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MTF 曲线图应该怎么看?

很多同好在比较镜头性能时会提及 MTF 曲线,但是何为好,何为不好,却没有多少同好能说得清。请各位指教一下。
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13 个回答

要看懂MTF图,先解释两个术语,对比度和分辨率,

提到对比度,可能会想到Lightroom里为提高画面对比度的滑块,

提到分辨率,可能会想到相机的的感光元件分辨率或照片的分辨率,像1920x1080等,但在镜头的世界里,它们代表着其他东西。

对比度:代表着镜头表现光线亮和暗的能力(例如黑和白)。

对比度越高高,图片内容越清楚

分辨率:代表着镜头对细节的表现能力。

一个好的镜头,必须能够展现足够多的细节,

MTF图给我们提供了很多有用的信息,具体说,通过MTF图,我们可以知道

  1. 分辨率
  2. 对比度
  3. 色散和横向色差
  4. 像场弯曲

MTF图不是万能的,通过它,我们不能知道

  1. 镜头畸变
  2. 径向色差
  3. 色彩复制
  4. 晕影
  5. 眩光

接下来,先说说MTF是如何测试得到的

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。如上图,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。

测试方法简单说就是用一些直线,如下图(一般典型的是白色背景的黑色直线),

粗线用来测试对比度,粗度为 10 lines/mm,粗的。

细线用来测试分辨率,粗度为 30 lines/mm,细的。

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和色差的。

完美的成像镜头应该如下图左边,清晰可见,但实际是不存在的,往右镜头成像就是越来越差。

现在在来看到底如何读MTF曲线。如下图,

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,

红线是通过上文说过的粗线测试得到的,代表对比度

蓝线是通过细线测试得到的,代表分辨率

从镜头中心到边缘,镜头对比度和分辨率都是1,但那是不存在的。

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)

像场弯曲就是指因镜片缺陷,使平面上发出的光经过镜头成像后,清晰的最佳实像面不是平面而是一个曲面。

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。

上面的MTF曲线只有两条线,我们更多看到的应该是下面这样的,

从这张图,我们能得到什么?

  1. 对比度
  2. 分辨率
  3. 色散和色差
  4. 像场弯曲

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

还记得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。

一些厂家说两条线越接近,代表焦外成像也就是背景虚化越好,但影响虚化的因素还有很多,例如光圈大小,焦距等,所以不能如此武断的下定论。

4. 可以看到稍微有点波浪,表明有点像场弯曲。

发布于 2017-02-23 15:17

这个问题最好可以配图来解释……这里先放几条原理,然后后附一个网址楼主再对照图片就明白了

1. MTF值越接近1越好,即MTF线越高越好

2.粗线越高,说明镜头的反差表现越好

3.细线越高,说明镜头的分辨率越好

4. MTF曲线越平坦,说明边缘和中心的成像差距越小

5.实线和虚线越接近,说明镜头的焦外成像越好

6.蓝线说明镜头f/8时的成像水平,近似于镜头的最佳成像水平

7.黑线说明镜头最大光圈时的成像水平,大光圈的价值所在

参考网址:

bbs.fengniao.com/forum/

编辑于 2012-01-11 16:29

推荐色影无忌老顽童的文章 www2.xitek.com/info/sho

之前的回答太过简单,这个是根据老顽童的文章修正后的回答,我相信这个会更清楚一些:

首先,大家都明白MTF值(或者说MTF图)是个好东西,它是表述镜头素质的一个值. 那么为什么MTF可以表述镜头素质? 我们先来看看MTF这几个字母到底是什么意思.

MTF是Modulation Transfer Function(调制传递函数)的缩写. 看起来很高深,但其实就一句话:MTF是个函数(公式). 如果还要理解深入点,MTF是一个将某数值转换成另外一个数值的函数. 那么它将什么数值转换了? 转换成什么了? 更重要的是,为什么这个转换函数可以说明镜头素质?

要理解这个,先要将摄影这个"系统"抽象一下.

