如何讀懂MTF曲線

對比度和分辨率

在我們談?wù)揗TF之前，最好先熟悉“對比度”和“分辨率”這兩個(gè)術(shù)語，因?yàn)檫@兩個(gè)術(shù)語在本文中已廣泛使用。對于大多數(shù)攝影師而言，“對比度”一詞與Photoshop或Lightroom中的滑塊相關(guān)聯(lián)，如某些人所說，該滑塊用于增加圖像的整體對比度并使圖像“彈出”。另一方面，分辨率通常與像素的傳感器和圖像分辨率相關(guān)，例如“ 800 x 600”。雖然這兩個(gè)術(shù)語聽起來像彼此無關(guān)，但實(shí)際上它們在光學(xué)上是相互關(guān)聯(lián)的，并且含義不同。在光學(xué)領(lǐng)域，分辨率代表鏡頭能夠透射的精細(xì)細(xì)節(jié)（也稱為“微對比度”），而對比度代表鏡頭區(qū)分不同光強(qiáng)度（例如黑白色的能力）。當(dāng)對比度水平顯著下降時(shí)，黑白線最終會(huì)變成灰色且難以區(qū)分。

清晰度：分辨率和銳化度

如果我們現(xiàn)在將“主觀清晰度”從方程式中剔除，并嘗試或多或少地客觀地定義該術(shù)語，我們將意識(shí)到清晰度由兩部分組成：分辨率和銳度。分辨率和銳度都同等重要，因此會(huì)影響整體的清晰度。如先前所定義，分辨率是鏡頭能夠透射的細(xì)節(jié)量。鏡頭會(huì)解決所有這些細(xì)小的羽毛和頭發(fā)細(xì)節(jié)，然后將其傳輸?shù)匠上駛鞲衅?。另一方面，清晰度并不是解決精細(xì)細(xì)節(jié)，而是解決圖像邊緣之間的過渡?？梢酝ㄟ^許多因素極大地提高清晰度，例如相機(jī)內(nèi)銳化，下采樣和在后處理中應(yīng)用銳化。另一方面，分辨率無法更改–如果鏡頭無法解析精細(xì)的細(xì)節(jié)，則在拍攝圖像后無法添加這些細(xì)節(jié)。因此，如果一開始的圖像非常柔和，則無法通過稍后對其進(jìn)行銳化來添加缺少的細(xì)節(jié)。看一下另一個(gè)圖像樣本：

圖像頂部的第一個(gè)裁切顯示低清晰度和高分辨率。鏡頭能夠解決很多細(xì)節(jié)問題，但是邊緣之間的過渡并不是突然的，這使圖像顯得有些柔和。中間的第二張圖像缺乏分辨率，但清晰度很高（邊緣過渡），因?yàn)閼?yīng)用了過多的銳化使圖像看起來更清晰。如您所見，完整的細(xì)節(jié)無法完全恢復(fù)，因此某些功能被嚴(yán)重夸大了。最后一張圖像具有很高的清晰度和分辨率，這使我們認(rèn)為它是三個(gè)圖像中最清晰，最詳細(xì)的。此示例表明，我們對清晰度的感知高度依賴于分辨率和銳化度。

現(xiàn)在，您已經(jīng)了解了對比度，分辨率和銳化度對獲得清晰圖像的重要性，讓我們更進(jìn)一步，討論測量和量化鏡頭性能。

MTF是什么？

由于感知的清晰度始終是主觀的，因此僅通過查看圖像中的細(xì)節(jié)就無法量化鏡頭性能。正如我在上面指出的那樣，太多的變量會(huì)影響我們的感知。因此，制造商提出了客觀的方法來測量受控實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的鏡片性能，或者通過計(jì)算機(jī)模擬（在下面的模擬MTF數(shù)據(jù)中更多）來估計(jì)鏡片的潛在性能，而無需依賴于人類的感知。這種公認(rèn)的鏡頭性能度量標(biāo)準(zhǔn)稱為MTF，代表“調(diào)制傳遞函數(shù)”。由于沒有透鏡能夠完美地透射光，因此MTF在量化對比度和分辨率的損失方面非常有用。銳度不適用于此處，因?yàn)槲覀儾皇窃谡務(wù)撐覀兏兄降那逦?，而是?yán)格地講鏡片能夠以最大對比度解析大量細(xì)節(jié)的能力。

MTF的優(yōu)點(diǎn)之一是，它能夠在單個(gè)圖表中提供大量有用的信息。MTF圖表可能會(huì)提供以下一些或全部數(shù)據(jù)：

鏡頭分辨率（最大和最小光圈的中心到極端角）

鏡頭對比度（最大和最小光圈的中心到極端角）

散光和橫向色差

場曲率

焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移

該數(shù)據(jù)可以揭示有關(guān)鏡頭整體性能的大量信息。同樣的數(shù)據(jù)也可用于比較同一制造商的不同鏡頭之間的分辨率和對比度。但是，不能在不同品牌之間比較MTF數(shù)據(jù)，并且MTF圖表無法提供其他光學(xué)數(shù)據(jù)，例如：

