Daniel Knop                                                                                                                  Autor  –  Fachjournalist  –  Naturfotograf                                                                                                             Autoren-Webseite
7Käfer Chrysodema radians
5Käfer Chrysodema radians
Chrysochus auratus-3
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Urania_ripheus4Nikon (1)

Käfer Sagra longicollis (ca. 20 mm), Stacking-Aufnahmen mit drei verschiedenen Objektiven (Mitutoyo M Planapo 5x, 10x und 20x)

Makrofotografie, Lupen- und Mikroskopfotografie mit Fokus-Stacking

1A-Stacking
1B-Stacking
1C-Stacking

Die nachfolgenden Fokus-Stacking-Aufnahmen von Insekten vermitteln einen Eindruck davon, wie komplex diese Tiere aufgebaut sind und welche enorme ästhetische Wirkung ihr Körper bei entsprechender Vergrößerung und Detailwiedergabe haben kann. Die Original-Bilddateien lassen sich zumeist auf Kantenlängen 100 cm und mehr vergrößern.


Viele der Bilder werden in Folgebildern als Ausschnittsvergrößerung der selben Datei gezeigt. Ein Klick auf ein beliebiges Bild bringt eine Diaschau mit Bildvergrößerungen ins Rollen (4 Sek.), ein weiterer Klick auf das unten jeweils kurzzeitig sichtbare X stoppt sie.


Unterhalb der Galerie findet sich eine kleine Einführung, in der die Technik vorgestellt wird, die diese Aufnahmen ermöglicht hat.

Chrysochus auratus (crop)
Chrysochus auratus
Chrysochus auratus
Chrysochus auratus (crop)
Torynorrhina flammea
Torynorrhina flammea (crop)
Torynorrhina flammea (crop)
Torynorrhina flammea
Torynorrhina flammea (crop)
Chrysodema radians
Chrysodema radians
Chrysodema radians (crop)
Chrysodema radians (crop)
Chrysodema radians
Chrysodema radians
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3A--Chrysodema radians
Chrysodema radians (crop)
Chrysodema radians (crop)
Chrysodema radians
Chrysodema radians (crop)
Chrysodema radians (crop)
Papilio_ulysses
Papilio_ulysses
Papilio_ulysses
Papilio_ulysses
Urania ripheus
Urania ripheus
Urania ripheus
Bumble Bee Bombus sp.
Bumble Bee Bombus sp., head detail
Bumble Bee Bombus sp., leg
Bumble Bee Bombus sp., leg detail
Bumble Bee Bombus sp., leg detail (crop)
Bee
Bee, heqad detail (crop)
Vespula_sp
Vespula_sp., head detail (crop)
Vespula_sp., sting
Vespula_sp., sting (crop)
Mosquito
Mosquito (crop)
Ant, 8mm
Ant, 8mm (crop)
Ant, 8mm (crop)
Fly
Fly (crop)
Fly probobcis (crop)
Fly leg

Makrofotografie, Lupen- und Mikroskopfotografie mit Fokus-Stacking

Die Grenze zwischen Makro-, Lupen- und Mikroskopfotografie empfinde ich als schwer zu ziehen, weil diese Bereiche ziemlich nahtlos ineinander übergehen. Für konventionelle Makroaufnahmen bis 1:1 verwende ich eine Canon EOS 5DSR, und daran eigentlich am liebsten das legendäre Leica Apo-Elmarit 2,8 100 mm aus der analogen Leica-R-Zeit – fast ein museales Sammlerstück, doch noch immer unübertroffen. Das ist allerdings völlig manuell zu bedienen und braucht Muße und ein Stativ, am besten mit einem guten Kreuzschlitten, der fein dosierbar einzustellen ist.


Makroaufnahmen

Wenn es schnell gehen soll, arbeite ich bis 1:1 mit dem 100er-Makro 1:2,8 aus der Canon-L-Serie. Für größere Abbildungsmaßstäbe zwischen 1:1 bis 5:1 mit dem Canon MPE-65 mm – auch das gern auf dem Stativ mit Kreuzschlitten, notfalls aber auch freihändig. Dabei halte ich dann allerdings nach Möglichkeit mit der linken Hand das Objektiv und stelle damit Verbindung zu einer festen Struktur her. Am Aquarium geht das mit der Glasscheibe hervorragend, und dabei kann man auch mit Hilfe der Hand sehr gut über den Aufnahmeabstand fokussieren.


