Film Flatness Test: 3 Filmhalter im ersten quantitativen Vergleich

Dieser Artikel dokumentiert einen Versuch, die Filmplanheit in drei DSLR-Scanning-Filmhaltern quantitativ zu vergleichen. Die Methode basiert auf Depth-from-Focus-Analyse mit einem Makroschlitten. Die Messgenauigkeit ist begrenzt -- die Ergebnisse zeigen Trends und relative Unterschiede, keine absoluten Werte.

Warum Film Flatness wichtig ist

Film Flatness ist die häufigste Beschwerde in der DSLR-Scanning-Community. Der Film wölbt sich im Halter, und die Ecken verlieren an Schärfe. Die Physik dahinter ist bekannt: Bei typischen Scan-Settings beträgt die Schärfentiefe nur Bruchteile eines Millimeters. Eine Wölbung von 0.3 mm reicht aus, um in den Ecken sichtbaren Schärfeverlust zu erzeugen.

Viele Meinungen, keine Messwerte

In Foren und auf Reddit finden sich zahlreiche Aussagen zu Film Flatness -- "Die Ecken sind weich", "Holder X ist besser als Y". Was sich nicht findet: Messdaten. Nach unserer Recherche hat niemand die Deviation eines Films in einem Halter quantitativ bestimmt und veröffentlicht. Alle Vergleiche basieren auf subjektiver Beurteilung der Scan-Schärfe.

Dieser Artikel ist ein Versuch, das zu ändern.

Der Teststreifen

Der verwendete Teststreifen -- Kodak Gold 200, aufgenommen mit einer Olympus OM-2n und Zuiko 50mm f/1.8 bei f/5.6. Relativ dichtes Negativ mit gleichmäßig verteilter Bildinformation.

Für alle Messungen wurde derselbe Filmstreifen und dasselbe Frame verwendet. Die Motivwahl ist relevant: Die Depth-from-Focus-Methode braucht Textur im Bild (Filmkorn, Kanten), um den Fokuspunkt zu bestimmen. Ein gleichmäßig helles oder dunkles Motiv -- Himmel, Wand, Schnee -- liefert kein verwertbares Signal. Äste und Blätter eignen sich gut: dicht, kontrastreich, gleichmäßig über das gesamte Frame verteilt.

Methode A: Der Reflexions-Check (qualitativ)

Die Filmoberfläche reflektiert Licht. Hält man den eingespannten Film unter eine Deckenlampe, werden Unebenheiten als verzerrte Reflexionslinien sichtbar. Diese Methode ist einfach, zeigt feine Details -- lässt sich aber nicht in Zahlen übersetzen.

Derselbe Filmstreifen in vier Haltern, jeweils unter der Deckenlampe fotografiert:

Referenz: Derselbe Film nur von Hand gehalten, ohne Halter

Was man mit dem Auge erkennt: Keiner der Halter hält den Film perfekt flach -- die Reflexionslinien sind bei allen drei verzerrt. Aber alle drei leisten sichtbar bessere Arbeit als gar kein Halter. Welcher am besten abschneidet, lässt sich aus den Reflexionsbildern bestenfalls erahnen. Die Wölbung ist nicht quantifizierbar -- ob die Deviation 50 oder 500 Mikrometer beträgt, ist aus der Reflexion nicht ablesbar. Deshalb die zweite Methode.

Wie die drei Halter den Film führen

Die drei getesteten Halter verwenden unterschiedliche Konstruktionsprinzipien, um den Film in Position zu halten. Das beeinflusst, wo und wie stark sich der Film wölben kann.

Negative Supply: Die Basis hat ein Panoramaformat-Gate -- der Film wird nur an den beiden Längsseiten (oben und unten) geführt. In der Länge gibt es keine Führung. Es existieren Masken, die man von unten einschiebt (für Half Frame, 35mm oder Panorama), aber auch mit Maske bleibt der Film in Längsrichtung frei. Das bedeutet: In der Mitte des Gates hat der Film den größten Spielraum zum Durchhängen.

Valoi: Für jedes Filmformat gibt es einen eigenen, aus einem Stück gegossenen Halter. Der Film wird sowohl in der Breite als auch in der Länge geführt. Die Konstruktion der Längsführung ist von außen nicht einsehbar, da sie in das Gehäuse integriert ist.

Ausgeknipst: Eine Kombination aus beiden Ansätzen. Die Basis hat wie bei Negative Supply ein Panoramaformat-Gate und führt den Film nur an den Seiten. Darauf werden austauschbare Tops aufgesetzt, die den Film von oben auch in der Länge führen und andrücken. Ohne Top verhält sich der Halter wie der Negative-Supply-Ansatz (nur Seitenführung). Mit Top kommt die Längsführung dazu.

Dieser Unterschied in der Führung ist relevant für die Messung: Da die Gate-Breite bei jedem Halter unterschiedlich ist, wurde die Auswertung auf die inneren 80 % des Filmframes beschränkt. Die Randbereiche enthalten wenig Bildinformation und werden beim Scannen ohnehin weggeschnitten -- sie fließen nicht in den Vergleich ein.

