第三章调制传递函数与MTF

40lp/mm曲线 红色 边缘 曲线(红色 边缘>20%(图形右侧 中心 图形右侧) 图形左侧)。 曲线 红色) 图形右侧 中心>65%(图形左侧 。 图形左侧 ·20lp/mm曲线 紫色 边缘 曲线(紫色 中心>80% 曲线 紫色) 边缘>45% 中心 ·10lp/mm曲线 绿色 十分接近 曲线(绿色 十分接近5lp/mm曲线。 曲线。 曲线 绿色)十分接近 曲线 ·5lp/mm曲线 蓝色 整个 轴上 曲线(蓝色 整个X轴上 曲线 蓝色)整个 轴上>95%
• 1、什么是空间频率 、 • 在讲清MTF曲线随空间频率的变化关系以前，我们 在讲清 曲线随空间频率的变化关系以前， 曲线随空间频率的变化关系以前 先来弄明白什么叫“空间频率” 空间频率(Spatial 先来弄明白什么叫“空间频率”。 空间频率 Frequency)的概念与分辨率的概念非常相似，单位都是 的概念与分辨率的概念非常相似， 的概念与分辨率的概念非常相似 线对/毫米 毫米” “线对 毫米”(lp/mm)。但测试分辨率的标板是一组一组 。 轮廓鲜明的黑白线条，每两条线条之间的距离， 轮廓鲜明的黑白线条，每两条线条之间的距离，以及线条 本身的宽度之比是个定值，目前我国分辨率的标板规定， 本身的宽度之比是个定值，目前我国分辨率的标板规定， 等比级数； 这个定为公因子 是20√10≈1.122等比级数；而空间频率用 等比级数 一种叫“光栅” 的标板测试， 一种叫“光栅” 的标板测试，它的线条是从黑到白逐渐 过渡的，而且线条的间距和宽度也是由稀至密， 过渡的，而且线条的间距和宽度也是由稀至密，从宽到窄 逐渐过渡的
• 几种典型的MTF值曲线形状 几种典型的MTF值曲线形状 MTF 下面我们仍然以横轴为空间频率的MTF曲线为 例，来谈一下曲线形状与镜头素质的关系。
分析MTF曲线的基本要领 分析MTF曲线的基本要领 •
1.MTF曲线越高越好。越高，说明镜头光学质量越好。 曲线越高越好。越高，说明镜头光学质量越好。 曲线越高越好 2.MTF曲线以下包含的面积越大越好。综合反差和分辨率 曲线以下包含的面积越大越好。 曲线以下包含的面积越大越好 来看，MTF曲线以下包含的面积越大越好。 来看， 曲线以下包含的面积越大越好。 曲线以下包含的面积越大越好 3.MTF曲线越平直越好。越平直，说明边缘与中间一致性好。 曲线越平直越好。 曲线越平直越好 越平直，说明边缘与中间一致性好。 若曲线右端严重下降， 若曲线右端严重下降，说明该镜头边角尤其是四角反差与分辨 率较低。 率较低。 4.S曲线与 曲线越接近越好。两者距离较小，该镜头像散 曲线与M曲线越接近越好 曲线与 曲线越接近越好。两者距离较小， 较小。 较小。 5.低频曲线越高，镜头反差越大。低频 线对 低频曲线越高， 线对/mm)MTF曲 低频曲线越高 镜头反差越大。低频(10线对 曲 代表镜头的反差特性。这条曲线越高，镜头反差越大。 线，代表镜头的反差特性。这条曲线越高，镜头反差越大。
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Sigma AF 2.8-4.0 28-70mm 于 70mm f/8： 锐度好但反差不佳(5lp/mm差于 90%)
Sigma AF 2.8-4.0 28-70mm 于 28mm f/2.8 (全开光圈) ： 表现差——无论是反差还是锐度
一只摄影镜头的空间频率表现，最由它的分辨率决定的； 一只摄影镜头的空间频率表现，最由它的分辨率决定的； 而它的调制传递函数值(即 高低， 而它的调制传递函数值 即MTF值)高低，则是由它的反差决 值 高低 定的。所以这种MTF曲线，非常集中地反映了摄影镜头最 曲线， 定的。所以这种 曲线 重要的两在基本参数。如果到目前为止仍对“空间频率” 重要的两在基本参数。如果到目前为止仍对“空间频率”、 调制度” “调制度”和“MTF值” 概念不清楚的话，不妨就把这三 值 概念不清楚的话， 分辨率” 对比度” 反差” 个概念等效地理解为 “分辨率”、“对比度”和“反差”， 丝毫不影响对MTF曲线意义的理解。 丝毫不影响对 曲线意义的理解
• 注意 镜头在极端光圈（即最大光圈和小于 注意:镜头在极端光圈（ 镜头在极端光圈 f/16）时相对表现较差!它们的值不代表镜 ）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 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。 档
Canon EF 1.2 85mm L 于f/5.6 ： 表现出色——反差和锐度俱佳!
