Dia-Scanner

Dia-Scanner Eigenbau

Klingt verrückt, aber man kann einen qualitativ hochwertigen Diascanner um ein paar Euros selber bauen.

Ein Projekt von Peter Danninger, hier gibts Vortragsfolien (.pdf). Stand: 17. 06. 2014
Auch Achim Metzler hat seine Erfahrungen (.pdf) bereitgestellt.

Aber schön der Reihe nach .....

Gerahmte Dias aus dem Analog-Zeitalter

Viele Leute haben früher, vor dem Digicam-Zeitalter, Dias fotografiert, und die gerahmten Dias mit einem Dia-Projektor auf einer Leinwand angesehen bzw. vorgeführt.
Heute wird nur mehr digital fotografiert, und die Bilder werden am PC, auf dem Fernseher, oder mit einem Beamer betrachtet.
Was passiert mit den oft tausenden alten Dias?
Diese schlummern in Schränken, auf dem Dachboden, ...., und gammeln vor sich hin!
Die Qualität der Dias wird mit jedem Jahr schlechter, besonders die in Glas gerahmten Dias.
Da sind aber oft Bilder mit hohem persönlichen Erinnerungswert dabei, z.B. von den Kindern, ....

Dias digitalisieren (scannen)

Die Lösung: Dias kann man scannen bzw. scannen lassen, und so in ein digitales Bildformat konvertieren.
Da in jedem Fall ein relativ hoher Aufwand an Zeit und/oder Geld je Dia aufgewendet werden muss, sollte man sich vorher überlegen, ob man wirklich alle Dias in digitaler Form erhalten will.
Folgende Tätigkeiten sind auch erforderlich, wenn man die Dias scannen lassen will:

Dias scannen lassen

Das Scannen eines Dias kostet ca. 0,15 € - 0,50 € je Dia, abhängig von:

Man sollte sich also vorher überlegen: Preisbeispiel: 10.000 Dias * 0,20 € = 2000 € ....... naja, ganz billig ist die Sache nicht :-(

Dias selber scannen

Man kann sich einen guten Diascanner kaufen und die Dias selber scannen.
Neben den oben genannten Fragen sollte man sich noch Folgendes überlegen:

Die meisten Dia-Scanner liefern nicht die Qualität (Auflösung), mit der geworben wird.
Beispiel: Der Reflecta DigitDia 6000, ein Magazin-Scanner, wird mit 5000 dpi beworben, bietet aber nur 3300 dpi.
Dies ist kein Billig-Scanner, kostet incl. Scansoftware Silverfast immerhin ca. 1600 €.
Ausnahme ist der Nikon CoolScan 5000, dieser wird mit 4000 dpi beworben, und bietet hervorragende 4000 dpi horizontal und 3650 dpi vertikal.
Aber auch dies ist kein Billig-Scanner, kostet incl. Scansoftware Silverfast ca. 6000 €.
Dia-Scanner ohne der Möglichkeit, ganze Magazine zu scannen, sind preiswerter zu haben, muss jeder selbst entscheiden, ob er sich sowas antun will.
Es sollte auch bewußt sein, daß der Scan eines Dias ca. 2 - 20 Minuten (!) dauert.
Man muss also mit einem hohen Zeitaufwand rechnen ....... und ganz billig ist das Selberscannen auch nicht :-(

Dia-Scanner selber bauen

Klingt verrückt, aber man kann einen qualitativ hochwertigen Diascanner um ein paar Euros selber bauen.
Eigentlich ist das kein Dia-Scanner, sondern ein Dia-Shooter, die Dias werden also nicht zeilenweise gescannt, sondern fotografiert.
Dies erklärt auch den riesigen Vorteil beim Zeitaufwand:

Man braucht dazu: *) Ob man mit einer Kompaktkamera mit Makro-Fähigkeit Dia-Scans machen kann, die den eigenen Ansprüchen an die Qualität genügen, müssen Interessenten selber testen.
Für mich ist diese Möglichkeit ausgeschieden, da ich eine DSLR habe, und auch auf die Steuerung der Kamera durch eine Tethering-Software großen Wert gelegt habe.