失真

縱向色差

色彩還原

漸暈

鏡頭光暈

因此，盡管MTF圖表可用于評估某些數(shù)據(jù)，但它們不能提供鏡頭光學(xué)性能的完整圖像。大多數(shù)制造商得出的結(jié)論是，提供MTF數(shù)據(jù)已足夠，并且上述缺陷從未納入特定的鏡片測試或其他圖表中。同樣重要的是要注意，通常也不提供變焦鏡頭在短焦距和長焦距之間的性能。例如，對于70-200mm的鏡頭，制造商將僅提供70mm和200mm的最短和最長焦距的MTF數(shù)據(jù)，而在這兩者之間沒有提供。這就是我們（和許多其他站點(diǎn)）在檢查鏡頭時(shí)專注于上述光學(xué)問題和數(shù)據(jù)不足的原因之一。

如何測量MTF數(shù)據(jù)

現(xiàn)在，我們來談?wù)劀y量MTF數(shù)據(jù)的實(shí)際過程。您可能已經(jīng)知道，鏡頭的性能從其中心到極端角落都可能有很大差異。大多數(shù)鏡頭都經(jīng)過優(yōu)化，可以在中央表現(xiàn)出色，但是在銳利度方面開始向角落分散。具有“神奇”光學(xué)設(shè)計(jì)的鏡頭在整個(gè)圖像框架中可能非常堅(jiān)固，但這種鏡頭很少-甚至一些最好，最昂貴的專業(yè)級鏡頭也存在各種光學(xué)問題。因此，僅拍攝圖像幀的一部分并評估其清晰度將是非常有限的，這就是為什么MTF數(shù)據(jù)由多個(gè)要測量的點(diǎn)組成的原因：從幀的中心到極端的角落。這是尼康提供的圖像，顯示了評估鏡頭性能的每個(gè)點(diǎn)：

這些紅點(diǎn)是細(xì)線圖案，在距圖像幀中心的特定位置或這種情況下的24x36mm全幀F(xiàn)X傳感器進(jìn)行分析。在距傳感器中心5mm，10mm，15mm和20mm處進(jìn)行測量。

鏡頭性能的評估是通過簡單的直線完成的，通常是白色背景上的黑線。較粗的線對用于測量對比度，通常為10線/毫米，而用于測量分辨率的較細(xì)的線為30線/毫米。看看尼康提供的以下圖表：

如您所見，粗線和細(xì)線分別以不同的間隔放置，以分別測量對比度和分辨率。線組在策略上以兩個(gè)不同的角度放置-一個(gè)與框的中心向外成一定角度，平行于鏡頭的半徑并指向中心（也稱為“矢狀”），另一個(gè)朝相反的方向成角度（也稱為“矢狀”）。被稱為“子午線”）。這樣做是有原因的–由于鏡頭像差，某些鏡頭在分辨指向一個(gè)方向的細(xì)節(jié)方面非常好，但在分辨指向另一個(gè)方向的細(xì)節(jié)方面卻不太好。對于MTF測量，同時(shí)提供了矢狀面和子午面數(shù)據(jù)，有助于輕松識(shí)別出散光的晶狀體。

如何閱讀MTF圖表

既然您知道了線組的放置和測量方式，現(xiàn)在是時(shí)候了解如何閱讀典型的MTF圖表了。請注意，所有制造商在如何顯示MTF數(shù)據(jù)以及實(shí)際繪制哪些數(shù)據(jù)方面都有自己的方法，因此，一個(gè)單獨(dú)的“ howto”指南不足以涵蓋所有內(nèi)容。這就是為什么我由制造商分開這部分。在開始具體說明之前，讓我們先了解一下MTF圖表的典型布局。

如果我們檢查表示鏡片對比度的紅色曲線，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)鏡片在中央具有很高的對比度，然后逐漸降低到鏡框中央，然后在中間急劇下降（10mm標(biāo)記） ），然后在中框和拐角之間拾取，然后再次急劇下降到極端的拐角處。分辨率從中心開始相當(dāng)強(qiáng)，然后逐漸下降到框架的中間，然后在中間和拐角之間稍微上升，然后在拐角處急劇下降。這一切意味著，在這個(gè)特定的光圈下，如果您拍攝了平坦目標(biāo)的照片，您會(huì)看到令人印象深刻的中心性能，該性能逐漸向中間下降，然后在拐角處急劇下降。

您可能想知道垂直Y軸上的哪個(gè)數(shù)字對于對比度和分辨率都可以視為“好”或“壞”。通常，對比度通常會(huì)高于MTF圖表中的分辨率，因此，高于0.9的圖像表示出色的對比度，介于0.7和0.9之間的圖像通常非常好，介于0.5和0.7之間的圖像表示平均值，而低于0.5的圖像則柔和/差。對于分辨率，這些數(shù)字顯然要低一些。