从测定到解读——详析MTF

                
                
本文介绍MTF的相关知识，文章将分为三个大部分。第I部分介绍MTF的测定，第II部分介绍MTF的解读，最后的第III部分介绍MTF的一些比较原则。本文以定性介绍为主，以便于理解和应用为基础，所以个别概念可能会稍加以简化。
概述
MTF全称Modulation Transfer Function，调制传递函数。尽管各镜头厂家，各个测试机构所用的MTF曲线表现形式都不相同，但是测试标准和基本数据的表现形式都是一样的。MTF整体上衡量了镜头的光学分辨率和反差，但镜头的畸变、抗眩光性能、近摄能力、对焦速度都不是MTF所能表现的。MTF曲线就是对镜头分辨能力精确、量化评价的可视化表现。
测量方式
MTF测试使用的是黑白逐渐过渡的线条标板，通过镜头进行成像，被测量的结果是反差或分辨率的还原情况。如果所得影像的表现和测试标板完全一样，其MTF值就为1；如果完全不同就是0。
                
                
                
                
标板的原理和上面这些是类似的
                
                
这里面黑白相间的栅格叫“正弦光栅”，光栅的疏密程度用“空间频率”来描述。“空间频率”的描述单位是“线对/毫米”，写作lp/mm。
MTF值可以近似的理解为：MTF=成像上可识别的线对数/实际线对数
通常厂商会使用完全满足镜头性能的感光元件进行测试，并且取了两个标准的空间频率分别定量表示反差和分辨率这两个性能。尼康通常会给出最大光圈的MTF曲线，佳能提供最大光圈和f/8的曲线。
值得注意的是，在偏离成像中心的位置，根据沿成像圈切线方向的线条光栅与沿直径方向的线条光栅所测得的MTF值是不同的。一般把沿直径方向的线条光栅产生的MTF曲线称为弧矢曲线，标为S（Sagittal），沿切线方向线条光栅测得的MTF曲线称为子午曲线，标为M（Meridional）。所以厂商测得的同一空间频率下的MTF曲线会有粗细两条，即S曲线和M曲线。
光栅配置如图所示：
                
                
实际上S线光栅是从中心向外的辐射状条纹，M线光栅是由内向外的同心圆条纹。其中间隔均相同。
解读
                
                
                
                
以佳能的为例，根据上面的分析佳能会给出8条MTF曲线。图象左侧(y轴)是MTF值，图向下侧(x轴)是测试的成像点与成像中心的距离。
再看看尼康的：
                
                
这是AF35 2D的曲线，只画出了最大光圈的情况，是四条曲线。
基本知识：
空间频率为10lp/mm的曲线：表现反差或鲜明度特性
空间频率为30lp/mm的曲线：表现分辨率特性
距中心距离：全画幅要看整张图，接近23mm的位置。APS-C看到12mm左右即可，右侧可以舍去。
注意⚠：一般DX镜头是不画出也无法画出12-23mm这一舍弃部分的，同时厂家会把表格宽度拉到和全幅头一样宽，可能会造成觉得DX头好过全幅头的假象。
曲线解读
                
                
蓝色粗线：表现镜头在F8的反差表现，由于光圈缩小对相差的消除作用，顶级镜头一般要求全线在0.8－0.9左右以上。
                
                
蓝色细线：表现镜头在F8的分辨率表现，同样由于光圈缩小对相差的消除作用，顶级镜头一般要求全线在0.65-0.8左右以上。
                
                
                
                
这两张图圈出的线表达的含义相同。
黑色粗线：表现了在最大光圈下的反差或鲜明度表现，由于最大光圈下的残存像差影响，这条曲线尤其能体现镜头的大光圈可用度和设计做工水平。
                
                
                