Wie kam es zu diesem Projekt:

Am Anfang war ein Tipp aus dem Bekanntenkreis: Fotonovum diadigifix
Den beworbenen Bausatz habe ich dann bei ELV gefunden.
Ich habe dann noch Erfahrungsberichte gesucht und den Beitrag von Andreas Beitinger interessant gefunden.
Dieser Beitrag war dann die Basis für eigene Experimente.
Später habe ich dann noch folgende sehr interessante Seite gefunden: Andis Fotoseiten.

Mit dieser Dokumentation will ich folgendes erreichen:

Besonderheit: Dias werden fotografiert anstatt gescannt

Digitale Spiegelreflexkameras sind mittlerweile viel leistungsfähiger, als es die Kombination Analog-Kamera/Dia-Film je war.
Ziel des Projektes war es, möglichst wenige die Qualität beeinflussende Komponenten zwischen dem Original (dem Dia) und dem Sensor-Chip der Kamera zu haben.
Bei unserem Projekt ist es nur das Makro-Objektiv der Digicam.
Die Qualität der digitalisierten Dias hängt also primär von der Qualität der Digicam und des Makroobjektives ab.
Es gibt aber noch viele Randbedingungen, die berücksichtigt werden müssen ...

Umrüsten Dia-Projektor:

Das Umrüstset kostet zwar nur ca. 60 €, da es aber lediglich aus einer Halogenlampe, einer Streuscheibe und einem Test-Dia besteht, erschien es mir trotzdem zu teuer.

Den Tausch der Halogenlampe finde ich gar nicht so wichtig, habe aber trotzdem die Lampe meines Projektors (150W/24V) durch eine 75W Lampe ersetzt, da die Belichtung damit vollkommen ausreicht.
Meinen Lampentyp habe ich bei eBay gefunden als: Halogen-Lampe Bi-Pin Gy6,35 24V 75W.
Die Farbtemperatur ist mit 2900K spezifiziert, also nur geringfügig anders als die der 150W-Lampe mit 2950K.

Als Streuscheibe (Diffusor) für eine gleichmäßige Ausleuchtung des Dias und weiches diffuses Licht habe ich mich für weißes Teflon entschieden.
Teflon ist zwar nicht ganz so hitzefest wie Glas, aber 270°C reichen locker.
Habe ich bei eBay gefunden als: PTFE Teflon Platte weiß 195*195*1mm.
Aus dieser Platte habe ich 3 Plättchen zu je 50*50mm (abhängig vom Projektortyp) als Streuscheiben (Diffusor) zugeschnitten.
Meine Tests haben ergeben, daß die Teflon-Platten tatsächlich "weiß" waren, da sich die Farbtemperatur dadurch nicht geändert hat, gemessen mit einem IT8-Target-Dia.
Es reichen 2 Plättchen als Streuscheiben für eine gleichmäßige Ausleuchtung, ich habe aber 3 reingetan.

UmbauProjektor.jpg

Anordnung mit Stativ und Einstellschlitten:

Man kann den Diaprojektor und die Kamera mit Hilfe eines Einstellschlittens und einer Wasserwaage ausrichten. Hier ein Beispiel eines Bekannten:
Beispiel_Achim.jpg

Komponenten auf einer stabilen Sperrholzplatte anordnen:

Bei ersten Tests habe ich festgestellt, daß das Einstellen der Komponenten bei Verwendung eines Statives einen relativ großen Aufwand verursacht.
Ich habe mich daher entschieden, dieses nur 1 Mal zu machen, und die Komponenten dann fest anzuordnen.
Da mein Makro-Objektiv ein Stativgewinde hat, habe ich dieses für die stabile Befestigung genutzt.
Aber auch jede Kamera hat ein Stativ-Gewinde für eine stabile Befestigung.
Eine etwas längere Stativ-Schraube habe ich bei eBay gefunden (1/4" 24mm Griffschraube).
Grundplatte.jpg
Ausrichtung.jpg
Die Ausrichtung und die Entfernung des Objektives wurden durch Tests ermittelt.
Da ich nur ein 200mm Makro-Objektiv besitze, fällt die Entfernung recht groß aus.
Allerdings sollte die Brennweite nicht kleiner als 100mm sein, da sonst das Dia-Magazin evtl. mit der Kamera kollidieren kann.

