六大鏡頭特性,MTF未曾透露的秘密

1. 鏡頭耀光 (flare)

2. 色彩傳輸 (color transmission)

3. 近攝光學(xué)表現(xiàn) (close-up performance)

4. 畸變 (distortion)

5. 暗角 (Vignetting)

6. 散景 (bokeh)

MTF測(cè)試是價(jià)值中立的量化工具，分?jǐn)?shù)則否

業(yè)余攝影玩家們對(duì)手邊的器材，多少都有一點(diǎn)好奇心，總想知道這只鏡頭的表現(xiàn)，能否符合自己心中的那一把尺。往昔有專業(yè)雜志提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹笢y(cè)試報(bào)告」 (Test report) ，詳列各種客觀科學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)，都是在嚴(yán)格控制參數(shù)下進(jìn)行調(diào)查，像是日文攝影期刊《アサヒカメラ》在1957年開(kāi)辟的「ニューフェース診斷室」專欄，本身就是相當(dāng)具有參考價(jià)值的專業(yè)測(cè)試報(bào)告。

日文攝影期刊アサヒカメラ于1957年開(kāi)辟了「ニューフェース診斷室」專欄，直到停刊為止，都是相當(dāng)具有參考意義的專業(yè)測(cè)試報(bào)告。報(bào)告中的「コントラスト減少率」曲線圖表，即為MTF。除此之外，還有更多項(xiàng)目都需要利用專門的科學(xué)儀器進(jìn)行客觀測(cè)試。圖片來(lái)源：アサヒカメラ，1999年11月

另一種比較輕松休閑的內(nèi)容，名為「試用報(bào)告」 (field review) ，大多偏向使用者個(gè)人實(shí)際體驗(yàn)。像是：試用新功能、新介面，通常會(huì)在短短幾天之中內(nèi)景外景拍一輪人像與街景照片，附帶大量官方規(guī)格數(shù)據(jù)，或僅僅只是開(kāi)箱展示外觀與配件。看似客觀，文字論述卻多半具有強(qiáng)烈心證。

因此，「測(cè)試」和「試用」兩者意義差異很大，區(qū)隔也相當(dāng)明顯，但漢語(yǔ)中文的模糊性產(chǎn)生了「可以被操作」的曖昧不明。

舉例來(lái)說(shuō)，有些玩家僅僅只是把玩試拍過(guò)某器材，便興沖沖地發(fā)表了他個(gè)人所謂的「測(cè)試報(bào)告」，內(nèi)容除了抄錄硬體規(guī)格之外，都是一些異想天開(kāi)式的聊天閑扯淡，隨喜好任意給予「幾顆星星」或打分?jǐn)?shù)排行，或發(fā)明「〇大機(jī)王」、「〇大鏡后」、「〇劍客」的渾號(hào)，詞藻固然華麗，但僅僅只是個(gè)人心境的抒發(fā)，你很難分辨這樣的文章和廣告有何差別。

當(dāng)你接觸到大量沖刷的垃圾資料時(shí)，最忌諱的一點(diǎn)就是主客混淆。如果你不習(xí)慣嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎伎迹苋菀鬃龀銎钤忈?，所謂的「迷思、神話」就這樣從一團(tuán)人造迷霧中誕生了。

微妙的是，這些似是而非的形容詞堆疊，反倒具有一種文青魅力，足以麻醉許多同類，仿佛只要全盤接納這套神話，就能保證個(gè)人一生平安幸福。

然而，沒(méi)有經(jīng)過(guò)思考檢證與時(shí)間洗禮的傳說(shuō)與神話，終究經(jīng)不起批判與考驗(yàn)。當(dāng)傳奇不再，神話破滅后，也造成了價(jià)值混亂、懷疑、與知識(shí)傳播的阻礙。未經(jīng)查證的錯(cuò)誤資訊，傳播速度往往比更正情報(bào)來(lái)得更快、更兇猛。

