Infrarotfotografie

Das Spektrum

Sieht man sich das Spektrum des Lichts an, so erkennt man dass nur ein kleiner Bereich davon sichtbares Licht ist, nämlich von etwa 400 bis 700 nm. Der für das menschliche Auge unsichtbare infrarote Bereich schließt direkt über dem des sichtbaren Lichts an und geht bis zu einer Wellenlänge von etwa 40.000 nm. Physikalisch gesehen sind die Infrarotstrahlen Wärmestrahlen.
Spektrum des Lichts

Der Infrarotbereich wird nochmals unterteilt in den nahen Infrarotbereich ("near infrared"), der mit der Kamera erfasst werden kann und in den fernen Infrarotbereich ("far infrared"), in dem die Wärmesignaturen von Objekten sichtbar werden.
Thermalfotografie ist mit den CCD's der Kameras aber nicht machbar, dafür wird bis heute extrem teures Spezialequipment benötigt.

Besonderheiten der Abbildung

Je mehr Infrarotstrahlung von dem fotografierten Objekt reflektiert wird, desto heller wird es auf dem Foto werden - je weniger, desto dunkler. Auch zwei Objekte, die beim normalen Hinsehen die selbe Farbe und Helligkeit haben, können im Infrarotbereich oft ganz unterschiedlich reflektieren und sich somit auf der Aufnahme stark voneinander unterscheiden. Die wichtigsten Effekte sind:

Blätter und Laub
Außer Nadellaub werden Blätter und Laub sehr hell wiedergegeben, vorausgesetzt es wird von der Sonne beschienen; im Schatten befindliches Laub bleibt auf einer Infrarotaufnahme dunkel. Dieser Effekt wird im Englischen auch "Wood"-Effekt genannt, er tritt am stärksten bei tiefstehender Sonne und Auflicht hervor.
Grund für die helle Wiedergabe ist die starke Reflexion der von der Sonne kommenden Infrarotstrahlen. Die Blätter werden so vor zu starker Wärmeaufnahme geschützt, und das Austrocknen wird verhindert. Abgestorbenes Laub erscheint dagegen völlig dunkel, weshalb man die Infrarotfotografie auch gerne bei der Beurteilung des Gesundheitszustandes des Waldes bzw. bei der Spionage heranzieht (getarnte Stellungen des Militärs werden einfacher entdeckt).
Himmel und Wasserflächen
Selbst wenn der Himmel für das menschliche Auge klarblau erscheint wird er auf Infrarotaufnahmen sehr dunkel bis schwarz wiedergegeben, dagegen hellt der oft knapp über dem Horizont liegende Dunst den Himmel auf. Wasserflächen verhalten sich ähnlich wie der Himmel, Wellen und Lichtreflektionen werden auf den Aufnahmen jedoch nicht sichtbar.
Wolken
Aufgrund des vorher erwähnten dunklen Himmels kommen Wolken - die auf der Aufnahme sehr hell wirken - gut zur Geltung. Verstärkt wird dies noch durch die konstrastreiche Wiedergabe innerhalb der Wolken selbst, darum wirken selbst für das bloße Auge flächig aussehende Wolken sehr plastisch.
Dunst und Nebel
Infrarotes Licht dringt teilweise gut durch Dunst und Nebel, daher kann dabei oft noch auf große Entfernungen fotografiert werden. Besteht der Dunst jedoch zu einem gewissen Teil aus Abgas- und Staubteilchen, wird die Durchlässigkeit gemindert.
Personen
Portraitaufnahmen aus kurzer Distanz sind eher nicht anzuraten, da die Haut sehr hell - fast leichenblass - abgebildet wird, und die Augen sehr dunkel. Es entsteht ein "Zombie"-Effekt, der eher komisch wirkt.

Kamera auf Infrarottauglichkeit testen

CCD-Chips wurden anfangs großteils für Überwachungskameras und Nachtsichtgeräte benutzt, da sie nicht nur für das sichtbares Licht sondern auch für den Infrarotbereich empfindlich sind.
Da aber die infrarote Strahlung eine normale Aufnahme (vor allem bei längeren Belichtungszeiten) sehr stark beeinflussen und verfälschen würde, versucht man seitens der Kamerahersteller die infraroten Strahlen zu unterdrücken: Immer mehr Kameras werden mit einem Sperrfilter ausgerüstet, der ausser den sichtbaren Wellenlängen alles andere stark dämpfen oder ganz sperren soll. Je älter und billiger das Kameramodell nun ist, desto wahrscheinlicher ist es dass dieser Sperrfilter fehlt - diese Kameras sind im allgemeinen sehr gut für die Infrarotfotografie geeignet.
Mit Sicherheit lässt sich das Vorhandensein eines Filters jedoch nur klären, wenn man die Kamera öffnet und nachsieht (was man während der Garantiezeit tunlichst lassen sollte!). Der Filter ist normalerweise aus grün-bläulichem Glas oder Kunststoff und sitzt meist direkt vor dem CCD-Chip.
Es gibt eine zweite relativ einfache Möglichkeit die Infrarotempfindlichkeit auch komplett ohne Hardwarebasteleien herauszufinden: Alles was man dazu benötigt ist die (Infrarot-)Fernbedienung irgendeines Haushalts-Elektrogeräts. Man richtet sie mit der Sendeseite auf die Kamera zu und drückt auf einen Knopf, während man auslöst:

Abbildung 2: Test der Kamera-Infrarotempfindlichkeit: Rechts sieht man bei gedrückter Taste deutlich die Leuchtdiode

Wenn auf dem LCD der Kamera die Sendediode weiss leuchtet oder blinkt, ist die Kamera grundsätzlich für die Infrarotfotografie geeignet. Je heller die Diode leuchtet, desto grösser ist die Empfindlichkeit. Wenn man nichts sieht, sollte man eine Aufnahme machen - am Besten mit langer Belichtungszeit und bei Dunkelheit - und sich diese dann ansehen.

