主题：【原创】话说镜头 -- 晨枫

相机镜头的MTF----理论版.

相机镜头是相机的眼睛,没了它再好再高级的相机也是块废铁.

人们通常说成象有两种风格,一种是成象硬, 锐利,德国风格,再一种就是成象细腻,软,日本风格.

但这些都有很多主观因素,如何从工程技术角度作出客观而精确的评估?

随着光学理论的发展,人们找到了一种叫做调制传递函数的方法(Modulation Transfer Function)，就是平常我们看到的镜头的MTF图表.

调制传递函数的含义是通过镜头前后的光线调制度之比.

调制度是指景象亮度反差的对比度关系,既最高亮度与最低亮度之差与其和之比.

调制度=(最高亮度-最低亮度)/(最高亮度+最低亮度), 故其值在0~1之间.

例如一张白纸的亮度为100,其调制度就为(100-100)/(100+100)=0.

若纸上有一条黑线亮度为1,那其调制度就为(100-1)/(100+1)=0.98

人眼能分辨的调制度约为0.05,既最高与最低亮度之比为1.1.

那么如何测量调制传递函数?人们用一种叫空间频率的方法来测量.

所谓空间频率就是指每毫米中有多少根线条,线条之间的距离与其宽度之比为10的负20次根,约为1.12.通常用两种空间频率,一种为30条/MM,用来测分辨率,另一种为10条/MM,用来测锐利度.

35MM相机胶片是36MM*24MM,对角线长度为43.2MM,现将两条对角线交点作为原点,则此点到四个顶点最大距离为23.1MM.

选半条对角线(原点到右上角),在这半条线上取两个方向,一是平行与这条线方向,叫弧矢方向(sagittal lines),另外就是正交于条线的方向叫子午方向Meridional).(见图一)

然后在此线上,从原点开始到右上角的顶点,以一定距离间隔(假设为0.1MM)在每个点上都用10条/MM空间频率(测锐利度)测一次,每次可得到两组数值,分别为S方向与M方向.

再作图, 以X轴代表原点到右上角的顶点距离,Y轴表示调制传递函数,将两组点分别连接起来,弧矢方向S用实线, 子午方向M用虚线.

然后再用30条/MM空间频率(测分辨率)同样测一次,也可以得到一条实线(S)与一条虚线(M).(通常都在锐利度曲线以下.)

这四条线就表示此镜头在一定光圈,一定焦距(对变焦镜头而言)的MTF图.通常用较粗线表示锐利度曲线,细线表示分辨率曲线.

此图说明镜头以原点为同心圆上分辨率和锐利度随距离变化的趋势.当然是Y 轴越高越好.

最理想情况是在Y轴上值恒为1,就说明对镜头对光线没有削弱,无任何像差,但这是不可能的.

S(实线）与 M(虚线)越接近说明背景的虚化越自然,不会有明显的变化,比如呈多边形的模糊光斑.

通常锐利度能在0.8以上,分辨率能在0.6以上就算是成像质量是相当高的了.

在实际测量过程中每家公司都有自己不同的要求,比如CANON家的EF镜头就要求定焦镜头在最大光圈时测一次, 此值用黑线表示,

再在F=8时再测一次.此值用兰线表示.通常小光圈时测量值比大光圈时要好.

(图二是CANON EF f/1.8 50mm定焦镜头MTF图 和 EF f/1.4 50mm定焦镜头对比一下,两个价格差三倍,但结果相差不大.)

变焦镜头象定焦镜头一样,也要测四组,每组两条,但分别在最小焦距与最大焦距上各测量一次,就有两张图表.

(图三是 EF 70-200mm f/2.8L 变焦镜头MTF图,图四是EF F/2.8L 200MM定焦镜头,两个都是CANON顶级的专业头,同样是F/2.8,同样在200MM焦距上,在镜头中心变焦头比定焦头MTF还要好,Y 数值高, 而价格只比它贵一倍,说明小鬼子的民用光学镜头设计中的镜头补偿水平实在是高.