镜头的MTF值

MTF, 镜头MTF

    镜头的MTF值在分析判断一个镜头的成像质量上的作用，已经被于琪林等人在不同的杂志报纸上给予了详尽的阐述。但是,由于其图表复杂,每个镜头在不同光圈和不同焦距处都有一个曲线图,因此，对于一般读者而言,常感到无所适从。不象对于分辨率指标那样，简单明了,一眼就可看出某镜头在中心分辨率是××线对/毫米，在边缘是××线对/毫米。但是，分辨率数据在不同的实验条件下是不可比较的,并且所测结果的离散率很大。因此就出现了“英国数据”、“美国大众摄影数据”、“德国测评”、中国的“钱元凯数据”、“于琪林数据”等，令读者眼花缭乱。某一镜头在这个数据中表现非凡，位列前茅，而在另一个数据中则表现平平，评价一般，令欲购买者无所适从。好在瑞典哈苏实验室从1991年开始，使用MTF专用测试设备，固定专职检验员,八年来已经测试了400多款35mm相机镜头，分别给出了客观公正的评价，为使用者和制造商提供了指导性数据。

浅谈MTF值的含义
　　MTF值(模量传递函数)是对镜头的锐度，反差和分辨率进行综合评价的数值。对于一个平面黑（白）色物体,它的线对频率是0。此时，任何一个最简易的镜头都可以完整的体现出这一反差。即MTF值等于1。而对于纯黑和纯白相间的线条（反差为100%）来说,随着线对频率的提高，通过镜头表现的反差就相应减少(反差小于100%)。当线频达到一个很高的数值时(例如1000线对/毫米)，则任何镜头也只能把它们记录成一片灰色。这时镜头的MTF值就接近于0。因此，MTF值是一个界于0到1之间的数值。这个数值越大（越接近1），说明这个镜头还原真实的能力越强。例如在35mm底片上，10线对/毫米的线对频率时，优质镜头的MTF值为95%左右，而业余镜头的MTF值也在90%左右，这样在普通5寸片上的差别就几乎看不出来。而对于40线对/毫米的线频时，优质镜头的最高MTF值可达70%以上，而业余镜头此时的最高MTF值却只有40%左右。将底片放大到24寸时，被摄体的细节表现差别就充分反映出来。对于分辨率高而明锐度低的镜头，虽然能把一个黑发白肤女郎的眉毛（反差较大）拍的清晰可辩，而对于一个德国北部（灰发白皮肤）或印度（黑发棕皮肤）的女郎而言，由于体现不出来反差，其眉毛也只能是模糊一团了。举一个灰发女郎在白背景前的散发为例（假定反差为0.45）：通过优质镜头后其反差仍然为0.45×70%=0.315，而通过业余镜头后反差则降低为0.45×40%=0.18。我们知道，在白纸上印刷灰字时，两者的反差小于0.2时读者就很难辨认了，更何况此时的发丝只有0.18的反差呢。

如何判读镜头的MTF值   
　　图中给出了Carl Zeiss T※ 28～85/3.3～4镜头分别在28mm、50 mm和85 mm焦距段，分别对最大光圈和光圈值为8时的MTF值线图。每个图上有三对曲线。最上面一对是10线对/毫米对应的MTF值，中间一对对应于20线对/毫米，下边一对对应于40线对/毫米。每对曲线中实线代表从图面中心向四周辐射方向的MTF值（径向），虚线代表围绕图面中心的圆的切线方向的MTF值(切向)。两者是同等重要的。横坐标代表从被测点到图象中心的距离，0mm处即为图象中心位置，21mm处代表胶片四角端点的位置。纵坐标则是该点的MTF值。


    让我们来看左边的两个图。此时镜头焦距是28mm。在光圈值为f3.3，线频为10线对/毫米时，在胶片中心处径向的MTF值是0.96，切向的MTF值也是0.96；在距中心15mm处，径向的MTF值是0.91，切向的MTF值是0.84。在线频为20线对/毫米时，在胶片中心处径向的MTF值是0.87，切向的MTF值也是0.87；在距中心15mm处，径向的MTF值是0.76，切向的MTF值是0.62。在线频为40线对/毫米时，在胶片中心处径向的MTF值是0.69，切向的MTF值也是0.69；在距中心15mm处，径向的MTF值是0.47，切向的MTF值只有0.34。   
　　再看在光圈值为f8时，各线频下的径，切向曲线数据都有明显提高，说明在光圈f8时，该镜头的光学成像大大好于光圈值为f3.3时的水平。   
　　用同样的方法，就可以读出该镜头在50mm，85mm时两种光圈值下的MTF值。   
　　在MTF曲线图上，还可以看出镜头的焦外成像质量。当径向和切向两根曲线越接近，镜头的焦外成像就越柔和。可以看出，该镜头在28mm焦距时，镜头的焦外成像要比85mm焦距时的焦外成像差很多。