回到正題。

MTF全名為「調(diào)制傳遞函數(shù)」 (Modulation Transfer Function) ，在繁體漢字圈中沒(méi)有固定翻譯，因此也譯為「調(diào)變傳遞函數(shù)」、「調(diào)制變換函數(shù)」，或各種任意排列組合，不同學(xué)界有各種不同的說(shuō)法。為了方便溝通，MTF是最簡(jiǎn)單的方式。

雖是專業(yè)術(shù)語(yǔ)，但歷年來(lái)數(shù)據(jù)派業(yè)余玩家相當(dāng)熱中，甚至還能拿幾張圖表來(lái)交叉比較其曲線的斜率與「彎曲度」，自得其樂(lè)一番。

但是我們首先要問(wèn)的是：此一函數(shù)，「調(diào)制傳遞」的是什么？

答案是：被攝主體的反差對(duì)比 (Contrast)。現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)之一是「完整傳達(dá)主體反差對(duì)比」。日本媒體測(cè)試報(bào)告中的MTF圖表垂直坐標(biāo) (Y軸) ，往往直接標(biāo)明為「反差對(duì)比減少率」 (コントラスト減少率) ，當(dāng)然你也可以反過(guò)來(lái)理解為「還原率」。

換言之，減少率越小，曲線數(shù)值越接近100％，表示主體反差對(duì)比還原能力越高。

物體發(fā)散的光束通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后產(chǎn)生的像差，成像位置各有不同。圖為描述光學(xué)成像的各種名詞匯整。根據(jù)維基百科「像散」條目附圖 (作者M(jìn)ichael Schmid) 在CC BY-SA 3.0規(guī)范下重新繪制。

光束通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后，在成像平面上產(chǎn)生像差。根據(jù)J. Geary, Introduction to Lens Design with practical Zemax examples, Fig. 7.1 圖重新繪制。

全畫(huà)幅 (35mm底片或稱135底片) 上的影像高度，意指中心至底片對(duì)角線43.2mm的距離長(zhǎng)度。

調(diào)制傳遞函數(shù) (MTF) 的示意圖。水平Ｘ軸單位為mm，是影像中心 (本圖為35mm底片) 至角落邊緣的距離。Ｙ軸顯示的是測(cè)試目標(biāo)的反差對(duì)比 (日文慣稱反差對(duì)比還原率) ，通常以百分比 (或０到１) 表示。本圖根據(jù)ZEISS官網(wǎng)的PLANAR T50mm f1.4 ZF技術(shù)文件重新繪制并重新標(biāo)示上色。*

特別要強(qiáng)調(diào)的是，在此「反差對(duì)比」是一個(gè)完整概念，不要拆解成「反差」、「對(duì)比」分別加以詮釋。很多業(yè)余玩家被漢字的模糊性誤導(dǎo)，結(jié)果理解為兩種截然相反的意義，造成嚴(yán)重的溝通障礙，要注意。

水平坐標(biāo) (X軸) 則表示從畫(huà)幅中心到邊緣的位置。由于鏡頭的光學(xué)表現(xiàn)是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，因此測(cè)試圖表只需標(biāo)示從中心到邊緣的距離即可，在全畫(huà)幅的35mm電影底片畫(huà)幅上，這段長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)為21.6mm，有些圖表僅標(biāo)示至21.0mm。如果測(cè)試的鏡頭屬于M43陣營(yíng)，畫(huà)幅縮小，采用的測(cè)試范圍以及標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)相應(yīng)變化。

對(duì)一位鏡頭設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，MTF是非常有效的測(cè)量工具，它可以用來(lái)檢證設(shè)計(jì)理念是否能在光學(xué)表現(xiàn)之中體現(xiàn)。

這里要再度強(qiáng)調(diào)的是：MTF圖表有其專業(yè)性，應(yīng)該交給專業(yè)人士來(lái)判讀。一只嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)、制造組裝的鏡頭，做完MTF測(cè)試后至少會(huì)產(chǎn)生一兩百?gòu)堃陨系膱D表數(shù)據(jù)，廠商公布的MTF圖表，通常只有區(qū)區(qū)三、四張。單張圖表有其先天限制。一般人則未必了解，只取自己想看的漂亮數(shù)據(jù)，容易曲解事實(shí)，不可不慎。

