调制传递函数与MTF课件.ppt

第三章 调制传递函数与MTF曲线的评价调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF       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调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF•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、解像力和分辨本领，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“线对线对/毫米毫米”它的优点是可以量化，用数据表示，使结果更直观、更科它的优点是可以量化，用数据表示，使结果更直观、更科学、更严密学、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）镜头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与调制传递函数与MTFMTF•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，是摄影镜头鲜明地再现摄景物中间层次、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、反差正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、彩常、层次丰富、纹理细腻、影调明朗、质感强烈、色彩过渡柔合、彩色还原真实、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•        调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF•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因为不是在标准的测试板的高反差下，镜头的反差更多的决定了成像的清晰度人们开始发下，镜头的反差更多的决定了成像的清晰度人们开始发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晰度，这种镜头人们就把它称作“锐利锐利”nikon在专业领在专业领域里就是以域里就是以“锐锐”著称的许多高手称著称的许多高手称nikon镜头拍出的镜头拍出的片子有片子有“刀刻斧凿刀刻斧凿”的感觉就是这个意思的感觉就是这个意思调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF佳能 EF 85mm F1.2 L 实拍效果（EOS 5D） 调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF•光学传递函数，简称光学传递函数，简称OTF(Optical Transfer Function)，，是近是近30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也是近十几年以人们更加关注的一门新兴学科——“信息信息光学光学”的重要组成部分。

的重要组成部分1948年，美国人谢德年，美国人谢德(O.Schade)第一次用光学传递函数的方法，以全新的观点来评价电视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 调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF•调制传递函数调制传递函数（（MTF）是实际像与理想像之间调制度之比）是实际像与理想像之间调制度之比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=最最大亮点大亮点-最小亮度最小亮度/最大亮度最大亮度+最小亮度最小亮度调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF• 一张白纸的调制度为一张白纸的调制度为0，，• 即即:M景景=[(100-100)/(100+100)=0/200=0] • 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，，•则则M景景=0.98；； •   一本杂志的印刷对比度约为一本杂志的印刷对比度约为1:15至至1:20( 最黑的线条、文字的最黑的线条、文字的亮度为亮度为1，则白纸的亮度约为，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)则则调制度约为调制度约为0.88—0.90(14/16—19/21)。

 •  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和太阳同时拍进画面，则景物的对比度最大可达到1:100000以以上，而其调制度约为上，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，此时的对比度约为约为1：：1.1左右  调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF•“MTF测试使用的是黑白逐渐过渡的线条标板测试使用的是黑白逐渐过渡的线条标板,通过镜头进通过镜头进行投影被测量的结果是反差的还原情况如果所得影像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的反差和测试标板完全一样,其其MTF值为值为100% 这是理这是理想中的最佳镜头，实际上是不存在的；如果反差为一半想中的最佳镜头，实际上是不存在的；如果反差为一半,则则MTF值为值为50%数值0值代表反差完全丧失值代表反差完全丧失,黑白线条被黑白线条被还原为单一的灰色；还原为单一的灰色； 当数值超过当数值超过80% (20lp/mm下下)则已则已极佳；而数值低于极佳；而数值低于30%则即使在则即使在4X6英寸扩印片下影像质英寸扩印片下影像质量仍较差量仍较差”。

 调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF•1、什么是空间频率、什么是空间频率 •        在讲清在讲清MTF曲线随空间频率的变化关系以前，我们先曲线随空间频率的变化关系以前，我们先来弄明白什么叫来弄明白什么叫“空间频率空间频率” 空间频率空间频率(Spatial 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，单位都是“线对线对/毫米毫米”(lp/mm)但测试分辨率的标板是一组一组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，以及线条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，这个定为公因子这个定为公因子 是是20√10≈1.122等比级数；而空间频率用等比级数；而空间频率用一种叫一种叫“光栅光栅” 的标板测试，它的线条是从黑到白逐渐过的标板测试，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渐过渡的 调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF40lp/mm曲线曲线(红色红色)  边缘边缘>20%(图形右侧图形右侧)  中心中心>65%(图形左侧图形左侧)。

·20lp/mm曲线曲线(紫色紫色) 边缘边缘>45% 中心中心>80% ·10lp/mm曲线曲线(绿色绿色)十分接近十分接近5lp/mm曲线 ·5lp/mm曲线曲线(蓝色蓝色)整个整个X轴上轴上>95% 调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF•注意注意:镜头在极端光圈（即最大光圈和小于镜头在极端光圈（即最大光圈和小于f/16）时相对表现较差）时相对表现较差!它们的值不代表镜它们的值不代表镜头所能达到的最佳光学质量头所能达到的最佳光学质量!最佳光圈通常最佳光圈通常为最大光圈收小为最大光圈收小 2-3档 调制传递函数与调制传递函数与MTFMTFCanon EF 1.2 85mm L 于f/5.6 ：表现出色——反差和锐度俱佳! 调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF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 调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF  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而它的调制传递函数值(即即MTF值值)高低，则是由它的反差高低，则是由它的反差决定的。

