使用MTF評(píng)估鏡頭質(zhì)量

MTF可以衡量鏡頭在特定分辨率下保持對(duì)比度的能力，并用圖形表示，以便于用戶解讀。不妨學(xué)習(xí)如何看懂MTF圖，比較鏡頭的分辨能力，優(yōu)化您的選型。

1使用MTF圖挑選性能卓越的鏡頭

挑選合適的鏡頭頗具難度，因?yàn)橥ǔ２蝗菀淄ㄟ^相機(jī)或計(jì)算機(jī)規(guī)格等特定參數(shù)來確定鏡頭的性能。因此，鏡頭制造商打造了一種標(biāo)準(zhǔn)方法，可在受控環(huán)境下衡量鏡頭性能，并將測(cè)試結(jié)果用作其產(chǎn)品的MTF信息。

MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）圖不僅對(duì)工業(yè)用戶有所助益，對(duì)商業(yè)用戶也同樣也有借鑒作用。下圖是商業(yè)用戶（包攝影業(yè)余愛好者或職業(yè)攝影師用戶）通常使用的MTF圖示例。這類用戶使用MTF圖通常是為了快速評(píng)估鏡頭的對(duì)比度和清晰度，而不是進(jìn)行精確測(cè)量。

對(duì)于工業(yè)鏡頭用戶，我們強(qiáng)烈建議更積極地利用MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）圖，以便更好地評(píng)估鏡頭的分辨率、對(duì)比度性能和成像質(zhì)量的一致性。在本文中，我們將詳細(xì)介紹MTF圖，并與您分享如何更好地利用MTF圖進(jìn)行鏡頭比較。

調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)與成像質(zhì)量的關(guān)系圖解

2什么是MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）？

MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）是衡量光學(xué)系統(tǒng)將對(duì)比度從物體傳遞到圖像的能力。它描述了鏡頭在特定分辨率下的對(duì)比度水平，例如X軸數(shù)值(lp/mm)和Y軸數(shù)值(%)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

每毫米的線對(duì)數(shù)(lp/mm)是一種測(cè)量單位，它指的是在每一毫米的圖像中，可分辨出多少對(duì)交替的深色和白色線條（即線對(duì)）。

例如：

■ 如果數(shù)值是1 lp/mm，則表示在1 mm的距離內(nèi)有1對(duì)線條，每條線之間的距離為0.5 mm。

■ 同樣，10 lp/mm表示在1 mm內(nèi)有10對(duì)或20條線，每條線之間的距離為0.05 mm。

■ 按照同樣的邏輯，100 lp/mm的線間距為5 μm (0.005mm)。

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就分辨率而言，lp/mm的數(shù)值越高，表明光學(xué)系統(tǒng)能夠捕捉到的細(xì)節(jié)就越精細(xì)。因此，可分辨的線對(duì)數(shù)成為了判斷光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)重要性能標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)際上，線間距越小，鏡頭和相機(jī)等光學(xué)系統(tǒng)呈現(xiàn)線對(duì)的難度就越高（如下圖所示）。鏡頭需要捕捉這些線條圖案，并將其投射到芯片上。隨著線條間距的減小，準(zhǔn)確再現(xiàn)線條圖案就會(huì)變得越來越困難。因此，隨著線間距變窄，通過鏡頭呈現(xiàn)的黑白線條的對(duì)比度也會(huì)降低。MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）圖能以可視化的形式反映這一現(xiàn)象，幫助我們了解鏡頭在對(duì)比度方面再現(xiàn)細(xì)節(jié)的能力是否足夠優(yōu)秀。

圖解描述了鏡頭如何捕捉測(cè)試圖案并將其投射到芯片上。隨著線間距的減小，精確再現(xiàn)這些圖案的難度就變得越來越具有挑戰(zhàn)性。

3MTF圖的類型

MTF圖中繪制了MTF信息，便于在評(píng)估鏡頭分辨率時(shí)進(jìn)行可視化顯示，它還能夠以不同的方式呈現(xiàn)。一般來說，MTF圖可大致分為兩大類。第一種類型是按頻率繪制的MTF圖，它以lp/mm（每毫米的線對(duì)數(shù)）為X軸。然而，此類型的MTF圖有一個(gè)缺點(diǎn)：它無法準(zhǔn)確描述鏡頭在整個(gè)芯片上的MTF性能。為了解決這個(gè)問題，我們引入了第二種圖，即按像圈繪制的MTF圖。在這種圖中，X軸代表位置（從芯片中心開始向邊緣移動(dòng)），從而可以更精確地評(píng)估鏡頭在整個(gè)芯片上的性能。不過，它也有局限性，只能檢查特定的lp/mm值。因此，在大多數(shù)情況下，這些圖會(huì)同時(shí)各自顯示具有代表性的lp/mm值。