摄影的时候,实质上是将物体的光影经过镜头投射到底片(感光区域)上. 用数学的眼光来看,其实就是:一个数值(物体的光影),经过某种运算(镜头),得到另外一个数值(拍到的照片). 这个函数(镜头)在两个数值可以测量的情况下,是可以确定的.

如果将上面说的物体光影的值设为M,将拍到的照片的值设为M',那么MTF就=M'/M.

所以MTF实质反应了镜头对拍摄对象的还原能力,是个比值.

至于如何将M和M'量化,死理性派想到了一个妙招,用黑白渐变的条纹来量化.(谈到这一点说点题外话,大学物理做光的干涉实验的时候也是数黑白条纹...对这些实验有阴影...)

实际测MTF值时怎么做我搞不清楚,但是据我理解应该类似这个办法: 在镜头前放上一张充满黑白相间条纹的纸,然后通过镜头,成像在视场(也就是感光区域). 镜头越能在视场还原这些黑白条纹,就说明镜头越好. 如果视场的黑白条纹全部都可以清晰分辨出来,那这个时候的MTF值就是1(100%). 反之就是0.

了解MTF怎么测之后,再解释MTF图中的几个参数是什么意思,就大概清楚MTF怎么看了.

1. 图中的纵坐标上的值就是代表MTF值,从0~1.

2. MTF的横坐标表示的是距离. 这个距离指视场中点到边缘的距离. 用毫米表示. 为什么这样测? 因为镜头是圆的,离镜头半径相等的地方的成像一定是一样的,不然这个镜头就有问题了...

通过1,2两点应该清楚为什么MTF图是个曲线图了吧? 因为它代表的是镜头中心到边缘的图像还原能力值,是由无数个点(MTF值)拼接起来的.

那为什么有4条线? 还分颜色和粗细? 请看:

3. 关于线的粗细: 粗线表示测试用的纸上边的条纹相对粗一些. 它一般是指在1mm的距离内有10条黑白相间的条纹. 相对的,细线的话就代表测试用的纸上边的条纹相对细一些,一般是指1mm的距离内有30条条纹.

4. 关于线的颜色: 相同颜色代表测试时镜头的光圈是一样的. 所以一般MTF图都会有至少两种颜色的线. 一般一种颜色代表光圈全开(最大光圈), 另一种代表最佳光圈(通常是f/8).

5. 关于线的虚实: 虚线说明测试的时候,黑白线条的方向是和镜头半径的方向平行的. 对应的,实线则表示黑白线条的方向和镜头半径的方向相切(垂直). 两者分别嘛,相切的代表分辨能力,平行的代表对比能力.

好了,解释完毕. 在看的时候还有点小提示哦~

不知道你发现MTF图上面所有概念中缺了一个什么东西没?

对了,焦距. 一张MTF图对应一个固定焦距. 所以变焦镜头的话,一般有几张MTF图供你参考. 通常是最远焦距和最近焦距.

编辑于 2012-01-27 10:13

某匿名用户。

有分色测试的。

其实现在镜头厂家提供的MTF,默认都是“白光下纠正焦点偏移“的测试结果。

1、厂家不会,也没有必要分别提供RGB的MTF,那个不好看。如下图:

这可是Zeiss Planar 85/1.4,光圈全开的MTF。

当然这个MTF同一般人惯常看到的不同,中间竖线是焦平面。

是同消费者解释”各家镜头都会有点点分离的啦,不要在意!“还是干脆不和他们废话来的好?

2、焦点偏移,由于球差的关系,光圈不同时,”最锐利“对焦点并不总是在底片位置,要得到最佳MTF,需要对其进行修正。

这图包含两种信息(1)F4的时候焦点偏移了0点不少,大约0.5mm,相对于胶片厚度很可观了

(2)用MTF的峰值往下做线,同圆点曲线相交,然后再右侧物距上读数,就是物距方向的焦点偏移

(3)X和+是切线/法线方向的预想对焦点,在右侧物距上读数.(假定光圈全开时对焦到3m,现在按照(2)求解可看出实际最佳对焦点偏移了约25cm)

所以厂家也不会给你看这种MTF图的。

因为也不怎么好看…

总之这也是MTF~

发布于 2015-04-16 16:45
Sanshiro KUBOTA ;徕卡M10-R+M 50mm/AA


爱摄影的您,一定听说过“镜头MTF曲线图”“镜头天花板”……这些名词,那您是否真的了解什么是MTF曲线图,是否会读懂MTF曲线图呢?

