzig kleine dunkle Fehlstellen. Angesichts des Umbaupreises in Höhe von 529,- Euro ist das wirklich frustrierend! Wie sehr sie im „echten Leben“ aber wirklich stören werden, dass wird sich zeigen.

Hier habe ich nun mein erstes Test-Foto mit der umgebauten Nikon D300. Jeder der daheim ein Ceran-Kochfeld hat weiß, dass diese Dinger fast schwarz sind und dass man die Heißspiralen nur sieht, wenn sie tief drinnen im Kochfeld rot aufglühen. Mit der umgebauten Nikon D300 kann man nun durch dieses „Glas“ hindurchschauen. Und das Krasse ist, dass dies bereits bei ISO-800, Blende 2.8 und 1/30s funktioniert – also freihändig ganz ohne Stativ!

Nikon D300 - Infrarot - Infrared

Schaltet man eines der Kochfelder für etwa 10s ein, so wird es im Bild wie im folgenden Fotos dargestellt. Die sich langsam erwärmende Heizspirale wird weiß abgebildet. Lässt man das Kochfeld eingeschaltet bis man mit bloßem Auge die Heizspirale sehen kann, so überstrahlt dieses eine Kochfeld im Testbild schnell das gesamte Foto. Die Nikon D300 kann also „Wärme“ nach dem Umbau sehr gut differenzieren!

Nikon D300 - Infrarot - Infrared

Hier nun das Kochfeld vorne links im Detail. Es war etwa 15s lang eingeschaltet und schon sehen wir, dass man mit sehr kurzen Belichtungszeiten arbeiten kann und dass die Wärmestrahlung zu weißen Bildbereichen führt während der Rest des Kochfeldes ist tiefer Dunkelheit versinkt.

Nikon D300 - Infrarot - Infrared

Nun ein Test im Schneetreiben an der Bonner Museumsmeile mit ISO-200, 1/125s und Blende 5,6 ohne Stativ. Als Objektiv habe ich das Nikon AF-S 2.8/17-55 verwendet.

Nikon D300 - Infrarot - Infrared

Das Bild zeigt überraschend viele feine Details und lässt für das Frühjahr auf schöne Landschaftsfotos mit der D300 hoffen. In der kalten Winterzeit sind Infrarotfotos meist relativ langweilig weil nur wenige Bildelemente wirklich warm sind. Blühen aber erst einmal die Pflanzen und produzieren die Blätter der Bäume wieder ordentlich viel Chlorophyll, so werden mit der umgebauten Nikon D300 Infrarotfotos wie dieses hier ganz einfach möglich sein und darauf freue ich mich jetzt schon ganz besonders 🙂

Sonogno-im-Tessin-mit-Fuji-X100-und-IR-72

0 Kommentare zu “Nikon D300 – Umrüstung auf Infrarot 830nm

  1. Hi Ansgar.
    Was man nicht alles machen kann. Einfach Krass dieser Umbau. Ich habe noch nie von dieser Technik gehört. Danke für die präzise Erklärung.
    Wo hast Du denn die störenden Körner gesehen? Auf den hier gezeigten Aufnahmen konnte ich zumindest nichts sehen.

    Ich bin gespannt was Du uns mit der umgebauten D300 noch so alles präsentierst.

    Kannst Du damit z.B. auch mit IR Kameras überwachte Areale aufnehmen, resp. die Ausleuchtung der IR Beleuchtung ’sehen‘? 🙂

    LG
    Heinz

    • Hallo Heinz, die Staubkörner sieht man wenn man ein Weitwinkelobjektiv ansetzt, das auf „Unendlich“ fokussiert, eine transparente weiße Kunststoffplatte vor das Objektiv hält, das Objektiv damit dann auf eine Lampe richtet und anschließend bei Blende 22 und Zeitautomatik ein Foto macht. Das ist der ultimative Test für Sensordreck aller Art. Verkleinert man die mit 12 MPix doch relativ großen Fotos auf 1000 Pixel Kantenlänge, so sieht man sie meist nicht mehr. Aber in der 1:1 Ansicht fallen sie sehr störend auf. Würde man die Bilder ausdrucken, so würde man die Staubkörner und Klumpen auch zu sehen bekommen.

      Bei der Vorbesprechung zum Umbau hieß es noch „Qualität ist bei uns alles“ – aktuell bin ich ziemlich enttäuscht was man dort unter „Qualität ist alles“ versteht…

      Aber der IR-Filter funktioniert und man kann wird mit der D300 jetzt coole Fotos machen können. Ob sie sich als Überwachtungskamera einsetzen lässt, das glaube ich eher nicht. Wenn ja, dann nur bei ISO3200, offener Blende und 1/15s – ist meine persönliche Schätzung. Ich melde mich mal wenn ich es im echten Leben ausprobiert habe 🙂

      Ciao,
      Ansgar

  2. Winfried Krüger

    Die drei SW Fotos haben eine auch im übertragenen Sinne demonstrierte Tiefenwirkung

  3. Da ich mich gerade auch mit dem Gedanken befasse, meine mittlerweile ausrangierte alte D80 umbauen zu lassen eine kurze Frage: War das Umbauunternehmen Optik Makario oder ein anderer Fachhändler? Mit den Vorsatzschraubfiltern bin ich nämlich nicht so richtig glücklich geworden. LG hereshecome

