對比度和分辨率

在我們談論MTF之前，最好先熟悉“對比度”和“分辨率”這兩個術語，因為這兩個術語在本文中已廣泛使用。對于大多數攝影師而言，“對比度”一詞與Photoshop或Lightroom中的滑塊相關聯，如某些人所說，該滑塊用于增加圖像的整體對比度并使圖像“彈出”。另一方面，分辨率通常與像素的傳感器和圖像分辨率相關，例如“ 800 x 600”。雖然這兩個術語聽起來像彼此無關，但實際上它們在光學上是相互關聯的，并且含義不同。在光學領域，分辨率代表鏡頭能夠透射的精細細節（也稱為“微對比度”），而對比度代表鏡頭區分不同光強度（例如黑白色的能力）。當對比度水平顯著下降時，黑白線最終會變成灰色且難以區分。

清晰度：分辨率和銳化度

如果我們現在將“主觀清晰度”從方程式中剔除，并嘗試或多或少地客觀地定義該術語，我們將意識到清晰度由兩部分組成：分辨率和銳度。分辨率和銳度都同等重要，因此會影響整體的清晰度。如先前所定義，分辨率是鏡頭能夠透射的細節量。鏡頭會解決所有這些細小的羽毛和頭發細節，然后將其傳輸到成像傳感器。另一方面，清晰度并不是解決精細細節，而是解決圖像邊緣之間的過渡。可以通過許多因素極大地提高清晰度，例如相機內銳化，下采樣和在后處理中應用銳化。另一方面，分辨率無法更改–如果鏡頭無法解析精細的細節，則在拍攝圖像后無法添加這些細節。因此，如果一開始的圖像非常柔和，則無法通過稍后對其進行銳化來添加缺少的細節。看一下另一個圖像樣本：

圖像頂部的第一個裁切顯示低清晰度和高分辨率。鏡頭能夠解決很多細節問題，但是邊緣之間的過渡并不是突然的，這使圖像顯得有些柔和。中間的第二張圖像缺乏分辨率，但清晰度很高（邊緣過渡），因為應用了過多的銳化使圖像看起來更清晰。如您所見，完整的細節無法完全恢復，因此某些功能被嚴重夸大了。最后一張圖像具有很高的清晰度和分辨率，這使我們認為它是三個圖像中最清晰，最詳細的。此示例表明，我們對清晰度的感知高度依賴于分辨率和銳化度。

現在，您已經了解了對比度，分辨率和銳化度對獲得清晰圖像的重要性，讓我們更進一步，討論測量和量化鏡頭性能。

MTF是什么？

由于感知的清晰度始終是主觀的，因此僅通過查看圖像中的細節就無法量化鏡頭性能。正如我在上面指出的那樣，太多的變量會影響我們的感知。因此，制造商提出了客觀的方法來測量受控實驗室環境中的鏡片性能，或者通過計算機模擬（在下面的模擬MTF數據中更多）來估計鏡片的潛在性能，而無需依賴于人類的感知。這種公認的鏡頭性能度量標準稱為MTF，代表“調制傳遞函數”。由于沒有透鏡能夠完美地透射光，因此MTF在量化對比度和分辨率的損失方面非常有用。銳度不適用于此處，因為我們不是在談論我們感知到的清晰度，而是嚴格地講鏡片能夠以最大對比度解析大量細節的能力。

MTF的優點之一是，它能夠在單個圖表中提供大量有用的信息。MTF圖表可能會提供以下一些或全部數據：

鏡頭分辨率（最大和最小光圈的中心到極端角）

鏡頭對比度（最大和最小光圈的中心到極端角）

散光和橫向色差

場曲率

焦點轉移

該數據可以揭示有關鏡頭整體性能的大量信息。同樣的數據也可用于比較同一制造商的不同鏡頭之間的分辨率和對比度。但是，不能在不同品牌之間比較MTF數據，并且MTF圖表無法提供其他光學數據，例如：