Sehr bewährt hat sich ein Eigenbau mit zwei kleinen Blitzgeräten, die vorn links und rechts neben dem Objektiv sitzen. Das ermöglicht selbst in hellstem Sonnenlicht Makroaufnahmen, bei denen das Objekt vor schwarzem Hintergrund freigestellt ist.


Sind größere Abbildungsmaßstäbe gefragt, wird es komplexer und aufwändiger. Die Schärfentiefe wird dabei natürlich kleiner, und das erfordert dann das, was man als „Fokus Stacking“ bezeichnet: das Aufnehmen einer Bildserie mit jeweils verschobenem Fokuspunkt. Anschließend werden dann alle scharf abgebildeten Details zu einer Einzelaufnahme verrechnet. Das können im Makrobereich z. B. fünf oder zehn Einzelfotos sein, was man dann auch mobil durchführen kann, z. B. auf einem stabilen Kamerastativ. Doch bei Vergrößerungsmaßstäben von 10x oder 20x können es durchaus auch 100 oder 200–300 Aufnahmen sein, bisweilen sogar noch mehr.

3B-Stacking
3C-Stacking

Freihand-Makroaufnahme einer Biene beim Nektarsaugen, angefertigt in sehr hellem Sonnenlicht, mit Selbstbau-Doppelblitzhalter ("Blitzzange"), um den an sich sehr stark erhellten Hintergrund über starkes Abblenden abzudunkeln (Canon EOS 5DSR/Makro 100 f1:2,8 L und zwei Canon 270 EX II; ISO 100, 1/200 Sek., f/14)

Eigenbau-Doppelhalter für zwei Kleinblitze (PVC), gesteuert über Doppelblitzkabel oder Infrarot- bzw. Funkauslöser

3D-Stacking

Für die noch sehr junge Stacking-Fototechnik, die sich erst im Gefolge der Digitalfotografie und der leistungsfähiger werdenden Computer entwickeln konnte, verwende ich eine Canon EOS D5 Mark IV, die Bilddaten schneller speichert als die 5DSR, und für diese Aufnahmen habe ich mir eine optische Bank konzipiert, die gleichzeitig zwei Lineartische besitzt, einen manuellen und einen automatisch gesteuerten.


Optische Bank für Stackingaufnahmen

Mein erster Prototyp entstand um 2008 herum, und parallel zur steilen Lernkurve flossen regelmäßig Verbesserungen der unterschiedlichsten Details ein, so dass dieses Gerät eine Art technischer Evolution erlebte.


Vieles ist im Lauf der Zeit hinzu gekommen, etwa in Sachen Beleuchtung. Hier arbeite ich inzwischen entweder mit vier Godox-Blitzgeräten (TT350), die auf einen großen Lichtdiffusor gerichtet sind, oder mit einem Lichttunnel, der aus vier Flächen-LED-Elementen besteht.


Gerade die Beleuchtung ist ein sehr sensibler Teil der Stacking-Arbeit, neben der Wahl optimaler Objektive in vielerlei Hinsicht der Schlüssel zum Erfolg, und hier war mein Weg alles andere als leicht, sondern führte über viele frustrierende Misserfolge und konstruktionstechnische Sackgassen.


Auch der ursprüngliche motorisch betriebene Lineartisch ("Stackshot") wurde durch einen massiveren ersetzt, der spielfreier arbeitet.


Der jüngste Evolutionsschritt war das Verlängern des gesamten Tischs, zu erkennen an der zweiteiligen Bodenplatte. Bei dieser verlängerten Variante habe ich mehr Platz zum Manipulieren des Objekts, weil ich den gesamten Kamera-Schlittenaufbau sehr weit nach rechts ziehen kann. Zudem kann ich auch im Vergrößerungsbereich unterhalb von 1:1 mit einem herkömmlichen Makroobjektiv arbeiten, das erheblich größeren Arbeitsabstand erfordert, z. B. der erwähnte Leica-Elmarit.


