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全面快速理解解析力(二)——MTF50

发布时间:2020年7月27日

上一节课我们学会了:

  • 分辨率即正弦光栅的空间频率的单位用Lp/mm (线对/ 毫米)表示。
  • MTF 值= M ’ / M
    MTF 值必定大于0,小于1,所以可以用百分比和小数的形式存在。
  • 学会了如何解读厂商提供的镜头MTF曲线图。

——这一节课我们学习如何解读评测网站的MTF——主要是MTF50


基本理论

理解了MTF 值= M ’ / M 后,就会理解:MTF值代表的是在一定的条纹空间频率下对比度的复制率。完美镜头(即成像只受光波衍射限制的镜头)的MTF曲线如下图:

在这个MTF图里,横轴是空间频率,纵轴是对比度的“复制率”,即MTF值。比如,在某个给定的频率位置,原物的对比度是10,如果镜头成像的对比度是10,那么MTF=1(或100%);如果镜头成像的对比度是5,那么MTF=0.5(或50%),即MTF50。


在低频端,镜头的MTF值接近于1(保持完美的对比度)。频率越低,解像越容易,边界的模糊带来的影响越小。随着频率增加,MTF值逐渐降低,因为衍射现象的影响开始变得重要。在高频端,衍射的影响强烈到影像无法解析的程度,所以MFT值趋近于0(黑白条纹无法分辨,分辨率变成0)。这是物理上完美的镜头的MTF曲线。


质量非常高的镜头的MTF曲线和理论的完美镜头的曲线非常接近(图中紫线):


低质量镜头的MTF曲线则和理论的完美MTF曲线相差较远(图中绿线):


下图给出了MTF=100%,50%,10%,5%,和2%对应的正弦光栅成像的视觉印象:


MTF=50%(即MTF50)对应的影像黑白对比度被中等程度地弱化了;MTF=10%对应的影像对比度则被严重地弱化了。


MTF50所对应的空间分辨率和影像的视觉清晰度有很好的关系,因为这个MTF值对应的对比度降低了一半。所以,有时候人们用MTF50对应的正弦光栅的空间频率来表述镜头的解像力。MTF50对应50LP/mm(每毫米包含50对黑白线)频率的高端镜头,其成像要比MTF-50对应20LP/mm的低端镜头的成像清晰得多(假设使用同样的相机,同样的光圈,同样的焦距)。


实例

例如Lenstip网站评测尼康AF-s 85mm f/1.8G在尼康D3x上的MTF50:

横轴是镜头光圈值,纵轴的50LP/mm正弦光栅对应的MTF50值。

而photozone网站上的镜头测评中MTF图是这种图:横轴依然是镜头光圈,纵轴是MTF50对应的频率;只不过那里空间频率的单位是Lw/ph(线宽/图片高度)。因为数码相机影像传感器的尺寸可能和35mm胶片尺寸不同,Lw/ph更适合表达数码影像传感器上的频率。Lp/mm转换Lw/ph的方法是先乘以2,再乘以传感器高度的毫米数。


同样photozone网站评测尼康AF-s 85mm f/1.8G在尼康D3x上的MTF50:


尼康D3x是24×36mm的全画幅传感器,f/1.8时画面中心对应34Lp/mm=34×2×24Lw/ph=1632Lw/ph。


那么为什么在photozone网站中的结果却是3500 Lw/ph?这是因为不同的测试环境、测试方式、使用不同镜头样本,用来跨越转换是没有意义的。


不同画幅机身测试

由于Lw/ph表示每图片高度的线宽。它意味着你的图片中可以放置多少根线。例如如果尼康D7000分辨率是4928×3264,这样最大的线宽(Lw)是3264,即每像素可以表示一根线。


因此photozone网站评测尼康AF-s 85mm f/1.8G在尼康D7000上的MTF50明显比D3x低:


而在Lenstip网站M4/3画幅,如奥林巴斯E-3测试的镜头Lp/mm却往往非常高,超过APS-C/Dx的佳能20D或尼康D200。这是因为佳能20D像素仅820万,镜头一般只能达到44Lpmm。在1020万像素的尼康D200上最多达到47Lpmm。M4/3画幅的奥林巴斯E-3有效像素1000万密度最大,相当于DX画幅上的1600万,因此测试镜头会超过50Lpmm。


例如奥林巴斯Zuiko Digital 150mm f/2在奥林巴斯E-3测试的MTF50值:


还是那句:使用相同机身,在同一个测试环境使用一样的测试方法才有对比意义。跨越转换只能相对参考。