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[教程] MTF的基本原理和解讀

 章魚小東 2016-04-03


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學會解讀MTF對于鏡頭的選擇有著很大的幫助,同時眾多人士可能會對MTF的解讀抱有疑惑,本文目的就是介紹MTF的相關(guān)知識,方便大家理解MTF。
文章將分為三個大部分。第I部分介紹MTF的測定,第II部分介紹MTF的解讀,最后的第III部分介紹MTF的一些比較原則。本文以定性介紹為主,以便于理解和應(yīng)用為基礎(chǔ),所以個別概念可能會稍加以簡化。同時,介紹以主流廠商NC兩家的圖線為主。

概述
MTF全稱Modulation Transfer Function,調(diào)制傳遞函數(shù)。盡管各鏡頭廠家,各個測試機構(gòu)所用的MTF曲線表現(xiàn)形式都不相同,但是測試標準和基本數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式都是一樣的。MTF整體上衡量了鏡頭的光學分辨率和反差,但鏡頭的畸變、抗眩光性能、近攝能力、對焦速度都不是MTF所能表現(xiàn)的。MTF曲線就是對鏡頭分辨能力精確、量化評價的可視化表現(xiàn)。

測量方式
MTF測試使用的是黑白逐漸過渡的線條標板,通過鏡頭進行成像,被測量的結(jié)果是反差或分辨率的還原情況。如果所得影像的表現(xiàn)和測試標板完全一樣,其MTF值就為1;如果完全不同就是0。


標板的原理和上面這些是類似的


這里面黑白相間的柵格叫“正弦光柵”,光柵的疏密程度用“空間頻率”來描述。“空間頻率”的描述單位是“線對/毫米”,寫作lp/mm。
MTF值可以近似的理解為:MTF=成像上可識別的線對數(shù)/實際線對數(shù)
通常廠商會使用完全滿足鏡頭性能的感光元件進行測試,并且取了兩個標準的空間頻率分別定量表示反差和分辨率這兩個性能。尼康通常會給出最大光圈的MTF曲線,佳能提供最大光圈和f/8的曲線。

值得注意的是,在偏離成像中心的位置,根據(jù)沿成像圈切線方向的線條光柵與沿直徑方向的線條光柵所測得的MTF值是不同的。一般把沿直徑方向的線條光柵產(chǎn)生的MTF曲線稱為弧矢曲線,標為S(Sagittal),沿切線方向線條光柵測得的MTF曲線稱為子午曲線,標為M(Meridional)。所以廠商測得的同一空間頻率下的MTF曲線會有粗細兩條,即S曲線和M曲線。
光柵配置如圖所示:



實際上S線光柵是從中心向外的輻射狀條紋,M線光柵是由內(nèi)向外的同心圓條紋。其中間隔均相同。

解讀



以佳能的為例,根據(jù)上面的分析佳能會給出8條MTF曲線。圖象左側(cè)(y軸)是MTF值,圖向下側(cè)(x軸)是測試的成像點與成像中心的距離。

再看看尼康的:


這是AF35 2D的曲線,只畫出了最大光圈的情況,是四條曲線。

空間頻率為10lp/mm的曲線:表現(xiàn)反差或鮮明度特性
空間頻率為30lp/mm的曲線:表現(xiàn)分辨率特性
距中心距離:全畫幅要看整張圖,接近23mm的位置。APS-C看到12mm左右即可,右側(cè)可以舍去。
注意?:一般DX鏡頭是不畫出也無法畫出12-23mm這一舍棄部分的,同時廠家會把表格寬度拉到和全幅頭一樣寬,可能會造成覺得DX頭好過全幅頭的假象。

曲線解讀



藍色粗線:表現(xiàn)鏡頭在F8的反差表現(xiàn),由于光圈縮小對相差的消除作用,頂級鏡頭一般要求全線在0.8-0.9左右以上。


藍色細線:表現(xiàn)鏡頭在F8的分辨率表現(xiàn),同樣由于光圈縮小對相差的消除作用,頂級鏡頭一般要求全線在0.65-0.8左右以上。




這兩張圖圈出的線表達的含義相同。
黑色粗線:表現(xiàn)了在最大光圈下的反差或鮮明度表現(xiàn),由于最大光圈下的殘存像差影響,這條曲線尤其能體現(xiàn)鏡頭的大光圈可用度和設(shè)計做工水平。




這兩張圖圈出的線表達的含義相同。
黑色細線:表現(xiàn)了在最大光圈下的鏡頭分辨率表現(xiàn),由于最大光圈下的殘存相差影響,這條曲線尤其能體現(xiàn)鏡頭的光學設(shè)計水準。此時的曲線整體越靠上,鏡頭的工藝水平越高。




這兩張圖圈出的線表達的含義相同。
黑色細線:表現(xiàn)了在最大光圈下的鏡頭分辨率表現(xiàn),由于最大光圈下的殘存相差影響,這條曲線尤其能體現(xiàn)鏡頭的光學設(shè)計水準。此時的曲線整體越靠上,鏡頭的工藝水平越高。