                
这两张图圈出的线表达的含义相同。
黑色细线：表现了在最大光圈下的镜头分辨率表现，由于最大光圈下的残存相差影响，这条曲线尤其能体现镜头的光学设计水准。此时的曲线整体越靠上，镜头的工艺水平越高。
整体经验
1.关于SM曲线
虚实的S曲线与M曲线越接近越好，两者距离反映出镜头像散的特性。距离越大像散越大。同时这一距离还与虚化的自然度有关。距离越小虚化越平滑。
2.普遍规律
MTF曲线越高越好，越高说明镜头光学质量越好。综合反差和分辨率来看，MTF曲线以下包含面积越大越好。
3.平缓度关系
MTF曲线越平滑越好，平缓的曲线说明边缘与中间表现一致性好。边缘严重下降说明边角反差与分辨率较低。不过对于广角和变焦镜头的下降要适当宽容。
4.最佳性能体现
F8的曲线通常会反映镜头理想条件下设计的最高性能。F8曲线的表现一般基本就是这支镜头所设计的最好状况了。在一般拍摄条件下光圈尽量就保持在这附近即可。（现在镜头的最佳光圈可能会不会在F8，请注意。）
5.不同光圈成像的一致性
一般要求蓝线和黑线越接近越好。如果蓝线和黑线极为接近，说明这支镜头表现十分出色，不同光圈成像的一致性很好，最大光圈可用性很高。一般只有很少的L镜头才有这种表现。
6.最低性能保障
如果蓝线的位置比较低（中心线起点均低于0.7），说明这支镜头性能低下，不应考虑。
7.APS-C用户应该注意：
由于相对全画幅的分辨率较高，因此要尤其注意30lp/mm曲线的位置，越高越好。理想应该有50%在0.7以上。这个方面APS-C的要求要比全画幅高。
最低可接受数值
10lp/mm：这些线能接受的值一般要大部分曲线在0.7以上，若是几乎都在0.8以上就十分理想了。这样的镜头成像通透，对比明显，反差较高。
30lp/mm：最低要保证几乎全线0.55以上，60%在0.6以上。都在0.75以上就很理想了。若有30%在0.8-0.9以上就几乎是顶级镜头了。这些镜头的分辨率会很高，成像锐利。
总体上要所有的线几乎都有60%在0.6之上就基本能接受，成像比较理想，不会在一般的全画幅机器上出现问题。
不过，对于1.2L镜头，广角1.4L镜头，超广角变焦和定焦要适当宽容。着重看0-10mm中心成像质量。
简析上面85L的MTF图
首先，在光圈收缩到F8的时候，成像质量很好，在光圈全开时，反差还可以，但是画面锐度和分辨率稍低，对比50/1.2，二者都在光圈全开时，50/1.2超过85/1.2。相比之下85L曲线的下降算是比较缓慢的，在APS-C机型上，从中央到边缘画面质量都不错，但可能在大光圈下受到锐度限制，在全画幅上整体画质区别不大，效果良好。由于SM曲线相当接近，所以这支镜头焦外表现和还原性比较不错。总的来说，这是支相当不错的镜头，最大光圈可用性较高。
对比原则
1.相同焦距下的对比
对于一类相同焦距的镜头，可以进行对比。整体曲线较高，差距较小的较好，
注意⚠：不要将广角镜头与长焦镜头的表现对比。由于逆望远结构和设计因素，应该适当宽容广角镜头的边缘画质。通常着重注意0-12mm的高MTF范围即可
2.相同最大光圈下的对比
通常应该在最大光圈相同时进行对比，原则一样。
注意⚠：不要把1.2L，1.4L镜头的表现和一般镜头相比较，为了大光圈他们还是有一定的性能取舍的。通常缩小一两挡到普通光圈时性能会比最大光圈时高很多。最大光圈时通常牺牲的是锐度，但配合大的虚化效果，这也有助于拍出朦胧效果。
3.变焦镜头的特性
通常变焦镜头在设计上仍会有所取舍，通常会牺牲S,M曲线的距离。应该对此有所了解。但顶级变焦镜头还是有可能和中高档定焦镜头相媲美的。
不同题材应该着重观察的曲线
风光：应该尤其注意30lp/mm曲线的位置，最好50%在0.75以上。还应该注意F8的曲线表现。
人像：要尤其注意最大光圈下10lp/mm曲线的表现SM曲线的距离。这二者决定人物的鲜明度和背景虚化的过度。此时最大光圈下的30lp/mm曲线要求并不很高。
微距:要尤其注意SM曲线的距离，这会决定背景虚化的过度，其次要注意30lp/mm曲线的表现，分辨率对于微距来说尤其重要。
总结：
1.尽量挑曲线靠上的
2.挑曲线下降平缓的
4.注意APS-C要考虑细线的分布
5.MTF并不是万能的
6.不要随意对比
结语：
MTF曲线绝不是万能的，镜头的畸变、抗眩光性能、对焦速度还是没有定量分析的。定量的数字也并不能代表艺术表现，有些MTF值较低的镜头实际成像还别具一格。所以，假若你尽信MTF；还不如没有MTF。但相对来说MTF定量描述了镜头的最基本的描写性能，大家定性的了解分析方法还是会对采购镜头有所帮助的。
另外，定性了解镜头基本性能后有助于注意扬长避短，尝试在镜头MTF值较高的条件下拍摄，充分利用器材的性能，得到理想的表现效果。
补充信息
网上的评测信息常见lw/ph这一单位。MTF的单位是lp/mm，指每毫米可以分辨多少个黑白线对，而lw/ph是指每像高可以分辨多少条线。
其对应关系是lw/ph=2xMTFx图像感应器高度（mm）
假若你要计算相机所需的镜头MTF，你需要知道感应器高度，和短边像素数。短边像素数作为lw/ph值。代入计算即可。