失真

縱向色差

色彩還原

漸暈

鏡頭光暈

因此，盡管MTF圖表可用于評估某些數據，但它們不能提供鏡頭光學性能的完整圖像。大多數制造商得出的結論是，提供MTF數據已足夠，并且上述缺陷從未納入特定的鏡片測試或其他圖表中。同樣重要的是要注意，通常也不提供變焦鏡頭在短焦距和長焦距之間的性能。例如，對于70-200mm的鏡頭，制造商將僅提供70mm和200mm的最短和最長焦距的MTF數據，而在這兩者之間沒有提供。這就是我們（和許多其他站點）在檢查鏡頭時專注于上述光學問題和數據不足的原因之一。

如何測量MTF數據

現在，我們來談談測量MTF數據的實際過程。您可能已經知道，鏡頭的性能從其中心到極端角落都可能有很大差異。大多數鏡頭都經過優化，可以在中央表現出色，但是在銳利度方面開始向角落分散。具有“神奇”光學設計的鏡頭在整個圖像框架中可能非常堅固，但這種鏡頭很少-甚至一些最好，最昂貴的專業級鏡頭也存在各種光學問題。因此，僅拍攝圖像幀的一部分并評估其清晰度將是非常有限的，這就是為什么MTF數據由多個要測量的點組成的原因：從幀的中心到極端的角落。這是尼康提供的圖像，顯示了評估鏡頭性能的每個點：

這些紅點是細線圖案，在距圖像幀中心的特定位置或這種情況下的24x36mm全幀FX傳感器進行分析。在距傳感器中心5mm，10mm，15mm和20mm處進行測量。

鏡頭性能的評估是通過簡單的直線完成的，通常是白色背景上的黑線。較粗的線對用于測量對比度，通常為10線/毫米，而用于測量分辨率的較細的線為30線/毫米。看看尼康提供的以下圖表：

如您所見，粗線和細線分別以不同的間隔放置，以分別測量對比度和分辨率。線組在策略上以兩個不同的角度放置-一個與框的中心向外成一定角度，平行于鏡頭的半徑并指向中心（也稱為“矢狀”），另一個朝相反的方向成角度（也稱為“矢狀”）。被稱為“子午線”）。這樣做是有原因的–由于鏡頭像差，某些鏡頭在分辨指向一個方向的細節方面非常好，但在分辨指向另一個方向的細節方面卻不太好。對于MTF測量，同時提供了矢狀面和子午面數據，有助于輕松識別出散光的晶狀體。

如何閱讀MTF圖表

既然您知道了線組的放置和測量方式，現在是時候了解如何閱讀典型的MTF圖表了。請注意，所有制造商在如何顯示MTF數據以及實際繪制哪些數據方面都有自己的方法，因此，一個單獨的“ howto”指南不足以涵蓋所有內容。這就是為什么我由制造商分開這部分。在開始具體說明之前，讓我們先了解一下MTF圖表的典型布局。

如果我們檢查表示鏡片對比度的紅色曲線，我們會發現鏡片在中央具有很高的對比度，然后逐漸降低到鏡框中央，然后在中間急劇下降（10mm標記） ），然后在中框和拐角之間拾取，然后再次急劇下降到極端的拐角處。分辨率從中心開始相當強，然后逐漸下降到框架的中間，然后在中間和拐角之間稍微上升，然后在拐角處急劇下降。這一切意味著，在這個特定的光圈下，如果您拍攝了平坦目標的照片，您會看到令人印象深刻的中心性能，該性能逐漸向中間下降，然后在拐角處急劇下降。

您可能想知道垂直Y軸上的哪個數字對于對比度和分辨率都可以視為“好”或“壞”。通常，對比度通常會高于MTF圖表中的分辨率，因此，高于0.9的圖像表示出色的對比度，介于0.7和0.9之間的圖像通常非常好，介于0.5和0.7之間的圖像表示平均值，而低于0.5的圖像則柔和/差。對于分辨率，這些數字顯然要低一些。