今天我们就一起来学学。


什么是MTF曲线图?


MTF曲线是一个反映镜头清晰度的图,全称为Modulation Transfer Function(调制传递函数),是目前分析镜头的解像比较科学的方法,不过也只是个参考值而非分析镜头质量的全部指标。


徕卡MTF曲线是这样子的 :

▲徕卡M 50mm/2 AA镜头MTF曲线图


Kirill Moschenkov;徕卡M9+M 50mm/2AA


Juan Leon ;徕卡M262+M 50mm/2AA


Khun_K;徕卡M10D+M 50mm/2AA


MTF曲线图怎么看?


MTF图像的横坐标:从左至右,代表成像中心到边缘的成像。最左边为零,为镜头中心,最右边是像场半径最边缘,视镜头像场大小而定,尺寸单位是毫米。

MTF曲线的纵坐标:表示还原实际清晰度的百分比。标定着镜头的分辨率,1是一个理想值,没有单位,现实中是不能达到的,曲线只能无限接近于1,但永不能等于1。

图片

MTF 曲线与横轴、纵轴所围成的空间,面积越大越好。MTF 曲线越平直越好,平直性说明镜头边缘和中心部分的成像均匀性。

也就是理想的“天花板”,但是现实世界不存在这样的镜头,因为违背物理常识,一般镜头都是中心分辨率很高,越到边缘越差,曲线呈现不断向下的趋势。

Kin Ming Ho;徕卡M+M 50mm/2AA (by flickr)



图片

来一张直观一点的图:

图片

也就是说横轴的“0”点,代表镜头的圆心,而越向右,则代表越边缘的数据。

因为全画幅的传感器对角线距离是43.2mm,半径21mm多一点,所以MTF曲线图看到21mm就够了。

urakagyo;徕卡M10-P+M 50mm/2AA


需要注意的问题

• 不要将不同焦距段、不同档次、不同规格(全幅、APS-C画幅)以及定焦和变焦等不同镜头的MTF 图进行比较,因为它们的特性受设计规格、光学特性、像差以及成本、用料的影响很大,不具有可比性。只有同档次、同规格镜头的MTF 图才具有比较意义。

• 不要将不同厂家的镜头 MTF 曲线图进行比较,因为各厂家所公布的 MTF 曲线图均是在各自的测试环境下测量所得,而测试环境存在差异。

• MTF 曲线不是万能的,它只能判读镜头的反差和分辨率特性,无法判别诸如抗眩光、畸变等特性。影友们在合理判读MTF 曲线的同时,要保持理性和客观的心态。

• 其他品牌的MTF图一般具有多个颜色来表示镜头多个不同的指标,而徕卡镜头实线标为M,表示分辨率;虚线标为S,表示对比度。

如果SM线更接近,就表示镜头的焦外成像越真实。就是焦外像奶油,很油润。如果SM曲线很远,就是焦外成像二线性很明显,什么旋转焦外、鱼鳞焦外之类的。 

▲徕卡M 50mm/2AA 镜头MTF曲线图

小 结


• MTF值越接近1越好,即曲线越高越好。线约高,说明镜头的反差表现以及分辨率越好。

• MTF曲线越平坦,说明边缘与中心的成像差距越小。

• 实线和虚线越接近,表示镜头的焦外成像越真实(色散和色差控制得越好)。

• MTF图并不能绝对反映出镜头素质的好坏。


Kirill Moschenkov;徕卡SL+M 50mm/2AA


关于MTF曲线图,您懂了吗?