除了google搜索結(jié)果告訴你的解讀方法之外，你還應(yīng)該知道MTF「不能告訴你」的事情。這里簡(jiǎn)短介紹其中的六大特性：

1. 鏡頭耀光 (flare)

鏡頭由復(fù)雜的光學(xué)玻璃鏡片與支持機(jī)構(gòu)組合而成，少則四片，多則十余片，材質(zhì)、折射率各不相同。如果沒(méi)有完善措施 (如使用遮光罩、鏡片邊緣涂墨、鏡筒內(nèi)部的消光涂布) ，即使有多層鍍膜提高透光率，光線通過(guò)鏡片群組，仍會(huì)發(fā)生鬼反射。

這些不規(guī)則的光線到達(dá)底片或感光元件上時(shí)，造成程度不一的霧翳感，稱為耀光 (flare) 。

有些耀光形成強(qiáng)烈光斑或鬼影，有些則遍布整個(gè)成像圈，讓影像對(duì)比下降。盡管耀光造成的光斑可能會(huì)形成有趣的圖案，甚至有人刻意要拍出光斑，但大多數(shù)場(chǎng)合耀光只會(huì)使影像品質(zhì)劣化，應(yīng)盡量避免。如果遇到逆光場(chǎng)合，建議使用有效遮光的物件 (遮光罩或者你的手掌) ，避免強(qiáng)烈點(diǎn)光源從畫(huà)面邊角進(jìn)入鏡頭內(nèi)部。

2. 色彩傳輸 (color transmission)

儀器產(chǎn)生MTF圖表時(shí)，一般輸入信號(hào)是1:1000的高反差黑白線對(duì)(line pairs) ，光源是白光 (white light) ，往昔測(cè)試時(shí)采用極微粒干板底片，現(xiàn)代則以CCD作為數(shù)位感光偵測(cè)元件。

實(shí)作測(cè)試 (或用電腦推算數(shù)值) 的結(jié)果，很可能會(huì)與使用的白光品質(zhì)、使用光線的波長(zhǎng)數(shù)量以及加權(quán)比重不同而產(chǎn)生差異。

此外，底片制造廠商則會(huì)測(cè)試底片感色層對(duì)不同波長(zhǎng)的特殊調(diào)制傳遞函數(shù)。以柯達(dá)正片E100VS為例，其測(cè)試結(jié)果顯示：紅光波長(zhǎng)隨著「空間頻率」 (Spacial frequency) 增加而較綠、藍(lán)光波長(zhǎng)出現(xiàn)更顯著的衰減，但這在鏡頭廠商提供的MTF圖并不會(huì)告訴你。

所謂的空間頻率 (或稱空間周波數(shù)) ，Wiki維基百科的解釋如下：

不同的空間頻率代表圖像中不同的訊息，高空間頻率出現(xiàn)在空間劇烈變化的位置，例如物體的邊界，或是比較細(xì)膩的紋路。低空間頻率則是物體整體的形狀。

用比較直白的話解釋：高空間頻率看重的是「細(xì)節(jié)紋理」，低空間頻率看重「主體輪廓」。

各家鏡頭廠商在設(shè)計(jì)光學(xué)器材時(shí)，有各自不同的理念和主張，在MTF測(cè)試中也就會(huì)有不同的曲線表現(xiàn)。舉例來(lái)說(shuō)，LEICA公司的鏡頭測(cè)試大多「額外」提供一條5 lp/mm的MTF數(shù)據(jù)，是有意為之的。這意味著原廠重視主體輪廓的重現(xiàn)，同時(shí)也會(huì)呈現(xiàn)不同的影像風(fēng)格。

3. 近攝光學(xué)表現(xiàn) (close-up performance)