Voll funktionsfähige Testanordnung:

PetersDiaScanner.jpg
So sieht die voll funktionsfähige Testanordnung aus.
Im Echtbetrieb nutze ich allerdings einen leistungsfähigen PC mit hardwaremäßig kalibriertem Bildschirm.
Der Dia-Projektor wird über die Fernbedienung gesteuert.

Die Kamera ist per USB mit dem PC verbunden und wird durch eine Tethering-Software ferngesteuert: ControlMyNikon (ca. 30 $).
Diese Software gibts auch für Canon-Kameras: ControlMyCanon
So können die wichtigen Kamera-Einstellungen auf dem PC vorgenommen werden. Das Bild wird ausgelöst und auf den PC übertragen, und kann sofort überprüft werden.
In der Dokumentation von ControlMyNikon ist nachzulesen, welche Einstellungen an der jeweiligen Kamera erforderlich sind.
Für den Scan-Vorgang habe ich mich für folgende Einstellungen entschieden:

Wahlweise können die Bilder auch gleich automatisch in Adobe-Lightroom importiert werden:
  ⇒ Lightroom ⇒ Datei ⇒ Automatisch importieren ⇒ Einstellungen & aktivieren
Beim automatischen Import in Lightroom wird das Foto verschoben, kann aber derzeit (LR5) nicht automatisch nach .dng konvertiert werden.
Dies kann nachträglich erfolgen durch:
  ⇒ Lightroom ⇒ Bibliothek ⇒ Fotos markieren ⇒ Bibliothek   ⇒ Fotos in DNG konvertieren...

Die Bedienung ist also denkbar einfach:

Ein Scan dauert nur wenige Sekunden!
Jeder Scan kann sofort auf dem PC kontrolliert werden!
Bitte beachten, daß die Dias im Querformat eingelegt sein müssen.
Für einen seitenrichtigen Scan müssen die Dias seitenverkehrt gegenüber dem Projektionsbetrieb eingelegt sein, das kann man aber auch nachträglich bei der Bildbearbeitung korrigieren.

Nachtrag: Durch Einsatz der neuen D7100 mit Liveview hat sich die Bedienung geändert:

Wenn es Probleme mit dem Kontrast-Autofokus bei Liveview gibt: Dia ohne Liveview vorfokussieren.

 

Betrachtung zur optimalen Blende:

Blende 8 ist die optimale Blende für diesen Einsatz, wir erreichen damit eine hohe Bildschärfe (geringe Beugungs-Unschärfe) bei ausreichend hoher Tiefenschärfe von ca. 0.8mm, dadurch vermeiden wir Probleme mit dem Wölben des Dias (Ploppen). Hintergrundinformationen zum Thema Tiefenschärfe:
Tiefenschaerfe1.jpg

Weißabgleich, Farbprofil, Schärfe:

Als Farbprofil wähle ich "Camera Standard" in Lightroom.
Ein spezielles Profil zum Scannen ist nicht erforderlich, da das Dia direkt abfotografiert wird.
Zum Weißabgleich und zur Kontrolle der Farbwiedergabe nutze ich ein IT8-Test-Dia von Wolf Faust (z.B. K3).
Den ermittelten Wert nehme ich als "Benutzerdefinierten Wert ⇒ 2900K" in Lightroom.
Mit dem Adobe DNG-Profile-Editor kann man ein gescanntes IT8-Taget einlesen und die Lightroom-Profile vergleichen.
Auch die Einstellungen zum Freistellen und die Objektiv-Profilkorrekturen können fest vorgegeben werden.
Wahlweise kann man auch Werte für die Rausch-Reduzierung und das Nachschärfen vorgeben.
Alle gewählten Einstellungen kann man als Benutzer-Vorgabe für die Entwicklung speichern und bei weiteren Scans als Vorgabe wählen.