欢迎到店选购徕卡镜头

发布于 2022-04-01 11:17

卸腰


先说明一个常识:

镜头的中心成像质量最好,边缘成像质量下降,所以我对于MTF图的理解是展现了中心成像和边缘成像的关系。


下面佛一个赞破:

尼康在2017年发布了一款平民的入门超广镜头:AF-P DX 尼克尔 10-20mm f/4.5-5.6G VR,其MTF曲线图如下所示:


图中概念:

横坐标:代表距离,即画面中心到边缘的距离,单位是mm

全画幅对角线的一半是21.5,APS-C是14左右

纵坐标:还原的清晰的百分比,1代表100%

粗线(下图都是粗线):10线对/mm,体现反差

细线:30线对/mm,体现分辨率

关于反差和分辨率的理解可见下图:

红色曲线:最优光圈时测试

蓝色曲线:最大光圈时测试

S(实线):径向曲线

M(虚线):切向曲线

常用结论:

  1. 线条位置越高越好,下降趋势越慢越好
  2. 粗线位置高,反差好
  3. 细线位置高,分辨率好
  4. 0.6以下一般画面就很糟糕了,0.6-0.8画面还可以,0.8-0.9可以算良,0.9以上算非常优秀了
  5. 虚线实线接近,焦外成像越柔和;相差较大,则容易形成焦外光斑一坨一坨的情况
  6. 镜头的畸变、抗眩光性能、近摄能力、对焦速度等指标无法在MTF图中展现


结合尼康的这款镜头,我们发现它在望远端的成像质量好于广角端,总体成像质量较高,边缘成像也很不错。


以上,欢迎指正。

发布于 2018-02-02 12:11

测试输入是黑白条纹,那么为什么不用rgb条纹呢?这样在频谱上decomposition后是不是能解耦镜头的色散对成像的影响?

发布于 2015-02-07 10:16
解读MTF曲线图 - 佳能(中国)
发布于 2015-11-05 11:43

本文来源如下:


相信許多喜愛拍照的朋友,應該都對MTF都不陌生,可是MTF的圖表的解釋上,網路上一堆說法,到底誰錯誰對,光看這些大神的解釋眾說紛紜,千百種說法實在讓我難以判對誰對誰錯.
輕鬆一點那就是誰的說法你聽起來爽那就相信誰的,但偏偏我就是要有根據才會理解的類型XD,於是我就朝源頭~MTF到底是如何產生的? 這點開始下手尋找答案了.

一張MTF表是這樣形成的:
1.購買一張imatest的測試Chart圖與準備拍攝環境:
這張Chart圖可以是:
(1).標準的ISO-12233


(2).也可以是imatest的SFRPlus

(3).也可以是eSFR ISO


以上這些圖都可以做MTF銳利度分析,雖然長的都不一樣,但是MTF的計算方式都是取以上Chart圖的5度方塊的邊邊來計算,這位置的MTF數據.


(MTF的計算只會用到這5度的邊邊)
除此之外的東西是用來分析其他數據用的,要算MTF只需要這5度旋轉的斜邊,即可計算.
重要的是要跟合格的單位購買這些Chart圖,你的數據才有公信力,自己印的話亂七八糟的印表機印出來就很糟糕的話算出來也會很糟的XD.
至於拍攝環境就在於如何有穩定又均衡的光緣打在你的表上官方給了這張給你建議.


這點喜歡用閃燈的人應該知道這光源的品質也是很重要的一件事,畢竟這是個看分數的世界如何磨到最高是很重要的XD
2.用你的相機盡可能的拍滿這張Chart圖:

3.丟到Imatest去計算MTF
這邊大概解說一下產生的過程
(1)拍攝
(補)
(2)拍好的圖
(補)
(3)從中心框選到邊緣(SFRPlus與ISO_12233為手工框選)
注意看框框的兩邊有橫的與垂直的,在Imatest計算的時候會自動幫你分類哪些是縱向與橫向.