實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行MTF測(cè)試時(shí)，無(wú)論是實(shí)測(cè)鏡頭或者以電腦數(shù)據(jù)推算，鏡頭對(duì)焦距離都統(tǒng)一設(shè)定在無(wú)限遠(yuǎn)處。產(chǎn)生出來(lái)的報(bào)表，無(wú)法代表鏡頭在近距離內(nèi)的表現(xiàn)。這對(duì)近攝表現(xiàn)重于一切的近攝鏡頭 (Macro lens) 來(lái)說(shuō)，這個(gè)設(shè)定就令人困惑。

這也表示：如果鏡頭在無(wú)限遠(yuǎn)處與最近對(duì)焦距離的光學(xué)表現(xiàn)差別很大時(shí)，只看一張圖表是不夠的。

海外有位資深攝影玩家羅杰?西卡拉 (Roger Cicala) ，也有相同的苦惱。他想進(jìn)一步了解近攝鏡頭的光學(xué)素質(zhì)的客觀化數(shù)據(jù)，于是利用改裝手法，讓近攝鏡頭對(duì)焦距離設(shè)定在無(wú)限遠(yuǎn)處也能實(shí)測(cè)近攝的MTF圖表。

不過(guò)，鏡頭制造廠商已經(jīng)察覺(jué)到問(wèn)題所在。近年發(fā)表的新款具有近攝功能的鏡頭，部分產(chǎn)品會(huì)提供多張MTF圖表，我們可以發(fā)現(xiàn)：同一只鏡頭的「無(wú)限遠(yuǎn)處vs. 近攝」的光學(xué)表現(xiàn)明顯不同。

哈蘇為數(shù)位機(jī)身設(shè)計(jì)的系列新鏡頭，有微距功能，因此提供了近距離的MTF測(cè)試圖表 (部分) 。

4. 畸變 (distortion)

此處所指的「畸變」，是德國(guó)數(shù)學(xué)家賽德?tīng)?(Philipp Ludwig von Seidel) 于1856年提出的五種像差之一。這五種像差分別是：

球差 (spherical abberation)、彗差 (coma)、像散 (astigmatism)、畸變 (distortion)、場(chǎng)曲 (curvature of field)

許多畸變都無(wú)法從MTF圖表上得知其程度，像是下圖的兩種畸變模式就是。

兩種典型畸變：桶型畸變 (barrel distrotion) ；枕型畸變 (Pincushion distortion)

像場(chǎng)彎曲則跟整個(gè)成像平面的平整度有關(guān)，MTF圖表成像平面則是完整的切面，兩者有相當(dāng)差別。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，像場(chǎng)彎曲會(huì)反映到MTF數(shù)值，但MTF數(shù)值卻無(wú)法告訴你真正的像場(chǎng)彎曲程度為何。

5. 暗角 (Vignetting)

光本身是一種粒子，也是一種波。光線在穿透鏡片組時(shí)會(huì)損耗能量，特別是斜射光進(jìn)入鏡頭內(nèi)時(shí)，遇到機(jī)構(gòu)組件的遮擋，也會(huì)損失邊緣的亮度，這在任何光學(xué)鏡頭 (即便是神鏡) 中都會(huì)發(fā)生。在大多數(shù)場(chǎng)合，亮度由畫(huà)面中心向外逐漸遞減，但衰減程度分布均勻或者遠(yuǎn)超過(guò)底片或感應(yīng)器畫(huà)幅的狀況下，暗角，或稱「邊角失光」并不容易察覺(jué)。

超廣角鏡頭則因?yàn)橄駡?chǎng)彎曲明顯，邊角光線沒(méi)有全部集中在焦平面上，能量分布不均勻，就更容易形成極為明顯的暗角。

全畫(huà)面亮度均勻當(dāng)然是一件美事，但有暗角并非全然不好：有些暗角的存在，甚至是設(shè)計(jì)者刻意為之，目的是為了要減少畫(huà)面邊緣的雜亂光源造成更多難以校正 (或者要花更多成本才能校正) 的光學(xué)像差。

