1详细解读MTF成像曲线图
详细解读MTF成像曲线图
MTF曲线图的意义
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
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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。
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
以上图为例,针对 A、B、C三条 MTF曲线进行以下
分析
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:
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。
正弦光栅
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
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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
excel方差函数excelsd函数已知函数 2 f x m x mx m 2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载
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曲线图示例
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2 DSLR数码单反摄影圣经
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。
子午方向和弧矢方向
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。
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。
SIGMA 28mm F1.8 EX DG ASPHERICAL MACRO MTF
CANON EF 35mm f/1.4 L USM MTF
NIKKOR 20mm f/2.8D MTF
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
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
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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