這個步驟就很多人工的誤差部分,總之怎樣框出最高分也是一門學問甚至也有無法算的情況,所以最好多拍幾張取平均值比較精確,標準至少會拍三張,而eSFR_ISO才可以支援工廠流程才有自動框選計算.
(4)產生中心到邊緣的MTF數據


看一下紅藍的部分,其實所謂的縱軸橫軸就是這樣來的,框水平與框垂直所得來的數據,這就是你看到的虛線與實線交疊的數據由來.
(5)利用EXCEL之類的試算表軟體將數據組成MTF表,這就是你看到的MTF表了.



4個人認為關於MTF的一些爭議:
關於MTF表來判斷一顆鏡頭銳利度我認為是有許多爭議的下面就先提出兩點
(1)所謂的MTF10線20線30線50線定義:
其實10線20線30線50線定義是從哪來的?答案是Imatest的二次運算壓出來的設定~


而這個數據會大大的影響LW/PH的分數,下圖是PENTAX 645的FA45mm在F8的MTF50與MTF20,最高分的縱軸從5089爬到了7519分.


這邊疊在一起比較一下,這就是50線與20線的比對圖了.


這點最有爭議的莫過於老牌的photozone就最近改名叫 opticallimits的網站,雖然官方的線圖寫著MTF50然後用Imatest的規範來做出報告的,但也有人質疑photozone用的是MTF20的數據而非MTF50所以都飆非常高,之前對岸的無忌也有人在討論該數據還比 dxomark之前的MTF20數據還高,所以讓人懷疑,我很推薦erphotoreview有明確的機身型號也有列出MTF50與20的數據,這就很有參考價值了.


那關於50線和10線20線30線到底差在哪?各種腦補很多我們來看看Imatest的正式說明:
官方的說明(來源 : imatest.com/docs/sharpn):
Traditional “resolution” measurements involve observing an image of a bar pattern (often the USAF 1951 chart), and looking for the highest spatial frequency (in lp/mm) where the bars are visibly distinct. This measurement, also called “vanishing resolution”, corresponds to an MTF of roughly 10-20%. Because this is the spatial frequency where image information disappears— where it isn’t visible, it’s strongly dependent on observer bias, and hence it’s a poor indicator of image sharpness. (It’s Where the Woozle Wasn’t in the world of Winnie the Pooh.) The USAF chart is also poorly suited for computer analysis because it uses space inefficiently and the bar triplets lack a low frequency reference.
簡單的說MTF 10~20%這個參數幾乎在不可見的區域,所以參考意義不大,看MTF50即可,所以正確的理解釋MTF10~20是更為寬容(不存在的)的推測區域,只是實用與不實用的差別.
不過分數高就是爽PENTAX 645的FA45mm在F8有7,519我驕傲XD,雖然拍照技術技不如人,但是MTF分數不落人後~


(2)分數基準的"天花板"在哪? :
分數的天花板也是一種玩弄的手法再拿我拍的這張PENTAX 645的FA45mm在F8的MTF20來解釋天花板的差異.
各家評測的天花板 :
我這邊的測試將最高滿分訂為10,000,我可以用滿分10000分的區域內來做比較,畢竟MTF20都7,519分了除非我上一億畫素,不然我認為很難超過這個區域,為了真正可以正確的比較我將天花板排列訂的很高.


動點手腳變百分比:
把分數變成百分比,再把MTF拿掉就變成大多數的廠商拿出來的樣子了,如果百分比看這顆只有接近8分呢?不懂的大概看這樣就開始酸了XD,但此類只要說明自己的分數上限經過換算還是算誠實的.


最討厭的天花板:
這種把該鏡頭的最高分設定為縱軸的天花板,例如我把最高定為7,519就這樣被說是中央極利的神鏡了,海放Otus的頂天神鏡~嘿嘿這種表現方式不少日廠官方的ZOOM鏡最最最喜歡了~




(3)MP數(畫數)也會影響LW/PH的分數高低?
關於每個斜邊的MTF分數如何計算而來的底下就引用Imatest官方的正式解釋來幫各位理解:
這裡就用我拍攝的PENTAX 645的FA45mm在F8的MTF數據表來做解釋,來一一解釋幫各位理解MTF的LW/PH到底從哪來的?