它們并非不同的MTF圖，只是呈現(xiàn)信息的方式不同而已。在按頻率繪制的MTF圖中，它顯示了圖像中捕捉到的物體的對(duì)比度與空間頻率的函數(shù)關(guān)系。而在按像圈繪制的MTF圖中，則顯示了在特定lp/mm下，從鏡頭的像圈中心到外部的數(shù)值變化。尤其是在大視場(chǎng)情況下，這種區(qū)別非常實(shí)用。接下來，我們來深入探討這兩種類型的MTF圖。

4如何看懂MTF圖？

按頻率繪制的MTF圖：

■ Y軸（垂直方向）表示MTF值，其刻度范圍從0到100%或1，刻度分別為10%或0.1。

■ X軸（水平方向）表示每毫米周期上的空間頻率，該單位的縮寫為lp/mm，表示每毫米的線對(duì)數(shù)（線對(duì)即一條黑線和一條白線）。

■ 使用不同顏色繪制多條線，它們分別代表沿著鏡頭曲率的不同點(diǎn)位（例如，0.0000 mm是指成像中心，而5.5000 mm是指距離成像中心5.5 mm的位置）。

■ 每種顏色有2條線（即T代表切線方向，S代表矢狀方向）。

按像圈繪制的MTF圖：

■ Y軸（垂直方向）表示光學(xué)傳遞函數(shù)的系數(shù)。

■ X軸（水平方向）指的是到成像中心的距離（即0為成像中心）。

■ 使用不同顏色繪制多條線，分別代表不同的lp/mm值。

■ 每種顏色有2條線（實(shí)線表示切線方向，虛線表示矢狀方向）。

5什么是切線(T)和矢狀線(S)？

典型的MTF圖包括切線(T)和矢狀線(S)。切線(T)也被稱為經(jīng)線，它以實(shí)線顯示切向MTF測(cè)量值，虛線則顯示的是矢狀MTF測(cè)量值。矢狀線表示測(cè)試圖案的線與一條從像圈中心延伸到角落的線保持平行，而切線則垂直于這條對(duì)角線。通常，實(shí)線的MTF值較高，因?yàn)殓R頭通常是根據(jù)切線方向來制造的。

一般來說，相似的矢狀線和切線特性會(huì)產(chǎn)生更一致的圖像。這表示，如果矢狀線和切線在MTF圖上相互靠近，那鏡頭產(chǎn)生的圖像在X軸（水平方向）和Y軸（垂直方向）上的成像性能將更加一致。另一方面，如果矢狀線和切線在圖像上呈發(fā)散狀態(tài)，則表示成像效果不一致，存在像差現(xiàn)象，即鏡頭散光。在理想情況下，這兩條曲線應(yīng)該越靠近越好，這樣才能獲得更具一致性的成像性能。

矢狀線和切線分辨率相似的MTF圖

矢狀線和切線分辨率不相同的MTF圖

6使用MTF圖評(píng)估鏡頭的分辨能力

一般來說，MTF圖的數(shù)值越高，即表示對(duì)比度和分辨率越好，這意味著光學(xué)系統(tǒng)能夠再現(xiàn)圖像中的細(xì)節(jié)。另一方面，如果在特定空間頻率下的MTF值較低，則表示在特定的細(xì)節(jié)層次上，對(duì)比度和分辨率均有所下降。

接下來，在詳細(xì)了解MTF圖之后，您就可以對(duì)不同制造商的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估和性能比較了，或者也可以對(duì)同一制造商的不同型號(hào)進(jìn)行對(duì)比。

請(qǐng)看下面幾款鏡頭型號(hào)的MTF圖。您能看出它們的分辨能力如何嗎？

鏡頭A:型號(hào)C10-0814-2M-S

鏡頭B:型號(hào)C23-0816-2M-S

鏡頭C:型號(hào)C125-0818-5M-P

比較結(jié)果

總而言之，MTF圖是衡量鏡頭性能的實(shí)用指標(biāo)，有助于用戶選擇合適的鏡頭。它具備的一些優(yōu)點(diǎn)如下：

■ 分辨率評(píng)估：MTF圖提供了量化測(cè)量鏡頭再現(xiàn)細(xì)節(jié)能力的方法。MTF值越高，表示分辨率越高，助您選出符合銳度需求的鏡頭。

■ 對(duì)比度性能：MTF圖顯示了在不同空間頻率下的對(duì)比度水平。高對(duì)比度對(duì)圖像清晰度至關(guān)重要，而MTF圖形可幫助您評(píng)估鏡頭在不同條件下的對(duì)比度性能。

■   感光芯片各個(gè)位置的表現(xiàn)：MTF圖可讓您深入了解鏡頭在整幅圖像中的表現(xiàn)，助您選出符合要求的鏡頭，保證從成像中心到邊緣都能獲得一致的成像質(zhì)量。

通過比較不同鏡頭的MTF圖，您可以做出明智的決定，選擇最重要的光學(xué)特性，以便滿足特定需求。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶可能還需要考慮其他因素，例如芯片靶面大小、 放大倍率和F#。

7我們的鏡頭以及可完美兼容的配件

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