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UV固化百科

详细解读MTF成像曲线图
浏览次数:6169 日期:2013-03-05【返回目录】

    镜头的成像品质是影友们最为关心,也是争论最多的话题,虽然各种针对镜头成像素质的测试方法层出不穷,但由于测试条件大相径庭,因此这些方法都不能非常准确地反应镜头的真实品质。与媒体拍摄分辨率标板的测试方法相比,MTF 成像曲线图是由镜头的生产厂家在极为客观严谨的测试环境下测得并对外公布的,是镜头成像品质最权威、最客观的技术参考依据。下面就来介绍 MTF 曲线的技术原理和解读方法。


测量反差与分辨率

     众所周知,对数码照片成像素质影响最大的是镜头的分辨率和反差。分辨率的单位是线对 / 毫米(lp/mm),相邻的黑白两条线可以称为一个线对,每毫米能够分辨出的线对数就是分辨率。如何测试镜头的分辨率和反差呢?厂商利用拍摄正弦光栅(测试标板中的黑白相间的栅格)的方法进行测试,亮度按正弦变化的周期图形叫做“正弦光栅”。而正弦光栅的疏密程度被称为“空间频率”(Spatial Frequency),空间频率的单位用 lp/mm 表示。lp/mm 标识单位长度 ( 每毫米 ) 的亮度按照正弦变化的图形的周期数。



    我们再回过头来看反差。反差 =(照度的最大值 -照度的最小值) /(照度的最大值 + 照度的最小值)。所以,反差的数值总是小于等于 1 的。这里我们引入调制度 M 的概念 :M=(Imax - Imin)/(Imax + Imin)调制度 M 总是介于 0 和 1 之间,调制度越大,反差越大。在对镜头的反差和分辨率进行测试时,我们将正弦光栅置于镜头前方,测量镜头成像处的调制度。这时由于镜头像差的影响,会出现以下情况。当空间频率很低时,测量出的调制度 M 几乎等于正弦光栅的调制度 ;当所拍摄的正弦光栅空间频率提高时,镜头成像的调制度逐渐下降。镜头成像的调制度随空间频率变化的函数称为调制度传递函数 MTF(Modulation Transfer Function)。对于原来调制度为 M 的正弦光栅,如果经过镜头到达像平面的像的调制度为 M ’,则 MTF 函数值为 :MTF 值 = M ’ / M由此可见,MTF 值必定大于 0,小于 1。MTF 值越接近 1,说明镜头的性能越优异。


    MTF 值不但可以反映镜头的反差,也可以反映镜头的分辨率。由于MTF 值是厂商在严谨的测试环境下测得的,排除了成像介质(胶片或感光元件)的影响,因此较为客观。当空间频率很低时,MTF 趋于 1,这时的 MTF 值可以反映镜头的反差。当空间频率提高,也就是正弦光栅的密度提高时,MTF 值逐渐下降,这时的 MTF 曲线可以反映镜头的分辨率。由于人眼的分辨能力有限,我们一般取MTF 值为 0.03时的空间频率作为镜头的目视分辨率极限。空间频率低于这个值时,镜头成像素质的变化人眼难以察觉,也就不存在测量的意义了。


利用 MTF 曲线判断镜头质量
     

 MTF 曲线图示例

MTF 曲线图示例

     以上图为例,针对 A、B、C 三条 MTF 曲线进行以下分析 :曲线 A 所代表的镜头在低频段反差适中,但随着空间频率的提高,它的衰减过程很慢,说明其素质还是不错的。曲线 B 所代表的镜头在低频表现很好,说明镜头的反差很好,但随着空间频率的提高,它的曲线衰减很快,说明镜头的分辨率不算很好。曲线 C 所代表的镜头在低频时就很快衰减,综合素质较低。和上面的曲线不同,厂商绘制 MTF 曲线时都是固定空间频率和光圈。其中固定空间频率低频(10 线对 /mm)曲线代表镜头反差特性,这条曲线越高,镜头反差越大。而固定高频(30 线对 /mm)曲线代表镜头分辨率特性,这条曲线越高,镜头分辨率越高。虽然纵坐标还是 MTF 值,但横坐标改为了像场中心到测量点的距离。镜头是以光轴为中心的对称结构,中心向各方向的成像素质变化规律是相同的。由于像差等因素的影响,像场中某点与像场中心的距离越远,其 MTF 值一般呈下降的趋势。因此以像场中心到像场边缘的距离为横坐标,可以反映镜头边缘的成像素质。另外,在偏离像场中心的位置,由沿切线方向的线条与沿径向方向的线条的正弦光栅所测得的 MTF 值是不同的。将平行于直径的线条产生的 MTF 曲线称为弧矢曲线,标为 S(Sagittal),而将平行于切线的线条产生的 MTF 曲线称为子午曲线,标为 M(Meridional)。如此一来,厂商所测得的 MTF 曲线一般有两条,即 S 曲线和 M 曲线。


各厂商 MTF 图的图例

     各个厂商所公布的 MTF 曲线有其自身的特点。尼康公司公布的 MTF曲线为镜头最大光圈时测得,其中实线为 S 方向测得,虚线为 M 方向测得,蓝色为空间频率为 30 线对 / 毫米的,红线为空间频率为 10线对 / 毫米的

 
    ß佳能公司公布的 MTF 曲线中实线为 S 方向测得,虚线为 M 方向测得,黑色曲线为最大光圈测得,蓝色曲线为 F8 光圈测得,粗线是空间频率为 10 线对 / 毫米时测得,细线是空间频率为 30 线对 / 毫米时测得。 
   ß适马公司公布的 MTF 曲线为最大光圈时测得,其中实线为S 方向测得,虚线为 M 方向测得,绿色为空间频率为 30 线对 / 毫米的,红线为空间频率为 10 线对 / 毫米的。

关于 MTF 曲线的认读,需要注意的事项总结如下:

1、MTF 曲线与横 轴、 纵轴 所围成的空间, 面 积 越 大 越 好。    MTF 曲线越平直越好,平直性说明镜头边缘和中心部分的成像均匀性
2、S 曲线与 M 曲线越接近越好
3、低频(10LP/mm)曲线代表镜头的反差特性,高频(30LP/mm)曲线代表镜头的分辨率特性
4、不要将不同焦距段、不同档次、不同规格(全幅、APS-C画幅)以及定焦和变焦等不同镜头的 MTF 图进行比较,因为它们的特性受设计规格、光学特性、像差以及成本、用料的影响很大,不具有可比性。只有同档次、同规格镜头的 MTF 图才具有比较意义。
5、不要将不同厂家的镜头 MTF 曲线图进行比较,因为各厂家所公布的 MTF 曲线图均是在各自的测试环境下测量所得,而测试环境存在差异。

总之,MTF 曲线不是万能的,它只能判读镜头的反差和分辨率特性,无法判别诸如抗眩光、畸变等特性。影友们在合理判读 MTF 曲线的同时,要保持理性和客观的心态。 

 

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