所以这种决定的所以这种MTF曲线，非常集中地反映了摄影镜头曲线，非常集中地反映了摄影镜头最重要的两在基本参数如果到目前为止仍对最重要的两在基本参数如果到目前为止仍对“空间频率空间频率”、、“调制度调制度”和和“MTF值值” 概念不清楚的话，不妨就把这概念不清楚的话，不妨就把这三个概念等效地理解为三个概念等效地理解为 “分辨率分辨率”、、“对比度对比度”和和“反差反差”，丝毫不影响对，丝毫不影响对MTF曲线意义的理解曲线意义的理解 调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF•几种典型的几种典型的MTFMTF值曲线形状值曲线形状 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 调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF 调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF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     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综合反差和分辨率来看，来看，MTF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越平直，说明边缘与中间一致性好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    4.S曲线与曲线与M曲线越接近越好两者距离较小，该镜头像散曲线越接近越好两者距离较小，该镜头像散较小    5.低频曲线越高，镜头反差越大低频低频曲线越高，镜头反差越大低频(10线对线对/mm)MTF曲线，曲线，代表镜头的反差特性这条曲线越高，镜头反差越大代表镜头的反差特性这条曲线越高，镜头反差越大   调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF•     6.高频曲线越高，镜头分辨率越高高频高频曲线越高，镜头分辨率越高高频(30线对线对/mm)MTF曲线，代表镜头的分辨率特性这条曲线越高，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，以性能曲线一般，以F8的的MTF性能曲线性能曲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都非常看重的性能但是，一般厂商并不提供这条MTF性性能曲线，只提供最大光圈的能曲线，只提供最大光圈的MTF性能曲线性能曲线    8.最大光圈性能曲线最大光圈的最大光圈性能曲线最大光圈的MTF性能曲线，反映性能曲线，反映镜头边角至少应当达到的性能在金钱与超大口径之间折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调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF分析分析MTF曲线应当注意的问题曲线应当注意的问题    1.不要将不同焦距的镜头做横向对比长焦镜头，像场的边不要将不同焦距的镜头做横向对比长焦镜头，像场的边缘只相当于广角镜头中心附近位置因此，对比长焦镜头与广缘只相当于广角镜头中心附近位置因此，对比长焦镜头与广角镜头边缘的角镜头边缘的MTF值，会得出广角镜头都是很差镜头的错误结值，会得出广角镜头都是很差镜头的错误结论广角镜头，尤其是超广角镜头边缘论广角镜头，尤其是超广角镜头边缘MTF值下降很多是正常值下降很多是正常的现象对于广角镜头，尤其是超广角镜头，必须对它像场边的现象对于广角镜头，尤其是超广角镜头，必须对它像场边缘的缘的MTF值相当宽容。

值相当宽容    2.不要将超大光圈不要将超大光圈(如如F1.4或或F2.0)镜头与普通镜头做横向对镜头与普通镜头做横向对比普通镜头的比普通镜头的“最大最大”光圈，要比超大光圈镜头的光圈小一光圈，要比超大光圈镜头的光圈小一两挡或者更多，两者的两挡或者更多，两者的“最大光圈最大光圈”完全不可比超大光圈镜完全不可比超大光圈镜头，在设计时要为了照顾最大光圈时的效果，而对其它性能做头，在设计时要为了照顾最大光圈时的效果，而对其它性能做一点折衷因此，必须对超大光圈镜头最大光圈的一点折衷因此，必须对超大光圈镜头最大光圈的MTF有所宽有所宽容   调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF       3.不要将变焦镜头与定焦镜头横向对比与定焦镜头相比，变焦镜不要将变焦镜头与定焦镜头横向对比与定焦镜头相比，变焦镜头结构复杂得多，设计时所要兼顾的因素也要多得多，因此有的特性头结构复杂得多，设计时所要兼顾的因素也要多得多，因此有的特性不如定焦镜头是正常现象换句话说，变焦镜头的色散比定焦镜头的不如定焦镜头是正常现象换句话说，变焦镜头的色散比定焦镜头的色散大一些是正常的色散大一些是正常的    4.质优价高的高档镜头与普通廉价的经济型镜头也是不能直接对比质优价高的高档镜头与普通廉价的经济型镜头也是不能直接对比的。

选购经济型镜头，一般要注重最优光圈的选购经济型镜头，一般要注重最优光圈(F8)的的MTF特性，对最特性，对最大光圈的效果心知肚明即可特别要注意的是：经济型中长焦变焦镜头大光圈的效果心知肚明即可特别要注意的是：经济型中长焦变焦镜头在长焦端，即使在长焦端，即使F8“最佳光圈最佳光圈”，与优质镜头相比也有较大差异，选，与优质镜头相比也有较大差异，选购时必须充分注意如果除了一般家庭摄影，还想搞一些创作，购买购时必须充分注意如果除了一般家庭摄影，还想搞一些创作，购买这一类镜头需要三思而行这一类镜头需要三思而行调制传递函数与调制传递函数与MTFMTF。