De theorie
Theodor Scheimpflug was een Oostenrijkse man die leefde van 1865 tot 1911. Hij werd dus niet zo heel oud. Maar in zijn leven hield hij zich grotendeels bezig met het maken van kaarten aan de hand van foto's. Hij liep daar tegen het feit aan dat de kaarten maken aan de hand van foto's een zeer omslachtige klus was. Ja, je kon met een luchtfoto natuurlijk mooi zien hoe alle wegen en rivieren liepen. Maar om alles in exact de goede schaal en verhouding op de kaart te krijgen, was een bewerkelijk rekenkundig proces.
Theodor Scheimpflug vond dat dit eenvoudiger zou moeten kunnen door de originele foto beter en eerlijker te maken.
Nadat Scheimpflug als militair afzwaaide, kocht hij een huis in Wenen en daar ging hij aan de slag om zijn levenswerk te verwezenlijken.
In de kelder, die hij tot werkruimte omgebouwd had, bouwde hij camera's en vliegers om vanuit de lucht te fotograferen. Vliegtuigen bestonden nog niet en gebruik maken van een luchtballon was erg duur.
Hij ondervond het nadeel dat de fotocamera's altijd onder een hoek hingen. Ook al hingen ze recht onder de vlieger, door de wind kwam de camera toch scheef te hangen. Hier liep hij tegen het probleem aan dat door het perspectief alles niet eerlijk werd weergegeven en kon hij aan het rekenen om dat te corrigeren, en daar wilde hij juist vanaf.
Scheimpflug snapte deze perspectivische vervorming en wist er een oplossing voor te vinden.
In 1904 deponeerde hij een patent waarin hij alles vastlegde. Daarin stond een principe wat uit drie onderdelen bestond:
1. Het vlak van de film (in digitale fotografie de sensor, maar die bestond natuurlijk nog niet)
2. Het vlak van de voorste lens in het objectief
3. Het vlak van het op te nemen onderwerp (in zijn zaak het landschap recht van boven)
Hoewel het uitgeschreven stond in een patent wilde het natuurlijk niet zeggen dat er ook meteen een fototoestel met een oplossing was verschenen, dat werd nog een complexe zaak.
Scheimpflug kwam tot de conclusie dat je of het vlak van de film moest veranderen, of het vlak van de voorste lens.
Hij bouwde hiervoor een aantal experimentele camera's die steeds iets beter werden totdat hij in 1908 samen met de Hongaar Gustav Kammerer een camera maakte die erg instelbaar was. Deze camera, de Universeel Transformator, was nog niet zo handzaam als de camera's van nu; de camera was ruim een meter lang, een halve meter breed en ruim een halve meter hoog.
Inmiddels hadden de eerste ballonvluchten hun intrede gedaan en Scheimpflug vloog met enige regelmaat om zijn camera's uit te testen en grote gebieden land in kaart te brengen.
Hij was inmiddels zover dat hij zijn kennis om kon zetten in een commerciële vorm. Er moesten kaarten gemaakt worden en Scheimpflug had uitgerekend dat hij ongeveer 1500 panoramafoto's per jaar met een ballon kon maken. Vanaf een hoogte van 1000 meter zou hij op die manier 15.000 vierkante kilometer per jaar in kaart kunnen brengen met een schaal van 1:10.000.
Om dit allemaal daadwerkelijk uit te voeren werd het Institut für Aerophotgrammetrie opgericht, beter bekend als het Scheimpflug Institut.
Scheimpflug overleed zelf in 1911 in een Oostenrijks sanatorium aan de gevolgen van onder andere Syfilis en een nieraandoening. Na zijn overlijden richtte zijn broer Karl Scheimpflug het Scheimpflug Institut officieel op.
Zijn werk werd voortgezet onder de wetenschappelijke leiding van Gustav Krammer, maar deze overleed in 1914 toen hij tijdens een ballonvlucht in botsing kwam met een vliegtuig. Het ging vanaf toen bergafwaarts met het instituut, wat zich van dat moment eigenlijk alleen nog maar bezig hield met het in stand houden van de nalatenschap van Scheimpflug.
Kort daarna brak de eerste Wereldoorlog uit en namen technische ontwikkelingen een vlucht. Zo ook de technologie van Scheimpflug.
De theorie van Scheimpflug is er dus op gebaseerd om perspectivische vervorming tegen te gaan door het voorste lensoppervlak of het vlak van de sensor te veranderen. Hoe werkt dit nu in de praktijk?
Dit kan door twee bewegingen. Enerzijds kunnen we de voorste lens, of het sensorvlak van de camera, verschuiven (shift). Anderzijds kunnen we ze verdraaien (tilt). Op een goede technische camera is het mogelijk om zowel de voorste lens als het opname vlak (digitale sensor of vlakfilm) te verschuiven en te kantelen.