(右上角)紅框為該位置的對應區域:



以下文章取自 : http://www.imatest.com/docs/sharpness/
(左上角)平均邊界的色調:
(補充:在Nyquist frequency的公式中就是以此對比/反差的最大最小值帶入計算)


一個狹長的圖案,這顯示平均邊界的色調。這與Edge profile\邊緣輪廓線的線圖一致,如下所示。
(中左)Edge profile\邊緣輪廓線(線性):


這裡顯示的Edge profile/邊緣輪廓線,也就是。與亮度成正比。關鍵的地方就是邊緣的上升距離(10%-90%),以每個像素和每幅圖像高度的上升距離數量來顯示。其他參數包括過爆或過低的值(如果有的話)。這個部分可以開啟擴展函數來查看(LSF:邊緣的導數)
(左下)SFR\空間頻率範圍(MTF):


SFR/空間頻率範圍(MTF),是利用尼奎斯特頻率(Nyquist frequency)求出來的兩倍。最後求出的結果就是MTF50,它的頻率是其低頻值的50%(註1),分析出來的圖像清晰度是一致的。它以數據來自於每個像素(c/p)的週期單位和每幅圖像高度(lw/ph)所算出來的。其他結果包括在尼奎斯特頻率的MTF(0.5個週期/像素;采樣率/2),也記錄了混疊的程度和用戶選擇的二次讀出的數據(例如:MTF20就是二次讀出)。尼奎斯特頻率顯示為一條垂直的藍線。輸入的像素間距(手動)和鏡頭焦距(通常是來自EXIF數據,可以手動輸入),在有限的MTF最後形成為淡棕色虛線。
如果這相機只有適度的銳化,MTF50P(只有當的銳化超過標準時才會顯示)與MTF50完全相同。
官方的MTF計算介面翻譯到此為止.


也因為此種計算分數是透過邊緣的模糊邊界來取得


在更高畫數的相機呈現的密度是有差距的,因為這會影響其採樣數據的密度.還有自己印爽的也會.
也就是說同樣一個鏡頭你用10MP與50MP所算出來的數據是不同的,可能鏡頭在10mp只有2000多到50MP就噴到4000~5000,當然如果鏡頭的解像力不夠還是拉不上去的.
但這也代表一顆鏡頭的好壞不能純看LW/PH得分數真的不能,因為光是MP數的級距就會有非常大的差別了,當然如果解像力不足上不去那就代表真的是體質爛.

发布于 2022-07-08 10:40

1、MTF的定义

MTF(Modulation Transfer Function)调制传递函数,是对镜头解像力的一个定量描述,解像力直白的说就是镜头如实再现被摄物体质感(texture)的能力[1]。以如下黑白条纹为例,条纹图卡(图1左)经镜头光学成像后得到对应的条纹图像(图1右),条纹图像能复现出的条纹图卡的清晰程度(包括分辨率和对比度)即可表征该镜头的解像能力。通常地,条纹图像越清晰,说明镜头的解像能力越好。

图1

1.1 MTF的计算

MTF作为图像在空间频率下的调制传递函数,通常用标准单位线段来量化MTF表现。Imatest中关于MTF的计算如下[2]:

公式1

解读如下:

(1)镜头在某特定频率f下的MTF值MTF(f)与当前频率能测得的最大亮度值Vmax和最小亮度值Vmin相关;

(2)C(0)为图卡本身对比度计算值,一般为1;

(3)理想状态下MTF自始至终都不发生衰减,则它在各个频率下计算的MTF值均为1,但实际上MTF值会随着频率的增大而逐渐衰减(如图2所示)。

图2

1.2 空间频率

在1.1节中提到的频率更确切的说是指图像的空间频率,即以每距离(像素间隔)的周期为单位进行测量的,如下图3所示,以一对白黑条纹线对为周期,可以发现从左至右线对越来越窄、越来越密集,表明频率越来越高,通常高频可用于评判图像的细节分辨能力。

图3

与传统意义上的频率单位(Hz)不同,图像空间频率的量化单位有如下形式:

