Wie scharf ist mein Smartphone wirklich?

Kameratest mit Siemensstern

Smartphones fotografieren heute beeindruckend gut. Nachtmodus, KI-Schärfung, mehrere Objektive, riesige Megapixelzahlen – auf dem Papier klingt das nach optischer Zauberei im Hosentaschenformat. Aber wie gut bildet eine Smartphonekamera feine Strukturen wirklich ab? Und was passiert, wenn man nicht einfach eine Landschaft fotografiert, sondern ein Testmuster, das der Kamera gezielt auf den Zahn fühlt?

Genau hier kommt der Siemensstern ins Spiel. Das klassische Testmuster macht sichtbar, wo ein optisches System feine Details noch sauber trennt und wo Linien ineinanderlaufen, flimmern oder plötzlich von der Bildverarbeitung künstlich nachgeschärft werden. Mit einer kleinen LED-Hintergrundbeleuchtung wird daraus ein kompakter Versuchsaufbau, mit dem sich Smartphonekameras, Objektive und optische Systeme sehr anschaulich vergleichen lassen.

Die Idee des Versuchs

In diesem Applikationsbeispiel wird ein Smartphone auf den hinterleuchteten Siemensstern des e9u-BGLT-20x20-B ausgerichtet. Anschließend werden verschiedene Kameramodule, Abstände und Einstellungen verglichen. Das Ziel ist keine vollständig kalibrierte MTF-Messung, sondern ein praktischer und gut sichtbarer Vergleich der Abbildungsleistung.

Spannend wird es besonders, wenn man nicht nur die Bildmitte betrachtet. Viele Smartphone-Optiken wirken in der Mitte sehr scharf, zeigen am Rand aber deutlich mehr Unschärfe, Verzeichnung oder Farbfehler. Auch die kamerainterne Bildverarbeitung mischt kräftig mit: Rauschunterdrückung, Nachschärfung und HDR können das Ergebnis sichtbar verändern.

Benötigte Materialien

• e9u-BGLT-20x20-B LED-Hintergrundbeleuchtung mit Batteriepack (background lighting with battery pack) und Siemensstern
• Smartphone mit einer oder mehreren Kameras
• kleines Stativ, Handyhalter oder stabiler Versuchsaufbau
• AAA-Batterien für das Batteriepack
• optional: Kamera-App mit manueller Einstellung von Fokus, Belichtungszeit, ISO und Weißabgleich
• optional: Lineal oder Abstandshalter zur reproduzierbaren Positionierung
• optional: PC oder Tablet zur Betrachtung von Bildausschnitten

Versuchsaufbau

Das Testtarget wird auf dem Labortisch oder in einem kleinen Halter positioniert. Das Smartphone wird so befestigt, dass die Kamera möglichst senkrecht auf den Siemensstern blickt. Eine stabile Befestigung ist wichtig, denn schon kleine Verwacklungen oder Abstandsschwankungen erschweren den Vergleich.

Der Abstand sollte so gewählt werden, dass der Siemensstern gut im Bild erkennbar ist, aber nicht den gesamten Sensorbereich füllt. Für Randtests kann man das Target gezielt an unterschiedlichen Positionen im Bildfeld aufnehmen oder das Smartphone leicht verschieben, ohne den Abstand zu verändern.

Durchführung

1. Das Batteriepack mit drei AAA-Batterien bestücken und mit dem e9u-BGLT-20x20-B verbinden. Falls das Batteriepack über einen Schalter verfügt, die Beleuchtung anschließend einschalten.
2. Smartphone stabil vor dem Siemensstern positionieren.
3. Wenn möglich automatische Optimierungen wie Nachtmodus, Beauty-Filter oder starke HDR-Automatik deaktivieren.
4. Belichtung so einstellen, dass die hellen Flächen des Siemenssterns nicht übersteuern.
5. Ein erstes Bild mit der Hauptkamera aufnehmen.
6. Optional weitere Bilder mit Ultraweitwinkel-, Tele- oder Makrokamera aufnehmen.
7. Für Randtests den Siemensstern nacheinander in der Bildmitte und an verschiedenen Positionen im Bildfeld aufnehmen. Anschließend gleich große Bildausschnitte bei identischer Vergrößerung vergleichen.
8. Bilder speichern und Bildausschnitte bei gleicher Vergrößerung vergleichen.

Was lässt sich beobachten?