Das funktioniert wie geplant bei einwandfreien Dias, als Beispiel das IT8-Target:
IT8-Target.jpg
Dieses Bild wurde maßvoll entrauscht und geschärft.
Das folgende Bild zeigt einen Ausschnitt in Originalgröße ohne Entrauschen und Schärfen:
IT8-Targeto.jpg
Ein IT-8 Test-Dia und evtl. ein USAF-1951-Test-Dia sind wohl der einzig sinnvolle Maßstab zum Bewerten und Vergleichen von Digitalisierungs-Ergebnissen.
Das Korn des Ektachrome-Test-Dias ist dabei deutlich wahrnehmbar, obwohl ich nur eine 10-MPix-Kamera verwendet habe, also mit ca. 2230 dpi Auflösung scanne.
Es gab wohl schärfere Dia-Filme, z.B. den Kodachrome, da habe ich aber kein Test-Dia.
Wenn wir anstelle der D200 eine D7100 mit 24 MPix nehmen würden, könnten wir mit ca. 3450 dpi Auflösung scannen.
Voraussetzung ist jedoch ein qualitativ hochwertiges Makro-Objektiv!
Wenn wir die Auflösung der damals üblichen Dia-Filme betrachten (Agfachrome, Ektachrome), und die Auflösung der Objektive, ist das aber oft nicht erforderlich:

*) Eine Zeiss-Contaflex mit Tessar 2.8/50 war die Kamera, mit der ich die Mehrzahl der alten Dias fotografiert habe.
Obwohl dieses an den Bildrändern sogar nur 64 L/mm auflöst, war es damals als Spitzenobjektiv begehrt.

Umrechnen MPix ⇒ dpi:     MPix    ergeben   ? dpi *)   bzw.  ? L/mm  (? LP/mm) **) .

*) Bei der Umrechnung von MPix auf dpi wurde ein durch den Bayer-Sensor in der Digicam verursachter Demosaicing-Faktor von 1,5 berücksichtigt.
Das Demosaicing beeinträchtigt zwar nicht die Auflösung, aber es treten Artefakte durch das Interpolieren von Farbwerten auf.
Dieser Faktor hängt von der Demosaicing-Methode ab und ist daher nur ein Richtwert.
Da in Dia-Scannern ein RGB-Zeilen-Sensor zum Einsatz kommt, ist kein Demosaicing erforderlich.
**) Bei der Umrechnung dpi auf auf L/mm bzw. LP/mm wurde das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem berücksichtigt.
Man muss beim Digitalisieren einer analogen Quelle mindestens die doppelte Frequenz (Auflösung) verwenden, als das Original aufweist. Betrifft Digicam und Dia-Scanner
Auch wenn manche Testberichte glaubhaft machen wollen, daß eine niedrigere Abtastrate ausreicht, liegt das nur an speziellen Test-Mustern, ist also keinesfalls allgemeingültig.
Andererseits bringt eine manchmal empfohlene höhere Abtastrate (Oversampling) keine Verbesserung, sondern verursacht nur größere Bild-Dateien.
Die Gesetze der Physik kann man nicht so leicht überlisten ...

Welche Scan-Auflösung dürfen wir erwarten:

Wir gehen davon aus, daß es sich um Kleinbild-Dias handelt. Im Zweifelsfall die Defaultwerte lassen.
Unser Bild hat mehrere Stationen durchlaufen, welche die Auflösung begrenzen:

Die Gesamt-Auflösung kann man ermitteln, indem man die Flächen der einzelnen Zerstreuungskreise addiert.
Der Sensor der Digital-Kamera muss dann die doppelte Auflösung aufweisen, um das Dia optimal digitalisieren zu können.
Früher wurden die Werte für die Auflösung meist in LP/mm (Linien-Paare) angegeben, wir verwenden L/mm (Linien). Beispiel: 100 LP/mm ⇒ 200 L/mm.
Werte eingeben:

 L/mm  Auflösung des Objektivs der Kamera, mit dem das Dia fotografiert wurde (oder '-').
 L/mm  Auflösung des Dia-Filmes (oder '-').
 L/mm  Auflösung des Objektivs der Digital-Kamera (oder '-').

Blende des Objektivs der Digital-Kamera, ergibt durch  Beugung:  ? L/mm 
 MPix   bzw.   ? L/mm    Auflösung des Sensors der Digital-Kamera (oder '-').

Erzielbare Auflösung des gescannten Dias:    ???? L/mm   , das entspricht   ???? dpi  Abtastrate.

Für die maximal erzielbare Auflösung braucht man eine Kamera mit   ???? MPix  Sensor  bzw. einen Scanner mit   ???? dpi  Abtastrate.

