有很多因素影响lens performance:

  • diffraction
  • optical aberrations
  • design criteria and philosophy
  • manufacturing tolerances and errors

一般,可以用MTF Curve来作为一个标准来衡量lens performance

Abstract

本篇笔记会从摄影角度浅浅了解MTF曲线,而不从物理光学角度分析

What is MTF Curve

调制传递函数 (MTF) 曲线是一种信息密集型指标(information-dense metric),反映了镜头如何将对比度再现为空间频率(分辨率)的函数。MTF Curve在一组设定好的基础参数下,提供一个composite view,关于光学像差(optical aberrations)如何影响镜头性能。

通过MTF图,我们可以知道

  1. 分辨率, (代表着镜头对细节的表现能力)
  2. 对比度, (代表着镜头表现光线亮和暗的能力)
  3. 色散和横向色差
  4. 像场弯曲

不可以知道:

  1. 镜头畸变
  2. 径向色差
  3. 晕影
  4. 眩光

How to measure MTF Curve

大家应该知道,一个镜头的中心比边缘成像能力要好很多,因此只测试镜头的中心或边缘,是不能代表镜头的好坏的,所以厂家会从中心到边缘,选取多个点进行测试。如下图,尼康的全画幅机器,选取了距离中心5毫米,10mm,15mm,20mm的点测试。如果是APS-C画幅,因为感光元件小,会选取3mm,6mm,9mm,12mm等,不同厂家可能不一样。

测试方法一般使用白色背景、黑色直线

  • 粗线用来测试对比度,粗度为 10 lines/mm
  • 细线用来测试分辨率,粗度为 30 lines/mm
  • 粗细各有两组,一组与半径平行,叫做Sagittal,另一组与半径垂直,叫做Meridonial,这样做主要是为了测试色散色差的。

下图的成像质量是越来越差:

How to read MTF curve

横坐标代表了到镜头中心的距离,纵坐标代表了对比度和分辨率的值。

最完美的镜头的曲线应该是下面这样的,一条红线一条蓝线,

红线是通过粗线测试得到的,代表对比度

蓝线是通过细线测试得到的,代表分辨率

普通的镜头的曲线应该是下面这样的(红线代表对比度,蓝线代表分辨率),在中心点,镜头的对比度和分辨率最好,越往边缘越差。

一般来讲,值大于0.9就代表镜头非常优秀,0.7-0.9是优秀,0.5-0.7就是普通,低于0.5就算差了。

注意到线的中级部位有呈波浪状,这表明了镜头的另一个参数素质:像场弯曲(curvature of field)\

有波浪就代表有像场弯曲,越大就越严重,实际情况一般问题不大。

最常见的MTF曲线如图:

  1. 红线,10lines/mm,也就是上面测试时说的粗线,用来测对比度的,从镜头中心到边缘,数值逐渐降低,表明镜头的对比度从镜头到边缘,逐渐降低。
  2. 分辨率,从中心到边缘逐渐降低
  3. 色散和色差
    • 测试时粗细都有两组线吗,一组与半径平行,另一组垂直,用来测试色散和色差,这样就分别得到两条线,与半径平行的一组得到实线,与半径垂直的一组得到虚线。虚线实线越接近,代表镜头的色散和色差控制的很好,越背离,表示越严重
  4. 像场弯曲

Reference