Für Stackingaufnahmen gibt es vielerorts zahlreiche Eigenbauten. Im Prinzip gibt es hierfür ausschließlich solche Eigenbauten, denn bisher bietet meines Wissens keine Firma eine erprobte und durchdachte, komplette optische Bank für diesen Einsatzzweck an. Die Bau- und Bastelarbeiten engagierter Stacking-Fotografen reichen von sehr simplen Konstruktionen bis zu extrem aufwändigen, und der Weg zum Ziel ist sehr unterschiedlich. So bewegen manche Fotografen die Kamera, andere hingegen das Objekt.


Mein System basiert auf einer L-förmigen Basis aus Acrylglas, auf der sich ein Stahlschienenpaar befindet, das für CNC-Fräsen vorgesehen ist. Die Kamera sitzt auf vier speziellen Wagen, die kugelgelagert sind und darauf leicht gleiten. Das ermöglicht, die Kameraposition manuell über die gesamte Schienenlänge zu verschieben.


Auf den vier Wagen befindet sich ein schwerer, großer Lineartisch, ein recht altes Gerät aus irgendeiner industriellen Anwendung, extrem stabil und spielfrei. Damit lässt sich die Kameraposition präzise verstellen, entweder für die Feinjustage vor jeder automatischen Aufnahmeserie, um unter Monitorkontrolle den Startpunkt präzise zu setzen, oder um die Aufnahmen komplett manuell herzustellen, also nach jeder Auslösung die Kamera von Hand zu verschieben (was ich inzwischen aber kaum noch tue, weil diese Konstruktion mit der automatischen Steuerung auch bei 20-facher Vergrößerung so gut und problemlos funktioniert).


Oberhalb dieses manuellen Lineartischs befindet sich ein zweiter, der motorisch betrieben wird. Er wurde ebenfalls für CNC-Fräsen konzipiert. Gesteuert wird er durch ein separates, programmierbares Steuergerät ("StackShot", Fa. Cognisys), das den Schlitten auch im Bereich von Tausendstel-Millimetern präzise und automatisch bewegen kann und zudem auch die Kameraauslösungen durchführt. Die gesamte Aufnahmestrecke von Anfang bis Ende wird dort eingegeben, mit Vorschubgeschwindigkeit, Pausen und Schrittanzahl.


Auf diese Weise arbeite ich Aufnahmeserien automatisch ab, und die Aufnahmen landen währenddessen direkt in einem entfernten Büroraum auf meinem Computer, so dass ich nicht mit Speicherkarten hantieren muss.


Die vielen großen Bilddateien machen natürlich einen sehr leistungsfähigen Computer nötig, damit die Bearbeitung nicht zuviel Zeit erfordert. Ich verwende hierfür einen iMac Pro. Für die direkte Bildkontrolle im Aufnahmeraum befinden sich an der Wand zwei Monitore.


Auf diese Weise lassen sich auch zahlreiche Aufnahmestapel von mehreren Hundert Einzelaufnahmen nacheinander sehr gut durchführen, durch die extrem spielarme Mechanik der beiden Lineartische auch bei einer 20-fachen Vergrößerung, die normalerweise gegenüber motorischen Steuerungen schon relativ intolerant ist und leicht Artefakte oder Schärfeverluste entstehen lässt.



Optische Bank für Stacking-Aufnahmen mit Balgengerät und Mikroskopobjektiven, Eigenbau, gesteuert über Stackshot-Einheit; CNC-Schienen dienen für die Grobverstellung der Kameraposition

4Stacking
5A-Stacking
5B-Stacking

Für geblitzte Aufnahmen mit Mitutoyo-Mikroskopobjektiven werden vier Godox-Blitzgeräte eingesetzt, die auf einen halbkugelförmigen Diffusor gerichtet sind

Bei Stacking-Aufnahmen mit Makro- oder Lupenobjektiv kommt das Licht über drei Godox-Blitzgeräte, die auf einen Acrylglas-Diffusor in U-Form gerichtet sind

5D-Stacking
5E-Stacking

Stacking-Fotografie lebt von individuellen Eigenkonstruktionen; hier eine LED-Lichttunnel aus vier flächigen Modulen

Diese LED-Lichttunnelkonstruktion sitzt als U-förmige Brücke auf einem Basiselement, das höhenverstellbar ist und verschieblich auf den CNC-Führungsschienen angebracht wird. Das Oberteil ist abnehmbar, um das Aufnahmeobjekt manipulieren zu können.