Methode B: Depth-from-Focus Messung (quantitativ)

Die Kamera fährt auf einem Makroschlitten in definierten Schritten durch die Filmebene. Bei jeder Position wird ein Bild aufgenommen. Jede Region des Bildes erreicht ihre maximale Schärfe in einem anderen Frame -- abhängig davon, wie weit sie vom Objektiv entfernt ist. Aus der Position des Schärfe-Maximums lässt sich die Höhe der Filmoberfläche an jeder Stelle berechnen.

Setup

Mess-Setup: Kamera auf Makroschlitten, Filmhalter auf der Lichtquelle. Die Post-Its unter dem Leuchtpult dienen als Shims -- sie gleichen minimale Höhenunterschiede an den Ecken aus, damit die Filmebene parallel zum Sensor liegt.

Nahaufnahme: Makroschlitten mit Messuhr -- 0.1 mm Schrittweite

Die Details:

• Kamera: Sony ZV-E10
• Objektiv: Carl Zeiss Jena Tessar 50mm f/2.8 auf Makro-Balgen
• Blende: f/2.8 (voll offen, für maximale Sensitivität gegenüber Fokusverschiebung)
• Makroschlitten: 0.1 mm Schrittweite, 21 Aufnahmen pro Durchgang
• Alignment: Spiegel-Methode

Spiegel-Alignment: Die Linsenreflexion muss exakt mittig sitzen, damit die optische Achse senkrecht auf der Filmebene steht

Auswertung

Ein Python-Script übernimmt die Analyse. Es teilt jedes Bild in ein Raster auf und bestimmt pro Zelle, in welchem Frame die Schärfe am höchsten ist. Daraus lässt sich die Höhe der Filmoberfläche an jeder Stelle berechnen. Zwei Korrekturen folgen: Erstens wird die globale Neigung rausgerechnet (der Sensor steht nie perfekt parallel zum Film). Zweitens wird die Feldkrümmung des Objektivs entfernt, damit nur die reine Film-Topografie übrig bleibt.

Pro Halter drei Durchgänge, durchmischt, gemittelt.

Technische Details zur Datenverarbeitung

Für die Auswertung teilt das Script jedes Bild in ein Raster von 20 x 30 Zellen auf. Pro Zelle wird über alle 21 Frames hinweg die Laplacian Variance berechnet -- ein Maß dafür, wie viel hochfrequenten Kontrast (Filmkorn, Kanten) die jeweilige Zelle enthält. Die Zelle ist am schärfsten, wenn die Fokusebene genau auf der Filmoberfläche liegt.

Die resultierende Schärfekurve hat pro Zelle einen Peak. Dessen Position wird per 3-Punkt-Parabelinterpolation bestimmt, um eine feinere Z-Auflösung als die Schrittweite (0.1 mm) zu erreichen. Anschließend wird eine Best-Fit-Ebene an die gesamte Z-Map gefittet und subtrahiert (Tilt-Korrektur). Beim Vergleich mehrerer Halter wird der Mittelwert aller Z-Maps als System-Bias subtrahiert (Common-Mode Rejection) -- das entfernt die Feldkrümmung des Objektivs, die bei allen Messungen identisch ist.

Die Auswertung erfolgt auf den inneren 80 % des Filmframes. Die Randbereiche werden verworfen -- sie enthalten wenig bis keine Bildinformation und werden beim Scannen ohnehin weggeschnitten.

Die Scripts sind in Python geschrieben (numpy, opencv, matplotlib). Wer den Code prüfen oder die Rohdaten nachrechnen will, kann sich melden -- bei berechtigter Kritik an der Methode passen wir die Auswertung an und publizieren die korrigierten Ergebnisse.

Worst-Case Referenz: Film nur an den Rändern geführt, ohne Deckplatte -- maximaler Durchhang

Ergebnisse

Drei Runs pro Halter, gemittelt. Gemessen auf den inneren 80 % des Filmframes (Randbereiche ausgeschlossen, da die Halter den Film unterschiedlich breit führen -- siehe oben). Linsen-Feldkrümmung per Common-Mode Rejection entfernt.

Halter	PV (um)	RMS (um)
Ausgeknipst	1102	163
Valoi	1382	175
Negative Supply	1708	202
Sprocket (Kontrolle)	2309	381

PV = Peak-to-Valley: die größte Abweichung zwischen höchstem und tiefstem Punkt.
RMS = Root Mean Square: die durchschnittliche Abweichung -- deutlich robuster als PV, weil ein einzelner Ausreißer das Ergebnis nicht verzerrt.

Heatmaps

Die Heatmaps zeigen die Topografie der Filmebene. Rot bedeutet: Der Film wölbt sich zum Objektiv hin. Blau: Er senkt sich weg. Weiss ist die Idealebene. Die Skala zeigt Mikrometer.

3-Halter-Vergleich: Rot = Film näher am Objektiv, Blau = weiter weg

Validierung: Der Sprocket-Halter (links) zeigt deutlich mehr Deviation als die Halter mit Deckplatte

Und die Einzel-Heatmaps, gemittelt über jeweils drei Runs:

Ausgeknipst -- gemittelt über 3 Runs

Valoi -- gemittelt über 3 Runs

Negative Supply -- gemittelt über 3 Runs

Was die Daten sagen

Validierung: Funktioniert die Methode?