Die Scanner-Abtastrate ist ungenau, da beim Scannen der Beugungseffekt nicht relevant ist, ob dafür andere Effekte berücksichtigt werden müssen weiß ich nicht.
Bei der Berechnung wurde das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem und ein Demosaicing-Faktor von 1,5 berücksichtigt.
Abtastraten bzw. Scan-Auflösungen oberhalb der Nyquist-Frequenz bringen nicht mehr Bildschärfe, verursachen durch größere Bilddateien aber mehr Speicherbedarf.
Das war jetzt etwas Theorie zu diesem komplexen Thema.

Es gibt USAF-1951-Test-Dias, mit denen man das Auflösungsvermögen ermitteln kann.
In unserem Fall wird aber nur das Auflösungsvermögen von Objektiv, Blende und Digicam ermittelt.
Wenn die zu scannenden Dias aber nur 2000dpi mitbringen, hilft auch ein 5000dpi-Scanner nicht viel.

 

Auflösungsvermögen mit USAF-1951-Test-Dia messen:

Ein USAF-1951-Test-Dia ist kein echtes Dia, sondern eine synthetisch hergestellte Polyester-Folie, sonst wäre die hohe Auflösung gar nicht erreichbar.
Der Aufbau des Test-Dia's ist in der amerikanischen Norm MIL-STD-150A festgelegt, hier eine
Beschreibung von Silverfast.
Als erstes wollen wir mit der Formel oben berechnen, welches Ergebnis theoretisch erreichbar sein sollte.
Dafür geben wir in den ersten beiden Feldern ein '-' ein. (Aufnahmeobjektiv und Film)
Da das USAF-1951-Test-Dia monochrom ist, können wir zum Ausgleich des in der Formel berücksichtigten Demosaicing-Faktors einen höheren MPix-Wert angeben, also z.B. 36 statt 24 MPix.
Als Ergebnis erhalten wir dann eine erzielbare Auflösung von  77 L/mm  bzw.  3911 dpi  Abtastrate.
Und jetzt wird es spannend, welchen Wert erreichen wir denn tatsächlich?

USAF-1951-Target_D7100 - Blende 5.6_k.jpg USAF-1951-Target_D7100 - Blende 8_k.jpg USAF-1951-Target_D7100 - Blende 11_k.jpg USAF-1951-Target_D7100 - Blende 16_k.jpg
Wir sehen, daß ab Blende 11 die Beugungsunschärfe leicht sichtbar wird, ab Blende 16 schon stark.
Bei Blende 5.6 bzw. 8 wird das Element 3 in der Gruppe 5 deutlich aufgelöst, das entspricht einer Auflösung von  81 l/mm . Siehe Tabelle.
Dies entspricht dem berechneten Wert !
Unter Berücksichtigung des Nyquist-Shannon-Abtasttheorems brauchen wir dafür eine Abtastrate von  4096 dpi .
Wegen des Demosaicing-Effektes unseres Digicam-Sensors werden wir diesen Wert bei farbigen Dias nicht ganz erreichen.
Da dies ein gemessener Wert ist, also kein maßlos übertriebener Marketing-Wert, erreichen wir die Auflösung von sehr guten Dia-Scannern.

 

Welchen Dynamikumfang dürfen wir erwarten:

Ein  Dia  hat einen Dynamikumfang von etwa 3.6 logD, wenn man davon 0.2 für den Schichtträger abzieht, bleiben netto  3.4 logD . Dies entspricht  11.3 Blendenstufen .
Das kann die  D7100  auch fast: bei ISO 100 liefert sie im RAW-Modus
einen Dynamikumfang von  3.1 logD , dies entspricht  10.3 Blendenstufen .
Diese minimale Einschränkung wird in der Praxis kaum jemals bemerkt werden können.

Dia-Scanner beherrschen teilweise einen geringfügig höheren Dynamikumfang von 3.0 - 3.6 logD, also 10 - 12 Blendenstufen.
Aber auch dieser Unterschied wird in der Praxis kaum relevant sein.

Mit Silverfast Multi-Exposure werden höhere Werte erreicht und meist auch in den Datenblättern und in Testberichten publiziert.
Beispiel für den Coolscan 5000 von www.silverfast.com:

Auch der Nikon Coolscan 5000 zaubert nicht wirklich, denn sowas wie Exposure-Bracketing kann die D7100 auch.
Aber lohnt sich, wie bei Scannern, wohl nur in Einzelfällen.