  4. Hallo Ansgar, ich schaue gelegentlich in Deinem Blog rein, hier mal eine kleine Korrektur: das nahe Infrarot, das der Sensor der D300 aufnimmt hat nix mit dem thermalen Infrarot zu tun, das sind 7000 nm Wellenlängenabstand dazwischen. Der NIR Bereich, den man mit Filterumbau (oder Filtervorsatz) aufnehmen kann liegt (je nach Filter) zwischen 600nm und 850 nm). Das thermale Infrarot beginnt jedoch erst bei ca. 8000 nm! und lässt sich mit einem CMOS/CCD Sensor nicht aufnehmen, dafür bräuchte es anderer Detektortypen und eine aktive Kühlung der Kamera.
    Das Ceranfeld ist schlicht recht durchsichtig im NIR daher sieht man auch die Heizwendeln ganz gut. Die hohen Reflektanzen von Vegetation im NIR im Sommer entstehen durch die Interzellulären Gas-Zwischenräume in Blattvegetation, diese verursacht die hohe NIR Reflektion!

    Auch recht hilfreich:
    http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Spektrum

    SG, Sören

  5. O.

    Seit wann ist die D800E den bitte eine »Studiokamera«? Die Staub- und Spritzwasser-Dichtungen sind ja nicht nur dazu da, wenn die Tippse mal mit dem Kaffee kleckert. 😉

    • Irgendwie ist sie es schon, denn die meisten Profis benutzen draußen eine D4 und für Produktfotografie im Studio die D800. Sicher trifft man die D800 auch mal draußen, aber dann meist in den Händen detailversessener Amateure. Sicher gibt es Ausnahmen, aber es entspricht meinen Erfahrungen. Bin ja selbst kein Profi und mag eben große detailreiche Fine-Art-Prints, daher eine D800e 🙂

  6. Felix

    Lieber Sören, du hast natürlich recht hier an Fachtermini rumzukritteln, aber ich muss hier auch kurz eingreifen. Der „NIR“ Bereich bewegt sich ungefähr zwischen 750 bis 1100-1150nm! Und Wärmebildkameras arbeiten in der Regel zwischen 3000nm-5000nm bzw. 7000 bis 14000nm, je nach Anwendungsbereich. Das die Heizwendeln im fotografierten Bereich gut zu sehen sind, hat wirklich mit deren Infrarotstrahlung zu tun, auch wenn die Durchsichtigkeit der eingefärbten Glasplatte im NIR Bereich auf der Absorbtionsfähigkeit der verwendendeten Pigmenten zusammenhängt.

    Wirklich gute Quelle für die Hobby NIR Fotografie: Klaus Mangold, Joseph A Shaw, Michael Vollmer, EUROPEAN JOURNAL OF PHYSICS Nr. 34

  7. Ich hab´ da von dem Problem „Umbau“ D2X gelesen. Nun ich hab´ eine D2H, die ich kaum mehr brauche und dachte daran, sie als IR-Kamera zu verwenden. Irgendein Tipp dazu oder kann ich´s eh vergessen? Anschlussfrage: ich mach´ will auch UV-Aufnahmen machen (UV-Nikkor), ist der IR-Filter da ein Problem oder eh nicht?
    Schöne Grüße aus Wien

    • Für UV Aufnahmen sollte man einfach nur den AA-Filter durch ein Schutzglas ersetzen lassen. Alles andere schraubt man dann vor das Objektiv. IR und UV schließen sich aus, funktionieren fest verbaut also nicht gleichzeitig. Ciao Ansgar 🙂

      • Werner Schrittesser

        Danke für die schnelle Antwort, das war mir so nicht klar. Heißt das , dass der AA-Filter auch die Funktion eine UV-Filters hat?

  8. Vielen Dank für die rasche Antwort. Warum muss man denn den AA-Filter bei UV entfernen? Wegen der Schärfe oder wirkt der AA-Filter auch als UV-Filter?

    Und warum schließt sich UV und IR aus? Beim UV-Nikkor hab ich ja eh ein Filter, wo nur UV-Strahlung durchgelassen wird? Sorry für die Fragen, aber technisch bin ich leider nicht versiert…

    • Hi, wenn durch den UV Filter gefiltertes Licht auch einen IR Filter trifft der direkt vor dem Sensor eingebaut ist, dann kommt das schön UV Licht nicht sehr weit, denn der IR Filter läßt nur dunkelrotes Licht passieren, das blaue UV Licht wird gesperrt. 🙂

      • Wernissage

        Danke, war wohl ein Missverständnis. Dass mit dem IR Filter keine UV Aufnahmen machbar sind, war mir bewusst. Aber warum der AA-Filter UV Aufnahmen auch negativ beeinflusst, das wusste ich nicht.

  9. Danke, war wohl ein Missverständnis. Dass mit dem IR Filter keine UV Aufnahmen machbar sind, war mir bewusst. Aber warum der AA-Filter UV Aufnahmen auch negativ beeinflusst, das wusste ich nicht.

    • Der AA Filter ist so ausgelegt, dass nur das Licht passieren kann, das unser Auge auch sehen kann. Würde er IR oder UV Licht passieren lassen, so käme es zu schweren Farbfehlern und damit zu einer Farbwiedergabe die nicht natürlich wäre.

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