更加了解摄影镜头 教你看懂MTF曲线

MTF曲线是衡量镜头光学品质的重要工具。在这里教给大家如何快速看懂MTF曲线图。MTF曲线图是依据模量传递函数所整理的二维图表,可以清楚表示镜头的反差、分辨率、焦外成像和部分像差,可以说是目前评价一个镜头清晰度最全面而精确的方法。但是实际上MTF曲线也是有局限的,后面会有具体说明。

 

在介绍如何解读MTF曲线之前,先要弄明白几个小问题:

 

1.分辨率:又叫解像力,是指镜头清晰地再现被摄景物细节的能力;镜头的分辨率越高,所拍摄的影像越清晰、细腻。其单位是“线对╱公厘(lp/mm)”。分辨率和反差是摄影镜头的两大重要指标。

 

2.反差:又称作锐利度,是镜头鲜明地再现被摄景物亮部、中灰、暗部层次、影纹细节、亮度对比的能力。反差高的镜头,成像轮廓鲜明、边缘锐利,影调明朗如同刀削斧劈;反差低的镜头成像边缘和轮廓比较“肉”,反应明暗对比的能力较差。

 

3.径向与切向:测试用像场内的分辨率标板或光栅中的黑白线条,应按两个主要方向放置,这两个方向是检验光学成像系统的法定方向,也就是径向和切向两种。径向就是平行于镜头成像圈半径方向上的线条,切向就是平行于镜头成像圈切线方向上的线条。在同一空间频率的曲线上,径向和切向两条曲线越接近,镜头的焦外成像就越柔和;两条曲线距离越远,表示其像差越大。

 

4.空间频率:其单位是“线对╱公厘( lp /mm)”,5-10 lp/mm的曲线所反映的是镜头的反差表现,10-40 lp/mm的曲线反映的则是分辨率。

 

基本方法与原理

 

MTF测试使用的是黑白逐渐过渡的的线条标板,透过镜头进行投影,以测量影像的还原程度。如果所得到的影像和测试标板完全一样,其MTF值即为1(100%);当然,这是“理论上的最佳镜头”,实际上是很难存在的。如果反差为原图的一半,则MTF值为0.5(50%);数值为0代表完全没有反差,黑白线条被还原为单一的灰色。对底片而言,MTF曲线测试的是某一个镜头加上某种底片的清晰度,而对于数位相机来说,则是测试某一个镜头加上某个机身的清晰度。

 

 

此MTF为CanonEF 8-15mm F4 L

 

最典型的MTF曲线及其解读

 

最典型的MTF曲线是以空间频率为横轴,以还原程度为纵轴的曲线。座标图横轴从左至右代表的是镜头成像像场圆心到边缘的半径位置。左边的0代表像场的中心,最右边是像场半径边缘(35mm底片大概是21mm);座标图纵轴从下到上,从0到1(100%),代表成像达到所拍实物状况的百分比。每一条曲线只代表一种空间频率,实线一般代表径向曲线,虚线一般代表切向曲线。

 

MTF曲线表示的是一支镜头在某个焦距、某级光圈、无限远的清晰度,所以它只是一个“切片”。网路上比较普遍的参考标准是德国的《彩色摄影》杂志,其测试报告是针对镜头在其最佳光圈下(从最大光圈缩小两级)成像的评价标准:

 

5 lp/mm曲线─ 整个横轴上,径向和切向同时>95%

 

10 lp/mm曲线─ 非常接近5 lp/mm曲线2 0 lp / mm 曲线─ 中心( 左侧) > 0 . 8(80%),边缘(右侧)>0.45(45%)

 

40 lp / mm 曲线─ 中心( 左侧) > 0 . 6 5(65%),边缘(右侧)>0.2(20%)

 

在大多数情况下,径向曲线的值会相对较高,切向曲线标准会低一些。好的镜头曲线比较「平直」 ─ 从中心到边缘成像品质下降得比较少,径向和切向曲线的差异也比较小。也就是说:“理想镜头”的成像曲线应该是一条接近1的高位置水平横线。

 

所以,简单来看,一支镜头的综合光学品质可以用曲线与纵横两轴所围的线下面的面积大小来确定。MTF曲线下面积大的镜头,其光学品质一定好,因为它反差和分辨率都高,或其中一项明显较高。

 

实际上,普通镜头的MTF曲线规律是:

 

1.普通镜头的MTF曲线是一条从最高点往右,逐渐下降或有曲折的曲线,表示镜头在中央成像最好,越往边缘越差。

 

2.除了特殊的微距镜头以外,绝大多数镜头最大光圈和最小光圈的MTF曲线表现一定比最佳光圈的MTF曲线表现差。

 

3.长焦镜头的MTF曲线表现通常比广角镜头的MTF曲线表现好。

 

范例解读

 

我们可以从佳能EF 14mm L镜头第一代与第二代MTF曲线的对比中,看出其成像品质的明显改善。EF 14mm F2.8 L是于1999年推出,EF 14mm F2.8 L II则是2008年8月推出的,从图上可以明显地看出,新款镜头使用了UD镜片,使像场边缘的成像品质有了很大的提升,新款镜头还原率都在35%以上。反差也有很大的进步,10 lp/mm时的径向分辨率于全像场中均在98%以上,30 lp/mm时的中心径向分辨率达到了90%,令人惊讶。与第一代镜头相比,新镜头各空间频率上径向和切向曲线的差距均减少了,这意味着新镜头的像散控制和焦外成像效果更佳。另外,新镜头的场曲控制明显比旧款镜头强。

 

 

在佳能公布的MTF曲线中,黑色和蓝色分别代表f2.8和f8时的曲线,粗线和细线分别代表10 lp/mm和30 lp/mm的空间频率,实线和虚线分别代表径向和切向的曲线。

 

局限性

 

前面说过,MTF曲线表示一支镜头在某个焦距、某级光圈、无限远的清晰度,所以如果要全面地评价一支镜头,应该要参考许多条不同焦距、光圈、物距下所测绘的MTF曲线来综合判断。

 

事实上,任何曲线都是不全面的,而且MTF曲线只能表现镜头的分辨率、反差、球差、彗差、场曲等参数,但无法表现出镜头的色彩还原、畸变、眩光等方面的状况。



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