MTF = 模量传递函数
    MTF测试是目前最精确和科学的镜头测试方法.瑞典权威的《摄影》杂志对它的解释是：
    "MTF测试使用的是黑白逐渐过渡的线条标板,通过镜头进行投影.被测量的结果是反差的还原情况.如果所得影像的反差和测试标板完全一样,其MTF值为100%. 这是理想中的最佳镜头，实际上是不存在的；
    如果反差为一半,则MTF值为50%.0值代表反差完全丧失,黑白线条被还原为单一的灰色.；
    当数值超过80%(20lp/mm下)则已极佳；而数值低于30%则即使在4X6英寸扩印片下影像质量仍较差。
    测试分径向和切向两种方向.如果两者相差较大，说明镜头遭受较严重的像散.较高的空间频率值(即lp/mm值，可理解为分辨率)如30lp/mm与20lp/mm相比, 其MTF值通常较低。
注：这里的反差表现在画面中的表现相当于我们所说的“明锐度”。
    如何解译MTF值：
    反差/明锐度：5(或10)lp/mm的读数反映镜头的反差表现.即使微小的差别(2.5% !)也能在画面中体现出来!
    你可以把它看作一种最基本的"锐度".一枚好的镜头在光圈收小后应该在5lp/mm下径向和切向同时高于95% .低于90%即表明镜头表现不佳.
    一枚明锐度好而锐度差的镜头通常比明锐度差而锐度高的镜头看上去更锐利!不过,锐度和明锐度两项指标通常相辅相成.
    锐度：10至40(或更高)lp/mm表明一枚镜头的锐度——即再现细节的能力.40lp/mm表明镜头再现物体非常细微细节（如人像摄影中的头发丝）的能力.此时即使MTF值的差距较大(如10%)也无法直接在画面中辨认出来.按照人眼的辨别力和35mm胶卷的片幅,如果要得到质量非常理想的7英寸的照片,镜头20lp/mm下的MTF值必须大于50%.而要想在16英寸下仍有非常理想的画面质量,其70lp/mm下的MTF值竟须超过63%!几乎没有镜头可以达到这样好的表现!
辨别好镜头的简易法则(收小两档光圈)：
   40lp/mm曲线(红色)须位于：边缘>20%(右侧)中心>65%(左侧).
    20lp/mm曲线(紫色)须位于： 边缘>45% 中心>80%
    10lp/mm曲线(绿色)须十分接近5lp/mm曲线.
    5lp/mm曲线(蓝色)须于整个X轴上>95%以上的MTF曲线评价方法参考自德国的《彩色摄影》杂志. 其它杂志或机构的评价标准可能会不同.根据MTF曲线对镜头作评价时还须考虑到镜头的不同种类,如对超广角镜头的边缘成像质量不能苛求。
    大多数情况下切向曲线比上述标准要低一些. 而径向曲线的值相对则较高。
    注意：镜头在极端光圈（即最大光圈和小于f/16）时相对表现较差!它们的值不代表镜头所能达到的最佳光学质量!最佳光圈通常为最大光圈收小2-3档。

简单来说, MTF曲线记住以下三点就可以了：
1。曲线越高越好；
2。曲线越平越好；
3。虚线与实线越靠拢越好。
曲线的横轴到镜头中心的距离，最左边是镜头中心，最右边是镜头边缘。
曲线的纵轴代表分辨率，越往上分辨率越高。
图中通常有两根曲线，一根代表法向分辨率，另一根代表切向分辨率。

一个素质优秀的镜头，应该两条曲线比较接近，而且越平越好，越高越好。这种镜头在全部光圈范围内都有较好的成像素质，当然，一般会很昂贵。
退而求其次，在横轴的左边和中间部分，两条分辨率曲线尽可能高。这种镜头在全开光圈是成像不佳，但是收缩两三档光圈后，成像素质会显著改善。

MTF的横轴代表到镜头中心的距离，纵轴代表调制传递函数。 MTF曲线提供10 线/mm 和 30 线/mm两种空间频率的特性。

    镜头的 MTF 图基本意义是：10线对/mm -- 粗黑线 越接近1, 镜头对比度和分离能力越好，30线对/mm -- 细黑线越接近1，镜头的分辨率和锐度越好。 M(虚线)和 S(实线）越靠近， 背景的虚化越自然。这些曲线间的平衡也十分重要，成像质量优秀的镜头通常10线对/mm 曲线大于0.8, 10线对/mm 曲线大于0.6就可以得到令人满意的图像。

【座標軸】

垂直座標軸表示對比轉移率，完美的鏡頭能 100% 呈現實物的線條對比，
但世間沒有完美的鏡頭，故垂直軸的值從 0 到 1。

水平座標軸表示與底片中央點的距離，由於 135 相機的對角線長約 43.3mm，
故水平軸的值從 0 到 22mm 左右。

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【黑線、藍線的意義】

圖中可見黑色與藍色的線：
△黑線：光圈全開，以這顆鏡頭而言就是 F1.4
△藍線：光圈 F8.0。
正常情況下，藍線的位置會比黑線高。

它們又可以再細分，由於意義相同，所以底下只說明黑線的部份。

黑線可以再分成黑粗線與黑細線：
△黑粗線：10 lp/mm 的對比轉移率
△黑細線：30 lp/mm 的對比轉移率
10 lp/mm（line pairs per mm）表示在 1mm 的範圍內填入 10 對與黑白相間的線條（故總共有 20 條線）。
正常情況下，粗線的位置會比細線高；因為填入的線條越多越密，鏡頭未必能清晰呈現每一條線。

再以黑粗線為例，又分成實線與虛線：
△實線表示測試目標為幅射狀的線條
△虛線表示測試目標為同心圓方向的線條收藏 分享