Filter

Wenn die Kamera infrarote Strahlung aufnehmen kann, kommt als nächstes der Filter zum Zug. Infrarotfilter haben die Aufgabe, den sichtbaren Bereich des Lichts zu sperren und nur Wellenlängen größer ca. 700 nm durchzulassen (dieser Grenzwert ist abhängig vom Filtertyp). Der Nachteil der Filter ist, dass sie den Lichteinfall um etwa 2 Stufen verringern, dass also länger belichtet werden muss als bei herkömmlichen Aufnahmen.
Mit welchem der verschiedenen Filter man letztendlich die schönsten und kontrastreichesten Fotos schiessen kann kommt ganz auf die digitale Kamera an - die CCD-Chips sind sehr unterschiedlich in ihrer Empfindlichkeit. Wenn die Kamera keinen Sperrfilter hat, kann man einen Infrarotfilter verwenden der erst bei höheren Wellenlängen durchlässig ist und dafür den ganzen Bereich des sichtbaren Lichts sperrt. Besitzt die Kamera aber einen Sperrfilter oder hat der CCD-Chip eine sehr geringe Infrarot-Empfindlichkeit, würden die Fotos mit diesem Filter zu dunkel werden bzw. man muss zu lange belichten. Dann wird man eher einen Infrarotfilter wählen, der auch noch eine geringe Menge an sichtbarem Licht durchlässt, also dessen Grenze tiefer als 700 nm liegt.

Sieht man sich verschiedene Filter an, so kann man an der Farbe meist schon seine Durchlässigkeit erkennen. Je dunkler das Filterglas ist, desto weniger sichtbares Licht kann hindurch, je heller, desto mehr Anteil an sichtbarem Licht ist dabei. Die gängigsten Infrarotfilter sind (mit den weit verbreiteten Kodak- Bezeichnungen):

Filterbezeichnung	Grenzwellenlänge	Filterbezeichnung	Grenzwellenlänge

Wratten #25	600 nm	Wratten #88A	750 nm
Wratten #29	620 nm	Wratten #87	795 nm
Wratten #70	675 nm	Wratten #87C	850 nm
Wratten #89B	720 nm	Wratten #87B	930 nm
Wratten #88	735 nm	Wratten #87A	1050 nm

Ein weiterer beliebter Filter ist der Hoya R72, der seine Grenzwellenlänge wie der 89B bei 720 nm hat. Die Grenzwellenlänge ist dabei jene Wellenlänge, bei der der Filter gerade 50% der auftreffenden Strahlung durchlässt / sperrt. Zum besseren Verständnis hier nochmals grafisch die Lage der Filter im Spektrum:

Grenzwellenlängen der Filtertypen

Welcher Filter ist nun für welche Kamera geeignet?
Allgemeingültige Angaben kann man hier nicht machen, da die Empfindlichkeit auch schon mal von Kamera zu Kamera selbst unterschiedlich sein kann. Es hat sich aber gezeigt dass man bei den älteren Nikon-Modellen Coolpix 900 und 950 die besten Ergebnisse mit 87 bzw. 87C erzielen kann. Die neueren Nikon Modelle 990 und 995 sowie die Spiegelreflexkameras D100 und D1x haben bessere Sperrfilter als ihre Vorgänger und hier ist der 89B (oder fast äquivalent dazu der 88 und 88A) zu empfehlen. Auch die meisten Olympus-Modelle (wie z.B. die C-4040Z, C-5050Z, E-10, E-20,...) sind für infrarotes Licht empfindlich.

Fokussierung und Belichtungsdauer

Die Objektive sind normalerweise für das sichtbare Spektrum berechnet. Je weiter die das Bild aufbauende Strahlung davon abweicht, umso eher treten bei analogen Kameras Fokusdifferenzen und damit verbundene Unschärfen auf. Die Entfernungsskalen hochwertiger Objektive haben deshalb einen Infrarotindex (normalerweise ein roter Punkt neben der Einstellmarke), auf den man beim Belichten von Infrarotfilm nach dem Scharfstellen weiterdrehen muss.
Fokussierungsänderung

Als Faustformel gilt in der Analog-Infrarotfotografie: Änderung der Fokussierung = Brennweite des Objektivs * 0.25%
Bei einem 200 mm Teleobjektiv wäre die Änderung also 200 mm * 0.0025 = 0.5 mm, um die die Fokussierung verstellt werden muss.

Die Autofokus-Module der digitalen Kameras arbeiten jedoch nach einem gänzlich anderen Prinzip, daher kann man sich das Weiterdrehen oder eine Änderung der Fokussierung sparen. Für die digitale Kamera ist es üblicherweise kein Problem, auch mit aufgeschraubtem IR-Filter korrekt scharfzustellen.
Geringe Unschärfen können auch mit einer höheren Tiefenschärfe ausgeglichen werden, daher wenn möglich eine kleinere Blende einstellen. Jedoch sollte dabei auch keine zu kleine Blendenöffnung gewählt werden, da dann die Beugung der Lichtstrahlen an der Blende zu groß wird.

Bei der Belichtung sind längere Zeiten zu erwarten, da durch den Filter nur ein geringer Teil der sonstigen Lichtmenge zum Bildsensor gelangt. Wie auch bei Nachtaufnahmen ist auch hier ein Stativ meist unverzichtbar.