 

Entscheidung für manuelle Belichtung:

Wenn der Dynamikumfang eines Dias und der D7100 fast identisch sind, dann bietet sich die manuelle Belichtung an.
Auf Basis der Histogramme kann man die korrekte Belichtungszeit einfach durch eine Belichtungsreihe ermitteln.
Ein leerer Diarahmen diente als Meß-Dia, heller bzw. dunkler geht nicht:
 
Belichtung_30.jpg
 
Belichtung_60.jpg
 
Belichtung_125.jpg
 
Die dunklen Stellen werden erst ab 1/250 Sek beschnitten ... wir haben sogar noch Reserve.
Obwohl die automatische Belichtung bei den meisten Dias gute Ergebnisse geliefert hat, ist die manuelle Belichtung doch die bessere Alternative.

Praktisches Beispiel:

Etwas Ernüchterung kam mit den ersten gescannten alten Dias, die sind oft noch schlechter als vermutet.

Scan mit neutralen Grundeinstellungen entsprechend IT8-Target (2900K, Tönung 0):
Beispiel1o.jpg
Das Bild hat einen starken Rotstich!

Scan mit automatischem Weißabgleich brachte in diesem Fall keine Verbesserung, daher habe ich manuell nachgebessert (2900K, Tönung -30):
Beispiel1o.jpg
Ist doch schon herzeigbar :-)

Lösung: Weitere Dias dieses Filmes mit den gefundenen Einstellungen (2900K, Tönung -30) importieren oder nachträglich synchronisieren.

Gedanken zur erzielbaren Qualität und zum Scan-Komfort:

 

Erfahrungen mit dem Autofokus:

Ich habe viel mit den diversen Autofokus-Möglichkeiten experimentiert, und versucht, die Ergebnisse mit den technischen Gegebenheiten zu begründen.
Die Ergebnisse sind aber möglicherweise mit einer anderen Kamera, einem anderen Objektiv, bzw. Bedienung ohne Tethering-Software unterschiedlich.
ControlMyNikon schreibt ausdrücklich, daß diverse Funktionen nur mit einem CPU-Objektiv garantiert werden ..... das ist mein Nikon 200mm-Makro aber leider nicht.
Die Eigenschaften der 2 verbreiteten Autofokus-Methoden gelten aber wohl allgemein:

Ich habe auch Tests ohne Autofokus gemacht.
Wegen unterschiedlicher Rähmchen und unterschiedlicher Lage der Dias in den Rähmchen war ich mit dem Ergebnis aber nicht zufrieden.
Wenn man bei problematischen Dias manuell fokussieren will, sollte man das per Liveview kontrollieren.

 Resumée Autofokus:

Ich mache Scan-Aufnahmen nur im Liveview-Modus der Kamera.
Evtl. ist ein Vor-Fokussieren ohne Liveview erforderlich bzw. sinnvoll.
Die Bilder wirken von Blende 4 .... 11 scharf, ab Blende 16 wird die Beugungs-Unschärfe sichtbar.
Ich habe mich daher für Blende 8 (0.8mm Tiefenschärfe) entschieden.

Resumée Dia-Scanner Eigenbau:

Ich persönlich bin begeistert. Ich habe jetzt endlich, nach jahrelangem überlegen, und testen mit der Durchlichteinheit eines Flachbett-Scanners, eine für mich passende Lösung gefunden.
Ich kann meine Dias preiswert, schnell und in sehr guter Qualität scannen, und habe die Möglichkeit, diese erst zu einem späteren Zeitpunkt zu bearbeiten, ohne dabei an Qualität einzubüßen.
Ich habe auch überlegt, mir einen hochwertigen Dia-Scanner zu kaufen, und nach dem Scannen meiner Dias wieder in der eBucht zu verkaufen, aber das Zeit-Kriterium war der entscheidende Faktor, dies nicht zu tun.
Wenn ich schon mit relativ großem Aufwand meine alten Dias digitalisiere, dann will ich auch das Optimum an Qualität erzielen.
Daher habe ich kurzfristig eine neue Digicam gekauft, gibts ja mittlerweile wirklich preiswert: D7100, ca. 800 €.
Im Vergleich zu einem guten Dia-Scanner ein echtes Schnäppchen ... und die kann auch noch fotografieren 😄

Anmerkungen an Peter