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Auf den CNC-Führungsschienen befinden sich die passenden Wagen, auf die ein großer manueller Lineartisch aufgeschraubt ist. Darauf sitzt ein weiterer Lineartisch (Z-Achse CNC) mit Gewindespindel, die über einen Stepmotor bewegt wird. Gesteuert wird über eine Stackshot-Kontrolleinheit.

Dieser CNC-Lineartisch, mit dem der zuvor genutzte "Stackshot"-Lineartisch ersetzt wurde, besitzt weniger Spiel und arbeitet dadurch bei starken Vergrößerungsmaßstäben (20x) präziser, erzeugt also weniger Unschärfen oder Artefakte

Nachbearbeitung der Stapelaufnahmen in der Software "Zerene Stacker", wobei alle scharf abgebildeten Elemente isoliert und zu einer durchweg scharfen Einzelaufnahme kombiniert werden – in diesem Fall knapp 300 Fotos einer ca. 8 mm langen Ameise

9Stacking

Rechts im Bild ist das im Text erwähnte, winzige Minolta-Scannerobjektiv zu sehen, links daneben ein herkömmliches RMS-Objektiv (Leitz). In diesem Fall wurde das Leitz-Objektiv nach der Aufnahme ausgeweidet, um nach dem Entfernen aller Originallinsen das Minolta-Objektiv einzuschieben und diesem ein RMS-Gewinde zu geben.

Links im Foto das im Text erwähnte Minolta-Scannerobjektiv im RMS-Gehäuse eines alten, ausgeweideten Leitz-Objektivs, daneben Mitutoyo M Planapos (5x und 20x) sowie Mitutoyo BD Planapo (10x), eine Hell/Dunkelfeld-Ausführung mit externem Lichtkanal, der aber für Stackingaufnahmen blockiert werden muss. Die Linsenausstattung ist bei beiden Mitutoyo-Serien (M und BD) völlig identisch. Vorn liegen die beiden Raynox-Makrolinsen (Tubuslinse).

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Mitutoyo M Planapo 5x bei der Aufnahme im LED-Lichttunnel; das Bodenelement produziert Tageslichtfarbe, das hinten zu sehende hingegen Warmton

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Für Stackingaufnahmen mit herkömmlichem Mikroskop wurde ein Leitz-Orthoplan mit einem Stepmotor ausgestattet und an ein "Stackshot"-Kontrollgerät angeschlossen. Über austauschbare Objektivrevolver werden diverse Objektivsätze eingesetzt, mit Durchlicht oder Auflicht, Hell- und Dunkelfeld.

14A-Kugelschreiber
14B-Kugelschreiber
14C-Kugelschreiber
15A-LED
15B-LED
15C-LED
13A-Nahtmatrerial
13B-Nahtmatrerial
13C-Nahtmatrerial
13D-Nahtmatrerial

Kugelschreiberspitze mit Ausschnittsvergrößerungen (Mitutoyo M Planapo 20x, 50 Einzelaufnahmen)

LED-Leuchtdioden in Funktion, Makroaufnahme und Stacking-Aufnahme (Nikon E Plan 10x, 50 Einzelaufnahmen); im Innern sind die beiden Golddrähte zu sehen, die weit dünner sind als ein menschliches Haar

Chirurgisches Nahtmaterial, Stacking-Aufnahmen (Orthoplan, Leitz Planapo 25x, je 50 Einzelaufnahmen)

Nachbearbeitung der Bilderstapel

Die Nachbearbeitung der Aufnahmestapel findet später mit der Software „Zerene Stacker“ statt, einer guten Altrernative zur ebenfalls hervorragenden „Helicon“-Software, die ich früher verwendete.