Die Sprocket-Kontrolle (Film ohne Deckplatte) zeigt 2.3x höhere RMS-Werte als der beste Halter. Das ist der wichtigste Datenpunkt der gesamten Messung: Er bestätigt, dass die Methode reale Unterschiede in der Filmplanheit auflöst und die Ergebnisse nicht im Messrauschen untergehen.

Ausgeknipst (RMS 163 um)

Der niedrigste RMS-Wert im Test. Die Heatmap zeigt eine relativ gleichmäßige Verteilung ohne dominante Hotspots. Das austauschbare Top drückt den Film sowohl an den Seiten als auch in der Länge, was sich in einer gleichmäßigen Führung widerspiegelt. Die Run-to-Run-Variation (wie unterschiedlich die Ergebnisse bei wiederholtem Einlegen desselben Films ausfallen) lag bei 176 um -- vergleichbar mit Negative Supply.

Valoi (RMS 175 um)

Knapp hinter Ausgeknipst. Die Heatmap zeigt leichte Wellenmuster, die auf die S-Kurven-Führung des Valoi-Kanaldesigns zurückgehen könnten -- der Film wird beim Einschieben durch einen geschwungenen Kanal geführt. Die Run-to-Run-Variation war mit 210 um etwas höher als bei den anderen beiden Haltern. Ob das an der Konstruktion liegt oder an der Art wie der Film eingefädelt wird, lässt sich aus den Daten nicht ableiten.

Negative Supply (RMS 202 um)

Der höchste RMS-Wert der drei Halter. Die Heatmap zeigt mehr Kontrast als bei den anderen beiden -- Bereiche mit stärkerer Wölbung sind ausgeprägter sichtbar. Negative Supply führt den Film nur an den Längsseiten, nicht in der Länge. Die fehlende Längsführung könnte erklären, warum die Deviation in der Mitte des Gates etwas höher ausfällt. Gleichzeitig war die Run-to-Run-Variation mit 175 um die niedrigste im Test -- der Film sitzt bei jedem Einlegen konsistent an derselben Stelle.

Der Vergleich

Der Faktor zwischen bestem und schlechtestem Halter beträgt 1.2x (163 vs. 202 um RMS). In absoluten Zahlen: 39 Mikrometer Differenz. Das ist weniger als die Dicke eines menschlichen Haares.

Zur Einordnung: Bei f/8 -- der Blende, bei der die meisten Leute scannen -- beträgt die Schärfentiefe am Negativ etwa 500 Mikrometer. Alle drei Halter halten den Film innerhalb dieser Toleranz. Der Unterschied von 39 um wird in einem fertigen Scan bei dieser Blende nicht sichtbar sein.

Bei offeneren Blenden (f/4 oder f/2.8, wie sie bei High-End-Scanning-Setups vorkommen) schrumpft die Schärfentiefe auf unter 200 um. In diesem Bereich könnten die gemessenen Unterschiede relevant werden -- aber selbst dann ist der Effekt schwer von anderen Fehlerquellen zu trennen (Sensor-Alignment, Linsen-Feldkrümmung, Film-Curl des spezifischen Filmstreifens).

Fazit

Alle drei Halter halten den Film messbar flacher als ein ungestützter Filmstreifen. Die Unterschiede untereinander sind gering -- der Faktor zwischen bestem und schlechtestem Ergebnis beträgt 1.2x.

Die Produkte unterscheiden sich in vielen anderen Aspekten (Material, Workflow, Kompatibilität, Preis). Film Flatness ist ein Faktor von vielen. Bei diesem einen Faktor liegen die drei getesteten Halter nah beieinander.

Anmerkung zum Setup

Gemessen wurde bei f/2.8 (Offenblende). Das ist zum Scannen nicht üblich -- bei Offenblende nimmt die Abbildungsleistung des Objektivs ab, besonders in den Ecken. Der Grund für die offene Blende: Die Schärfentiefe muss klein genug sein, damit überhaupt messbare Unterschiede in der Filmebene auftreten. Bei f/5.6 oder f/8 wäre die DoF zu groß, um Film-Curl aufzulösen. Ein 100mm Makro bei 1:1 Abbildungsmaßstab und leicht abgeblendet wäre das bessere Messinstrument gewesen -- stand aber nicht zur Verfügung.

An die Community: Hilf uns, besser zu messen

Dieses Experiment war ein erster Versuch mit begrenztem Equipment. Die Methode hat Schwächen, die oben dokumentiert sind. Wenn jemand in der Community eine präzisere, bezahlbare Methode kennt -- Laser-Interferometrie, Moire-Topographie, oder etwas anderes -- freuen wir uns über den Hinweis. Die Tests werden wiederholt, die Rohdaten veröffentlicht.

Das Ziel ist nicht ein Marketing-Vergleich. Das Ziel ist, die eigene Konstruktion auf Basis von Messdaten zu verbessern.