佳能 EF 85mm F1.2 L 实拍效果（EOS 5D）
• 光学传递函数，简称OTF(Optical Transfer Function)， 光学传递函数，简称 ， 是近30年以来光学领域里一个十分引人注目的前沿课题， 是近 年以来光学领域里一个十分引人注目的前沿课题， 年以来光学领域里一个十分引人注目的前沿课题 也是近十几年以人们更加关注的一门新兴学科——“信息 也是近十几年以人们更加关注的一门新兴学科 信息 光学”的重要组成部分。1948年 美国人谢德(O.Schade) 光学”的重要组成部分。1948年，美国人谢德(O.Schade) 第一次用光学传递函数的方法， 第一次用光学传递函数的方法，以全新的观点来评价电视 摄影系统的成像质量，并获得了巨大的成功。 摄影系统的成像质量，并获得了巨大的成功。
/最大亮度+最小亮度 最大亮度 最小亮度
最大亮度 最小亮度
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一张白纸的调制度为0， 一张白纸的调制度为 ， 即:M景=[(100-100)/(100+100)=0/200=0]。 景 。 一张白纸上印有黑白线条，假如对比度为 一张白纸上印有黑白线条，假如对比度为1:100， ，
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• 则M景=0.98； 景 ； • 一本杂志的印刷对比度约为1:15至1:20( 最黑的线条、文字 至 最黑的线条、 一本杂志的印刷对比度约为 的亮度为1，则白纸的亮度约为 的亮度为 ，则白纸的亮度约为15—20，都是反光率的相对值 ，都是反光率的相对值) 则调制度约为0.88—0.90(14/16—19/21)。 。 则调制度约为 • 再比如一个背对太阳的穿黑丝绒衣服的人， 再比如一个背对太阳的穿黑丝绒衣服的人，如果我们逆光把 他和太阳同时拍进画面，则景物的对比度最大可达到 他和太阳同时拍进画面，则景物的对比度最大可达到1:100000 以上，而其调制度约为 以上，而其调制度约为1(99999：100001)。 ： 。 • 正常人眼能够分辨的调制度最低值一般0.05，此时的对比度 ， 正常人眼能够分辨的调制度最低值一般 约为1： 左右 左右。 约为 ：1.1左右。
• 在微观上的反差表现。因为不是在标准的测试板的高反差 在微观上的反差表现。 下，镜头的反差更多的决定了成像的清晰度。人们开始发 镜头的反差更多的决定了成像的清晰度。 现相同的分辨率下反差高的镜头往往得到了更高的肉眼清 晰度，这种镜头人们就把它称作“锐利”nikon在专业领 晰度，这种镜头人们就把它称作“锐利”nikon在专业领 域里就是以“ 域里就是以“锐”著称的。许多高手称nikon镜头拍出的 著称的。许多高手称 镜头拍出的 片子有“刀刻斧凿”的感觉就是这个意思。 片子有“刀刻斧凿”的感觉就是这个意思。
• 明锐度 明锐度(Acutance)又称鲜锐度、锐度，是摄影镜头鲜明地再现摄景物 又称鲜锐度、锐度， 又称鲜锐度 中间层次、蜕部层次、低反差影纹细节、 中间层次、蜕部层次、低反差影纹细节、微弱亮度对比和微妙色彩变 化的能力。明锐度高的镜头，所成影像轮廓鲜明、边缘锐利、 化的能力。明锐度高的镜头，所成影像轮廓鲜明、边缘锐利、反差正 常、层次丰富、纹理细腻、影调明朗、质感强烈、色彩过渡柔合、彩 层次丰富、纹理细腻、影调明朗、质感强烈、色彩过渡柔合、 色还原真实、自然。 色还原真实、自然。显然以上这些特性是优质摄影镜头不可缺少的素 质。然而摄影镜头的明锐度，很难简单地用数据表示，也很难用普通 然而摄影镜头的明锐度，很难简单地用数据表示， 的仪器测试出来。人们通常是只凭主观感觉，定性地进行评述。 的仪器测试出来。人们通常是只凭主观感觉，定性地进行评述。 •
