Ausgangspunkt für das Focus Stacking ist eine Reihe von Bildern, die in unterschiedlichen Entfernungen aufgenommen wurden; in jedem Bild sind verschiedene Bereiche der Probe scharf gestellt. Zwar ist in keinem dieser Bilder die Probe vollständig fokussiert, doch enthalten sie zusammen alle Daten, die erforderlich sind, um ein Bild zu erzeugen, in dem alle Teile der Probe fokussiert sind. Unscharfe Bereiche jedes Bildes können automatisch erkannt werden, z. B. durch Kantenerkennung oder Fourier-Analyse, oder manuell ausgewählt werden. Die fokussierten Bereiche werden dann zusammengefügt, um das endgültige Bild zu erzeugen.
Diese Verarbeitung wird auch als z-stacking, focal plane merging (oder zedification auf Französisch) bezeichnet.
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In der FotografieBearbeiten
Eine ausreichende Schärfentiefe zu erreichen, kann in der Makrofotografie besonders schwierig sein, denn die Schärfentiefe ist bei Objekten, die näher an der Kamera liegen, geringer (flacher). Wenn also ein kleines Objekt das Bild ausfüllt, ist es oft so nah, dass es nicht in seiner gesamten Tiefe auf einmal scharfgestellt werden kann. Die Schärfentiefe wird normalerweise durch Abblenden (mit einer größeren Blendenzahl) erhöht, aber ab einem bestimmten Punkt führt Abblenden zu Unschärfe aufgrund von Beugung, was den Vorteil der Schärfe zunichte macht. Außerdem verringert sich dadurch die Leuchtkraft des Bildes. Durch Focus Stacking kann die Schärfentiefe von Bildern, die mit der schärfsten Blende aufgenommen wurden, effektiv erhöht werden. Die Bilder auf der rechten Seite veranschaulichen die Vergrößerung der Schärfentiefe, die durch die Kombination mehrerer Aufnahmen erreicht werden kann.
Die Mars Science Laboratory Mission verfügt über ein Gerät namens Mars Hand Lens Imager (MAHLI), das Fotos aufnehmen kann, die später fokussiert werden können.
In der MikroskopieEdit
In der Mikroskopie sind hohe numerische Aperturen wünschenswert, um so viel Licht wie möglich von einer kleinen Probe einzufangen. Eine hohe numerische Apertur (gleichbedeutend mit einer niedrigen Blendenzahl) ergibt eine sehr geringe Schärfentiefe. Objektive mit höherer Vergrößerung haben im Allgemeinen eine geringere Schärfentiefe; ein 100×-Objektiv mit einer numerischen Apertur von etwa 1,4 hat eine Schärfentiefe von etwa 1 μm. Bei der direkten Betrachtung einer Probe lassen sich die Beschränkungen der geringen Schärfentiefe leicht umgehen, indem man durch die Probe hindurch nach oben und unten fokussiert; um Mikroskopiedaten einer komplexen 3D-Struktur effektiv in 2D darzustellen, ist das Fokus-Stacking eine sehr nützliche Technik.
Bei der Rastertransmissionselektronenmikroskopie mit atomarer Auflösung treten ähnliche Schwierigkeiten auf, wenn die Merkmale der Probe viel größer sind als die Schärfentiefe. Durch die Aufnahme einer durchfokalen Serie kann die Schärfentiefe rekonstruiert werden, um ein einziges Bild zu erstellen, das vollständig im Fokus liegt.