Im Prinzip stellt diese optische Bank eine Art Horizontalmikroskop dar. Gearbeitet wird daran in der Regel mit Balgengerät und Mikroskopobjektiven. Zwar funktioniert das wegen der Länge der Schienen auch mit dem Leica Elmarit oder dem Canon MPE 65 –, aber für solche Stackingaufnahmen sind kleinere und leichte Objektive sehr viel angenehmer.


Objektive

Glücklicherweise lief mir vor einiger Zeit ein kleines Juwel über den Weg, das für Stacking-Aufnahmen zwischen 1:1 und 2:1 ideal ist: Ein winziges Objektiv, das ich aus einem alten Filmscanner ausbaute (Minolta Dimage Scan Elite 5400). Es bietet eine herausragende Auflösung, beste chromatische Korrektur und Verzeichnungsfreiheit bis in die Ecken. Im direkten Vergleich ist es nahezu allem überlegen, was in diesem Maßstabsbereich an herkömmlichen Makro-, Repro-, Vergrößerer- oder Scannerobjektiven verwendet wird. Allerdings ist die Schärfentiefe extrem gering, so dass es Stackingtechnik erfordert, und da es keinen Kameraanschluss besitzt, ist natürlich Bastelarbeit nötig.


Für Vergrößerungsmaßstäbe, die über 2:1 hinaus gehen, verwende ich inzwischen ausschließlich Mitutoyo-Mikroskopobjektive (M Planapo-Serie, 5x, 10x, 20x). Sie bieten zwar nicht die allerhöchste Abbildungsschärfe unter den hochwertigen Spitzenoptiken, doch das ist ein gewollter Kompromiss zugunsten anderer Eigenschaften: Ihre gute chromatische Korrektur reicht bis in die Ecken, auch bei einer Vollformatkamera, und zudem ist der Arbeitsabstand vergleichsweise gewaltig groß, was hervorragende Ausleuchtung ermöglicht. Sie werden am Balgengerät eingesetzt, zusammen mit einer Zusatzlinse als Tubuslinse, entweder Raynox DCR 250 oder DCR 150. Leider sind diese japanischen Objektive aus metallurgischer Anwendung in Europa auf dem Gebrauchtmarkt fast nie zu bekommen.


Mikroskopfotografie

Für herkömmliche Mikroskopfotos steht auf dem gleichen Arbeitstisch ein Leitz-Orthoplan mit sehr vielseitiger Ausstattung (Hell- und Dunkelfeld bei Auflicht und Durchlicht). Es ist ebenfalls mit einem Stepmotor ausgestattet, der über das Stackshot-Steuergerät kontrolliert wird, so dass auch hier Stackingaufnahmen möglich sind. Die Objektivauswahl reicht hier von herkömmlichen Planapos über metallurgische Objektive bis zu HD-Objektiven von Zeiss.


Mit der Stacking-Fotografie lassen sich Abbildungen mit durchgehender Schärfentiefe erzeugen, und die Auflösung geeigneter Mikroskopobjektive reicht für Bilder, die sich problemlos auf Kantenlängen von 100 cm und mehr vergrößern lassen. Neben der extrem detailreichen Darstellung von Kleintieren (z. B. Insekten) und Pflanzen eignet sich diese Aufnahmetechnik auch hervorragend für technische Detaildarstellungen, z. B. filigrane Strukturen an porösem Material, elektronische Bauteile, chirurgisches Nahtmaterial und vieles mehr.  

8Stacking
1Ameise_8mm (1)

Die Stacking-Aufnahme (hier ein Ausschnitt) dieses millimetergroßen Insekts ermöglicht extrem detailreiche Darstellung, und das unbeschnittene und unkomprimierte Originalbild kann leicht auf eine Kantenlänge von 100 cm und mehr hochskaliert werden (Mitutoyo BD Planapo 10x mit Tubuslinse Raynox DCR 150, Balgengerät-Auszug von Raynox-Tubuslinse bis Sensor 210 mm, Canon EOS 5D Mk IV, vier Blitzgeräte und Halbkugel-Lichtdiffusor