• “MTF测试使用的是黑白逐渐过渡的线条标板 通过镜头进 测试使用的是黑白逐渐过渡的线条标板,通过镜头进 测试使用的是黑白逐渐过渡的线条标板 行投影。被测量的结果是反差的还原情况。 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 值为100%。 这是理想 的反差和测试标板完全一样 其MTF值为 值为 。 中的最佳镜头，实际上是不存在的；如果反差为一半 则 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 值为50%。数值 值代表反差完全丧失 黑白线条被还 值代表反差完全丧失,黑白线条被还 值为 。数值0值代表反差完全丧失 原为单一的灰色； 当数值超过80% (20lp/mm下)则已极 原为单一的灰色； 当数值超过 下 则已极 则即使在4X6英寸扩印片下影像质量 佳；而数值低于30%则即使在 而数值低于 则即使在 英寸扩印片下影像质量 仍较差” 仍较差”。
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6.高频曲线越高，镜头分辨率越高。高频(30线对 高频曲线越高，镜头分辨率越高。高频 线对 高频曲线越高 /mm)MTF曲线，代表镜头的分辨率特性。这条曲线越高， 曲线， 曲线 代表镜头的分辨率特性。这条曲线越高， 镜头分辨率越高。 镜头分辨率越高。 7.最佳光圈 最佳光圈MTF性能曲线。一般，以F8的MTF性能曲 性能曲线。 最佳光圈 性能曲线 一般， 的 性能曲 线反映镜头理想条件下的最佳性能。 线反映镜头理想条件下的最佳性能。这是任何严格的摄影 师都非常看重的性能。但是，一般厂商并不提供这条MTF 师都非常看重的性能。但是，一般厂商并不提供这条 性能曲线，只提供最大光圈的MTF性能曲线。 性能曲线。 性能曲线，只提供最大光圈的 性能曲线 8.最大光圈性能曲线。最大光圈的 最大光圈性能曲线。 性能曲线， 最大光圈性能曲线 最大光圈的MTF性能曲线，反映 性能曲线 镜头边角至少应当达到的性能。 镜头边角至少应当达到的性能。在金钱与超大口径之间折 衷时，必须将这个性能当作重要的考虑因素。 衷时，必须将这个性能当作重要的考虑因素。
第三章
调制传递函数与MTF曲线 调制传递函数与MTF曲线 的评价
摄影镜头所摄影像的视觉清晰度 是由分辨率和明锐度两个因素共同决 定。
• 分辨率 分辨率(Resolution)又称分辨力、鉴别率、鉴别力、分析力、解像力 又称分辨力、鉴别率、鉴别力、分析力、 又称分辨力 和分辨本领，是指摄影镜头清晰地再现被摄景物纤微细节的能力。 和分辨本领，是指摄影镜头清晰地再现被摄景物纤微细节的能力。显 然分辨率越高的镜头，所拍摄的影像越清晰细腻。它的单位是“ 然分辨率越高的镜头，所拍摄的影像越清晰细腻。它的单位是“线对 /毫米”。它的优点是可以量化，用数据表示，使结果更直观、更科 毫米” 它的优点是可以量化，用数据表示，使结果更直观、 毫米 学、更严密。 更严密。 • 就是在物体反差无限大的时候（就是所有物象在纯白和纯黑下）镜头 就是在物体反差无限大的时候（就是所有物象在纯白和纯黑下） 记录物体细节的能力，当镜头在一毫米的范围内，可以分辩出 根平 记录物体细节的能力，当镜头在一毫米的范围内，可以分辩出60根平 行线组成的图案，这时我们说这支镜头的光学分辨率为 行线组成的图案，这时我们说这支镜头的光学分辨率为60lp/mm。理 。 论上说分辨率越高的镜头，它成像也越清晰。 论上说分辨率越高的镜头，它成像也越清晰。
• 调制传递函数（MTF）是实际像与理想像之间调制度之比 调制传递函数（ ） 相对空间频率的函数。 相对空间频率的函数。
• 景物的调制度是指该景物或该影像中最大亮度和最小亮度 之差，与最大亮度、最小亮度之和的比值。 之差，与最大亮度、最小亮度之和的比值。
调制度= 调制度
大亮点-最小亮度 最大亮点 最小亮度