图4

其中,LW/PH 是比较具有不同传感器尺寸和像素数的相机性能的最佳单位,它可用于衡量整体图像清晰度。所以经常会用线宽形式来比较不同相机的图像清晰度表现。

关于周期(C)、线对(LP)、线宽(LW)三者之间的关系如下:1C = 1LP = 2LW

Note:

(1)LW/PH其实就是指在单位图像高度(单位为像素)下能测出多少条线宽,在此之前我总以为LW是个长度单位,实际上它应该是一个量词(条);

(2)对于发生过裁切的图像,在计算LW/PH时需要输入图像裁切前的原始图片高度。

其他单位形式介绍可查阅文献[2]本文不再赘述。

2、MTF曲线

2.1 MTF测量方法

MTF曲线有较多测量方法,常见的有TV-lines、SFR斜边、西门子星图、枯叶图、Log frequency、Log f-contrast、Random 1/f、双曲楔形等,如下是imatest中能使用的MTF测量图卡示意:

图5

如上方法的测量原理和操作步骤将在下一篇中展开叙述,本文侧重于MTF曲线的生成过程,故而着重讲一下分辨率标板的方法。

参考文献[1],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,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,这个定为公因子是20√10≈1.122等比级数;而空间频率用一种叫“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,从宽到窄逐渐过渡的。

图6

如上图所示,在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。一个方向是平行于像场半径的;另一个是垂直于像场半径的。平行于像场半径的线条叫“弧矢” 方向(也叫径向);垂直于像场半径的叫“子午”方向 (也叫切向)。

MTF曲线的生成过程:以每组标板为单位,每测完一组,计算当下线段下的径向和切向的MTF值(计算参考公式1);测量完设定的多组标板后,分别对径向数据和切向数据作曲线拟合即可得到当前镜头的MTF曲线。

实际上我们遇到最多的是如下两类曲线:MTF-Frequency曲线和MTF-Distance曲线。

2.2 MTF-Frequency曲线

图7

如上MTF曲线横轴代表空间频率(单位:LW/PH),纵轴代表MTF值,该曲线用于表征MTF值随着线对频率的变化而变化的趋势。通常用MTF50或MTF50P指标来衡量,它表示MTF为峰值MTF的50%(nn%)时的空间频率,如上图水平Tiffany蓝色虚线代表的就是MTF=0.5时对应的频率为1024 LW/PH。此外也有MTF30、MTF20等指标原理类似不再赘述。

Note:

(1)相比于MTF50,MTF50P对软件锐化的敏感度要低得多;

(2)人眼极限分辨率在MTF=2~5%,通常选用MTF=3%时对应的频率作为镜头的目视分辨率;

(3)根据香农定理,为防止信号混叠需要定义最大采样频率(最小采样周期)f_Nyquist = 0.5 C/P,换算可得f_Nyquist = 0.5 C/P = 0.5 *PH * C/PH = 0.5 * PH * 2 * LW/PH = PH * LW/PH,即Nyquist频率为1个像高,空间最小间隔为1个像素。采样频率超出Nyquist频率将出现信号混叠,表征在图像上即为伪像或摩尔纹现象。

2.3 MTF-Distance曲线

众所周知镜头中心比边缘成像能力更好,为了更全面的表征一颗镜头的解析力好坏,相机厂商通常会从中心到边缘选取多个点进行测试如下[3]。

图8

在图8中,沿对角线方向每间隔5mm放置一组条纹线,且条纹线分为粗线和细线,粗线单位长度下10 lines/mm(线条宽),用来测试对比度;细线单位长度下为30 lines/mm(线条细),用来测试分辨率。此外粗线/细线又包括径向和切向两种,它们是用于测试色散和色差的。

如下图所示是富士XF35mmF1.4R镜头官网介绍的MTF曲线性能,

图9

其中,横轴代表到图像中心的距离,纵轴代表MTF值。M(Meridonial)代表切向方向,S(Sagittal)代表径向方向。此外可见富士习惯于15 lines/mm和45 lines/mm来分别表征镜头的低频(对比度)和高频(分辨率)表现。