Der Siemensstern macht mehrere Eigenschaften des Kamerasystems sichtbar:

• Schärfe und Fokuslage in der Bildmitte
• Randunschärfe und Bildfeldwölbung
• Dezentrierung oder Verkippung im optischen Aufbau
• Verzeichnung, besonders bei Weitwinkelkameras
• Moiré- und Aliasingeffekte durch das Zusammenspiel von Teststruktur und Pixelraster
• Einfluss von Nachschärfung, Rauschunterdrückung und JPEG-Kompression
• Unterschiede zwischen Hauptkamera, Ultraweitwinkel, Tele- und Makromodul

Interpretation: Megapixel sind nicht alles

Ein Smartphone mit vielen Megapixeln liefert nicht automatisch die beste Detailauflösung. Entscheidend ist die gesamte Bildkette: Objektiv, Fokus, Sensor, Pixelgröße, Signalverarbeitung und Software. Der Siemensstern zeigt diese Kette gnadenlos anschaulich. Feine Linien können verschwimmen, falsch rekonstruiert werden oder durch Nachschärfung schärfer wirken, als sie physikalisch tatsächlich abgebildet wurden.

Besonders interessant sind Bildausschnitte aus der Mitte und aus den Randbereichen. Wenn die Mitte sauber auflöst, der Rand aber deutlich weicher wird, ist das ein typisches Verhalten vieler kleiner Objektive. Wenn eine Seite des Bildes deutlich schlechter ist als die andere, kann das auf Verkippung, Dezentrierung oder einen nicht exakt parallelen Aufbau hinweisen.

Qualitativer und halbquantitativer Vergleich

Für eine einfache qualitative Prüfung genügt oft schon der direkte Blick auf das Livebild oder auf gespeicherte Fotos. Für einen halbquantitativen Vergleich sollten jedoch Abstand, Kameraeinstellungen, Beleuchtung und Bildausschnitt konstant gehalten werden.

• Gleicher Abstand zwischen Kamera und Testtarget
• Gleiche Belichtung und möglichst niedriger ISO-Wert
• Kein Digitalzoom für Vergleiche zwischen Kameras
• Gleiche Ausgabegröße oder gleiche Pixelansicht beim Vergleich
• Möglichst identische Fokusbedingungen
• Bei verfügbaren RAW-Daten: Vergleich von RAW und kamerainternem JPEG

Wichtig: Dieser Versuch ersetzt keine normgerechte Laborvermessung der Modulationsübertragungsfunktion. Er liefert aber eine sehr anschauliche und praxisnahe Beurteilung, die für Entwicklung, Ausbildung und schnelle Vergleiche oft genau der richtige Einstieg ist.

Typische Stolperfallen

Erweiterungen des Versuchs

• Vergleich verschiedener Smartphones unter gleichen Bedingungen
• Vergleich von Standard-Kamera-App und manueller Kamera-App
• Vergleich von JPEG und RAW-Aufnahme
• Untersuchung von Makroobjektiven, Vorsatzobjektiven oder Mikroskopadaptern
• Test von Webcams, Industriekameras oder USB-Kameras
• Aufnahme bei verschiedenen Abständen und daraus abgeleitete Diskussion über Abbildungsmaßstab und Auflösung
• Vergleich der Bildmitte mit den vier Bildecken zur Beurteilung der Feldleistung

Was bedeutet das für die Lehre?

Der Versuch verbindet Alltagsbezug mit echter Optik. Fast jeder kennt Smartphone-Fotos, aber nur wenige haben bewusst gesehen, wie stark Objektiv, Sensor und Software zusammenwirken. Der Siemensstern bringt dieses Zusammenspiel direkt ins Bild: Auflösung, Kontrast, Fokus, Abbildungsfehler und digitale Bildverarbeitung werden sichtbar, ohne dass zuerst ein großer Messplatz aufgebaut werden muss.

Dadurch eignet sich das Experiment gut für Praktika, Projektwochen, Schulungen und kurze Demonstrationen. Aus einem einfachen Foto wird schnell eine Diskussion über optische Abbildung, Sensorauflösung und Bildverarbeitung – und genau da fängt es an, spannend zu werden.

Verwendetes Produkt

Für den hier beschriebenen Versuch wird das e9u-BGLT-20x20-B verwendet, eine kompakte LED-Hintergrundbeleuchtung mit integriertem Siemensstern auf Glassubstrat. Technische Daten, Anschluss, Sicherheitshinweise und Hinweise zur Reinigung sind auf der Produktseite beschrieben.

[Linkplatzhalter: Produktseite e9u-BGLT-20x20-B]

Sicherheitshinweis

Das Testtarget ist für den Einsatz durch Fachpersonal in trockenen Innenräumen vorgesehen. Nicht längere Zeit direkt in die leuchtende Fläche blicken. Bei beschädigtem Glassubstrat darf das Produkt nicht weiterverwendet werden. Die maximale Versorgungsspannung von 5,5 V DC darf nicht überschritten werden.

Fazit

Der Siemensstern zeigt sehr schnell, was in einer Kamera wirklich passiert. Plötzlich wird sichtbar, wo der Fokus sitzt, wie stark die Bildränder nachlassen, wann feine Details verschwinden und wie sehr Software das Ergebnis verändert. Damit wird aus einem kleinen hinterleuchteten Testtarget ein erstaunlich vielseitiges Werkzeug für optische Experimente – vom schnellen Smartphone-Vergleich bis zur Justage kleiner Laboraufbauten.