測(cè)量鏡頭邊角失光或各種像差、變形，都有專用的測(cè)試方法，MTF不是萬(wàn)靈丹。

6. 散景 (bokeh)

另一個(gè)不是MTF圖表所能觀察到 (但很多人在乎) 的鏡頭特性，就是「散景」 (bokeh) 了。

這一詞從日語(yǔ)的「暈け」 (寫(xiě)作ボケ或者ぼけ) 而來(lái)，意為「模糊不清」。日本攝影界頻繁使用ボケ來(lái)描述照片中「被攝主體在焦平面之外逸出景深范圍的模糊成像」，并且給予主觀的美感經(jīng)驗(yàn)評(píng)價(jià)。藉由強(qiáng)勢(shì)的相機(jī)產(chǎn)業(yè)以及文化渲染下向外傳播，最后成為全球愛(ài)好攝影玩家的共通字匯。

繁體中文世界最早并沒(méi)有公認(rèn)翻譯，因此除了直接引用英文之外，各有不同的說(shuō)法。大約在2000年前后不久，由幾位熱愛(ài)攝影的玩家密集討論后，提出「散景」一詞的譯法，此后獲得大多數(shù)攝影玩家認(rèn)可并使用至今。

從定義上可知，散景是描述被攝主體在景深范圍之外模糊成像的主觀感受，沒(méi)有科學(xué)量化的根據(jù)。這和MTF專注于焦平面上的精確成像，兩者關(guān)注的重點(diǎn)大相徑庭，八竿子打不著。你從MTF圖表及其數(shù)據(jù)，也無(wú)從推斷鏡頭的散景表現(xiàn)。一只MTF表現(xiàn)極佳的鏡頭，其散景可能中規(guī)中矩，也可能不怎么討喜。

散景隨著鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焦距長(zhǎng)度、光圈大小、孔徑的形狀、甚至光圈葉片位置、主體與相機(jī)之間的相對(duì)位置、或者逸出景深外物體的形狀、高低光位差異……等等，都有關(guān)系，呈現(xiàn)出來(lái)的散景樣貌，也各異其趣。

專業(yè)人員的確能從一些鏡頭光學(xué)測(cè)試報(bào)表中「預(yù)測(cè)」出一款鏡頭是否具有「比較柔和的散景」。蔡司公司的史蒂芬鮑曼博士 (Dr. Stefan Ballmann) 指出：

球差過(guò)度校正的鏡頭呈現(xiàn)的影像從清晰到模糊之間的漸變過(guò)程比較快速明顯；反之，球差校正不足的鏡頭，其漸變過(guò)程比較和緩，這些可以很清楚地從MTF圖表中看出。

當(dāng)然，你必須要先知道這款鏡頭是屬于球差過(guò)度校正，或是校正不足。一款鏡頭的完整測(cè)試，至少會(huì)產(chǎn)生數(shù)百?gòu)垐D表，包括MTF以及球差測(cè)試，并不是每一張圖表都會(huì)公開(kāi)。

下面這段論述，來(lái)自蔡司相機(jī)鏡頭分部的技術(shù)工程師胡伯特?納斯 (HH Nasse) 的解釋，顯得更加清楚有力：

在底片或感光元件的整個(gè)可見(jiàn)區(qū)域中的同心方向與放射方向的曲線幾乎完全相同，被認(rèn)為是一種理想完美的MTF曲線，因?yàn)樵谶@類情況下，散景 (即明顯脫焦部位的表現(xiàn)) 會(huì)十分理想。上述說(shuō)法必須審慎以對(duì)。MTF只能描述關(guān)于焦平面或其周圍環(huán)境部分的事實(shí)。因此，點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù) (point spread function) 的確是一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，它盡其所能忠實(shí)重現(xiàn)微小的細(xì)節(jié)以及正確性，舉例來(lái)說(shuō)，這種特性對(duì)于書(shū)寫(xiě)字體的易讀性就十分重要。然而，我們不可能用MTF的數(shù)據(jù)推算出「強(qiáng)烈的失焦點(diǎn)光源擴(kuò)散后的亮度分布」的結(jié)論。有些鏡頭的MTF曲線的同心曲線和放射曲線幾乎是平行的，但球差卻嚴(yán)重地校正過(guò)度 (overcorrected) 。這種校正過(guò)度的狀態(tài)會(huì)造成一種「環(huán)狀失焦的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)」 (annular defocused point spread functions) ，并成對(duì)出現(xiàn)環(huán)形光圈，造成一種令人焦躁不安的背景。這種令人不快的特性，你無(wú)法從MTF的數(shù)據(jù)中判斷出來(lái)。