Voor digitale spiegelreflexcamera's zijn er ook tilt/shift-objectieven. Deze zorgen ervoor dat het voorste lenselement verschoven of gedraaid kan worden ten opzichte van de sensor:
Een Canon 5D mk II met een TS-E 24mm L f/3.5 objectief
Shift
Wat kun je hier nu in de praktijk mee?
In de praktijk kunnen we door het verschuiven van het voorste lensoppervlak, de camera horizontaal houden bij het fotograferen. We kunnen er dan voor zorgen dat hoge gebouwen mooi rechtop blijven staan, in de originele foto. Als voorbeeld:
Links zie je de camera van opzij met het objectief in neutrale stand. Rechts zie je dat het voorste lenselement naar boven is verschoven. Door de grote projectie van de lens valt er bij het naar boven schuiven een ander beeld op de sensor.
Om dit wat makkelijker uit te leggen, heb ik wat foto's genomen van deze flat in 'het dorp' hier.
Dit is de flat zoals ie er staat en zoals het in 99 van de 100 gevallen gefotografeerd zou worden. Je ziet dat de lijnen die verticaal lopen (da's van boven naar beneden dus) bovenin meer naar elkaar toelopen. Dit komt omdat ik de camera iets naar boven moest richten. Ik wilde namelijk dat de flat er helemaal opstond.
Maar ik wil de flat recht op de foto, niet bovenin taps toelopend. Ik zou dat in een nabewerkingsprogramma als Photoshop kunnen doen:
Je ziet op de foto hierboven dat ik de onderkant van het gebouw heb ingedrukt. De meeste mensen zouden ervoor kiezen om het aan de bovenkant uit te trekken, maar dan zou de computer pixels bij moeten gaan verzinnen en daar zijn computers niet zo goed in. Beter is het dus om het onderin te versmallen en het dan opnieuw uit te snijden. Ik heb hem ook vanaf de bovenkant een beetje ingedrukt omdat anders de verhouding van de flat wel erg raar werd. Maar uiteindelijk was dit het resultaat:
Hierboven de uiteindelijk foto. Van alle pixels die ik oorspronkelijk had (8688 x 5792 = 50 megapixels) zijn er uiteindelijk 6016 x 4011 = 24 megapixels overgebleven. Ik lever dus ongeveer 16 megapixels aan beeld in. En dat was nergens voor nodig.
Ik beschik namelijk ook over een tilt/shift-objectief waarbij ik de camera horizontaal kan laten staan en het voorste lenselement naar boven kan schuiven. Op deze manier voorkom ik de perspectivische vervorming van het gebouw en houd ik gewoon een foto van 50 megapixels over:
Dit zijn dus vervormingen van gebouwen die je met shift kan voorkomen, maar wat kun je dan met tilt?
Tilt
Met tilt zijn we in staat om het vlak wat scherpgesteld word te kantelen. Normaal zit het voorste lenslement parallel met de beeldsensor. Als we dit voorste lenselement gaan kantelen, dan wordt het vlak wat scherp is ook op de sensor gekanteld. Op die manier kunnen we in een bepaalde lijn op de foto de scherpte toch laten verlopen. We kunnen bijvoorbeeld een model links op de foto scherp laten zijn, en de boom ernaast weer onscherp. Zonder Photoshop.
Maar dit is leuke 'spielerij'. In de praktijk kan het bijvoorbeeld ook helpen bij het fotograferen van producten als deze op rij staan.
Hierboven zie je links weer de camera en het tilt/shift-objectief op de normale manier. Op de rechter zie je dat de lens naar boven gekanteld is. Dit houd in dat het vlak wat scherp is, op de sensor ook gekanteld wordt en in de praktijk houd dat in dat er ook scherpe delen van de foto voor en achter de sensor terechtkomen. En daaruit zorgt het ervoor dat er onscherpe delen op de sensor terechtkomen die je eigenlijk scherp verwacht. En zo ook omgekeerd.
Wanneer je bijvoorbeeld een plat onderwerp moet fotograferen, maar er niet helemaal recht voor kunt komen (of in dit voorbeeld er boven) dan kun je met tilt toch veel meer scherpte in je foto krijgen. Als voorbeeld heb ik een stuk tekst genomen wat ik schuin van voren heb gefotografeerd:
De foto is gemaakt met een diafragma van f/3.5. Je ziet in de linkerfoto dat de scherptediepte er voor zorgt dat er niet veel tekst leesbaar is. In de rechterfoto hanteer ik nog steeds hetzelfde diafragma. Maar door het frontelement van het objectief naar voren te kantelen, te tilten, veranderd het scherpstelvlak van de voorste lens ten opzichte van mijn sensor. En dus ook mijn hele scherptediepte. Er is opeens veel meer scherp.
Dit is een voorbeeld waarbij je juist meer scherpte in beeld kunt brengen. Maar je ziet ook tal van foto's voorbijkomen op internet waar er juist onscherpte is ingebracht. Zeker wanneer je dit van wat grotere hoogtes kunt doen brengt dit al snel een effect met zich mee waarin alles op een diorama lijkt.
