使用MTF評估鏡頭質(zhì)量

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發(fā)表時間：2024-05-13

MTF可以衡量鏡頭在特定分辨率下保持對比度的能力，并用圖形表示，以便于用戶解讀。不妨學習如何看懂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，因為通常不容易通過相機或計算機規(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準方法，可在受控環(huán)境下衡量鏡頭性能，并將測試結(jié)果用作其產(chǎn)品的MTF信息。

MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）圖不僅對工業(yè)用戶有所助益，對商業(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估鏡頭的對比度和清晰度，而不是進行精確測量。

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

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)）是衡量光學系統(tǒng)將對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比度水平，例如X軸數(shù)值(lp/mm)和Y軸數(shù)值(%)的對應關(guān)系。

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

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，表明光學系統(tǒng)能夠捕捉到的細節(jié)就越精細。因此，可分辨的線對數(shù)成為了判斷光學系統(tǒng)的一個重要性能標準。

實際上，線間距越小，鏡頭和相機等光學系統(tǒng)呈現(xiàn)線對的難度就越高（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，準確再現(xiàn)線條圖案就會變得越來越困難。因此，隨著線間距變窄，通過鏡頭呈現(xiàn)的黑白線條的對比度也會降低。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比度方面再現(xiàn)細節(jié)的能力是否足夠優(yōu)秀。

圖解描述了鏡頭如何捕捉測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，便于在評估鏡頭分辨率時進行可視化顯示，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（每毫米的線對數(shù)）為X軸。然而，此類型的MTF圖有一個缺點：它無法準確描述鏡頭在整個芯片上的MTF性能。為了解決這個問題，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），從而可以更精確地評估鏡頭在整個芯片上的性能。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，這些圖會同時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。尤其是在大視場情況下，這種區(qū)別非常實用。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，表示每毫米的線對數(shù)（線對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，它以實線顯示切向MTF測量值，虛線則顯示的是矢狀MTF測量值。矢狀線表示測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角線。通常，實線的MTF值較高，因為鏡頭通常是根據(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，這兩條曲線應該越靠近越好，這樣才能獲得更具一致性的成像性能。