MTF測(cè)試是價(jià)值中立的量化工具，分?jǐn)?shù)則否

《LEICA LENS COMPENDIUM》一書(shū)作者歐文?普茲 (Erwin Puts) 指出：如果你的攝影計(jì)畫(huà)必須使用高感光度粗粒子底片加上慢速快門來(lái)完成，那么鏡頭MTF圖表中40 lp/mm的反差對(duì)比還原率對(duì)你而言幫助就不大，反而更要注意手持穩(wěn)定性以及場(chǎng)景中光源造成的耀光問(wèn)題；如果你追求的是高倍率放大尺寸保持極致細(xì)節(jié)，那么拍照時(shí)選用顆粒細(xì)膩的底片、穩(wěn)固的腳架、選擇反差對(duì)比還原率高、景深充足的光圈，就要特別注意MTF圖表中20 lp/mm與40 lp/mm的曲線特性。

日系與德系廠商對(duì)于高低空間頻率的看法經(jīng)常不一致，日系廠商全畫(huà)幅鏡頭傾向于提供10 lp/mm與30 lp/mm的MTF曲線圖表；M43陣營(yíng)畫(huà)幅較小，為了和全畫(huà)幅比較，基準(zhǔn)點(diǎn)會(huì)提高，廠商會(huì)提供20 lp/mm與60 lp/mm的測(cè)試結(jié)果。

日系與德系廠商對(duì)于高低空間頻率的看法經(jīng)常不一致，在觀看報(bào)表時(shí)，除了注意曲線外也要注意測(cè)試的基準(zhǔn)點(diǎn)。

左右兩張圖表顯示的是不同畫(huà)幅陣營(yíng)的MTF曲線。提供不同測(cè)試參數(shù)。

MTF圖表的優(yōu)點(diǎn)是：它對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)客觀、價(jià)值中立的量化成果，設(shè)計(jì)者可以利用此一工具來(lái)快速達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)。

對(duì)一般使用者來(lái)說(shuō)，你必須了解它并不是一張神主牌。「5比4大，所以5比較好」的直觀判斷，并不能直接套用來(lái)解讀MTF的數(shù)據(jù)。

近代智慧手機(jī)普及速度驚人，人們使用手機(jī)拍照，已經(jīng)取代輕便相機(jī)，成為日常生活中的一部份。隨之崛起的光學(xué)鏡頭評(píng)鑒，在網(wǎng)路上風(fēng)水輪流轉(zhuǎn)，這次轉(zhuǎn)到了法國(guó)DxOMark Image Labs開(kāi)發(fā)的DxOMark。

DxOMark建立了一套完整的數(shù)位相機(jī)系統(tǒng)與手機(jī)鏡頭量化評(píng)鑒程序，最后呈現(xiàn)在你我眼前的，是一長(zhǎng)排一目了然的「分?jǐn)?shù)」 (score) 。在媒體強(qiáng)力推銷背書(shū)的情況下，消費(fèi)者也順勢(shì)接受這一個(gè)新指標(biāo)，只需按圖索驥就能輕松買到不錯(cuò)的商品，何樂(lè)不為。

但這分?jǐn)?shù)必然是經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)據(jù)匯整，最后加權(quán)得出的結(jié)果，中間的黑箱是否完全公正透明？會(huì)不會(huì)又形成另一份執(zhí)著與沉迷……？這就不是我們能斷言的了。