关于图9有以下几点信息:

(1)中心点处的对比度和分辨率最好,越背离中心数值越差;

(2)曲线后半段有波浪状凸起(右图更明显),这表明镜头存在因镜片缺陷导致的像场弯曲,且波浪越大表明弯曲越严重;

(3)虚线和实线越接近表明镜头的色散和色差控制的越好,越背离表明越严重。

2.4 MTF之于分辨率和对比度

  • 分辨率

表示对图像细节的分辨能力,表征在条纹图像(如图2)上就是黑白块之间的界限清晰程度。通常分辨率越高,黑白块界限越明晰,画面细节越丰富;分辨率越低,黑白块界限越朦胧,画面细节处越糊。

图10
  • 对比度

表示图像中明暗区域的差异,表征的是一幅图像能展现的最亮的白和最暗的黑的能力(同动态范围)。通常对比度越大即明暗差异越明显,表征在条纹图像上就是黑白块越分明;越小则明暗差异越小,黑白块灰度差越小。如下图11所示。

图11

我们用一组图看下分辨率和对比度对于图像的影响:

图12(左-低分辨率低对比,右-高分辨率高对比)

最后,下一篇将详细讲述各MTF方法的测量原理和操作步骤,敬请期待。喜欢的朋友可以关注我的账号,不定期会更新图像质量、python办公实用相关的笔记,有想法可以评论区给我留言,

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Reference

[1] 相机光学传递函数MTF-CSDN博客

[2] imatest.com/docs/sharpn

[3] MTF 曲线图应该怎么看?

[4] 图像分辨率测试-imatest-CSDN博客

[5] sunny:光学测试 --- MTF与SFR

[6] fujifilm-x.com/zh-cn/pr

发布于 2024-04-09 16:52

补充下:线条的高度可以看出一个镜头的锐度好坏,而线条下降的速度可以看出此头分辨率的好坏。

发布于 2012-02-16 10:31

关于线的虚实: 虚线说明测试的时候,黑白线条的方向是和镜头半径的方向平行的. 对应的,实线则表示黑白线条的方向和镜头半径的方向相切(垂直). 两者分别嘛,相切的代表分辨能力,平行的代表对比能力.“ 这段话我有异议, 关于线的虚实代表的应该是 :镜头焦内焦外成像水准吧?实线是代表的是S线(弧失),虚线是M线(子午),如果SM线相接近,就表示镜头的焦外成像越真实。就是焦外像奶油,很油润。如果SM曲线很远,就是焦外成像二线性很明显。而您说的虚线、实线分别代表着分标力和对比度(反差)的问题好像是 线的粗细 该干的事儿。粗线(10线/毫米)代表对比度(反差);细线(30线/毫米)代表着分辨力。这二者越接近“1” 越好。这两天一直在研究MTF线,头都大了,也不知道对不对。我是参照着佳能官网和FOTOMEN网站给出的解释解答的 下面是原文链接: 佳能(中国)-佳能(中国); >器材党的个人修养,教你看懂MTF曲线图

发布于 2016-09-23 20:10

mtf曲线,严格来说,是一个制图规范,不是一个数据规范,所以每家的内容、甚至颜色,都不太一样。

比如,有些厂商会给最大光圈,F8光圈,各画一份,比如佳能:

佳能(中国)-佳能(中国) - EF镜头 - EF镜头的基础知识 - 解读MTF曲线图

也有只给最大光圈画一份的,比如适马:

Lenses | Sigma Corporation of America

大部分情况下,mtf都会包含对比度曲线和锐度曲线(10 line/mm & 30 line/mm)两种线,有的用颜色区分,有的用粗细区分(比如佳能,颜色用来区分光圈了,这个就用粗细区分)。对比度曲线和锐度曲线又分别有两种,对应的是测试板上的两类图形,用虚实线表示。具体的可以自己了解一下,就不赘述了。

因为这两家的镜头我有,书签里存了,所以直接贴出来,大法尼康什么的实在懒得找。自己用google搜一下吧。

发布于 2017-02-14 16:37