整體經(jīng)驗

1.關(guān)于SM曲線
虛實的S曲線與M曲線越接近越好,兩者距離反映出鏡頭像散的特性。距離越大像散越大。同時這一距離還與虛化的自然度有關(guān)。距離越小虛化越平滑。

2.普遍規(guī)律
MTF曲線越高越好,越高說明鏡頭光學質(zhì)量越好。綜合反差和分辨率來看,MTF曲線以下包含面積越大越好。

3.平緩度關(guān)系
MTF曲線越平滑越好,平緩的曲線說明邊緣與中間表現(xiàn)一致性好。邊緣嚴重下降說明邊角反差與分辨率較低。不過對于廣角和變焦鏡頭的下降要適當寬容。


4.最佳性能體現(xiàn)
F8的曲線通常會反映鏡頭理想條件下設(shè)計的最高性能。F8曲線的表現(xiàn)一般基本就是這支鏡頭所設(shè)計的最好狀況了。在一般拍攝條件下光圈盡量就保持在這附近即可。(現(xiàn)在個別鏡頭的最佳光圈可能會不會在F8,請注意。)

5.不同光圈成像的一致性
一般要求藍線和黑線越接近越好。如果藍線和黑線極為接近,說明這支鏡頭表現(xiàn)十分出色,不同光圈成像的一致性很好,最大光圈可用性很高。一般只有很少的L鏡頭才有這種表現(xiàn)。

6.最低性能保障
如果藍線的位置比較低(中心線起點均低于0.7),說明這支鏡頭性能低下,不應(yīng)考慮。

7.APS-C用戶應(yīng)該注意:
由于相對全畫幅的分辨率較高,因此要尤其注意30lp/mm曲線的位置,越高越好。理想應(yīng)該有50%在0.7以上。這個方面APS-C的要求要比全畫幅高。

最低可接受數(shù)值(一般經(jīng)驗值)

10lp/mm:這些線能接受的值一般要大部分曲線在0.7以上,若是幾乎都在0.8以上就十分理想了。這樣的鏡頭成像通透,對比明顯,反差較高。

30lp/mm:最低要保證幾乎全線0.55以上,60%在0.6以上。都在0.75以上就很理想了。若有30%在0.8-0.9以上就幾乎是頂級鏡頭了。這些鏡頭的分辨率會很高,成像銳利。
總體上要所有的線幾乎都有60%在0.6之上就基本能接受,成像比較理想,不會在一般的全畫幅機器上出現(xiàn)問題。

不過,對于1.2L鏡頭,廣角1.4L鏡頭,超廣角變焦和定焦要適當寬容。著重看0-10mm中心成像質(zhì)量。


對比原則

1.相同焦距下的對比
對于一類相同焦距的鏡頭,可以進行對比。整體曲線較高,差距較小的較好,
注意?:不要將廣角鏡頭與長焦鏡頭的表現(xiàn)對比。由于逆望遠結(jié)構(gòu)和設(shè)計因素,應(yīng)該適當寬容廣角鏡頭的邊緣畫質(zhì)。通常著重注意0-12mm的高MTF范圍即可

2.相同最大光圈下的對比
通常應(yīng)該在最大光圈相同時進行對比,原則一樣。
注意?:不要把1.2L,1.4L鏡頭的表現(xiàn)和一般鏡頭相比較,為了大光圈他們還是有一定的性能取舍的。通??s小一兩擋到普通光圈時性能會比最大光圈時高很多。最大光圈時通常犧牲的是銳度,但配合大的虛化效果,這也有助于拍出朦朧效果。

3.變焦鏡頭的特性
通常變焦鏡頭在設(shè)計上仍會有所取舍,通常會犧牲S,M曲線的距離。應(yīng)該對此有所了解。但頂級變焦鏡頭還是有可能和中高檔定焦鏡頭相媲美的。


總結(jié):
1.盡量挑曲線靠上的
2.挑曲線下降平緩的
4.注意APS-C要考慮細線的分布
5.MTF并不是萬能的
6.不要隨意對比


補充信息
網(wǎng)上的評測信息常見lw/ph這一單位。MTF的單位是lp/mm,指每毫米可以分辨多少個黑白線對,而lw/ph是指每像高可以分辨多少條線。
其對應(yīng)關(guān)系是lw/ph=2xMTFx圖像感應(yīng)器高度(mm)


假若你要計算相機所需的鏡頭MTF,你需要知道感應(yīng)器高度,和短邊像素數(shù)。短邊像素數(shù)作為lw/ph值。代入計算即可。


結(jié)語:
MTF曲線絕不是萬能的,鏡頭的畸變、抗眩光性能、對焦速度還是沒有定量分析的。定量的數(shù)字也并不能代表藝術(shù)表現(xiàn),有些MTF值較低的鏡頭實際成像還別具一格。所以,假若你盡信MTF;還不如沒有MTF。但相對來說MTF定量描述了鏡頭的最基本的描寫性能,大家定性的了解分析方法還是會對采購鏡頭有所幫助的。
另外,定性了解鏡頭基本性能后有助于注意揚長避短,嘗試在鏡頭MTF值較高的條件下拍攝,充分利用器材的性能,得到理想的表現(xiàn)效果。



 光學人生

 

 

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