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lchg_yy 2010-02-10 11:55

MTF调制传递函数知识详解

MTF:Modulation Transfer Function. 中文译作调制传递函数。 $"1&!  
zaPR>:r0  
  MTF 表现了一个镜头对所摄物体对比度(contrast)的再现能力。光学中对于正弦条纹对比度的定义是V = (Imax - Imin) / (Imax + Imin),(这儿人们用矩形条纹,也一样)。那么MTF就是成像前后此对比度的比: THZ3%o=X  
Np_6ZUaqz  
  MTF = Vo / Vi q\Z1-sl~s  
:D-vE7  
  MTF值和条纹密度(空间频率,lp/mm)的关系是:条纹越密,MTF 越低。条纹密到一定程度时,镜头的分辨能力达到极限,MTF值趋近于零。这一极限情况到达得越晚,表明镜头的分辨力越高。 K?WqAVK  
oWOZ0]H1  
  实际地,怎样从MTF值看一个镜头的特性呢? Fd'L:A~  
I !~Omr@P  
  (1) 在较低条纹密度(<20lp/mm)时,MTF值受镜头分辨力的影响较小,这时候MTF主要表现了镜头成像的对比度的高低,说白了就是镜头“软”或“硬”的区别。 AP@d2{"m}  
8yl /!O,v  
  (2) 在高条纹密度(>40lp/mm)时,MTF值则主要体现镜头分辨能力的大小。(对比度也有影响,但此时不是主要因素)。 A(5? ci  
]P^ +~  
  看看photodo的例子: [r'M_foga*  
V4D&&0&n  
(1)Nikkor 35mm/1.4ais:Weighted MTF 1 0 lp/mm: 0,89Weighted MTF 20 lp/mm: 0,76Weighted MTF 40 lp/ mm: 0,52(2)Canon 35mm/1.4L USM:Weighted MTF 10 lp/mm: 0,89W eighted MTF 20 lp/mm: 0,78Weighted MTF 40 lp/mm: 0,59 :{<HiJdp  
4f5$^uN$qA  
  看来Nikon头的分辨力较Canon稍低,但在低一些分辨力的情况下在10 lp/mm时MTF值却与canon持平,所以Nikon头的对比度的表现力要稍高于Canon, 也就是“硬”一些。据说这是对无穷远的测试结果,我总觉得再对中距离做做测试才能对镜头有更全面的了解。 L.[2l Q  
9!h+LGs(,  
  总之MTF是镜头分辨力和对比度的综合体现,在不同线密度的情况下二者对MTF值的影响不同。这是为什么MTF曲线都要对几种不同线密度测试的原因。 vkLG<Y  
Sj+#yct-  
MTF(续) @,.H)\a4  
~46ed3eGzi  
浅说镜头的MTF值及其对市场流行镜头的实际指导意义 B$j,:^  
uqH ;1T;s  
镜头的MTF值在分析判断一个镜头的成像质量上的作用,已经被于琪林等人在不同的杂志报纸上给予了详尽的阐述。但是,由于其图表复杂,每个镜头在不同光圈和不同焦距处都有一个曲线图,因此,对于一般读者而言,常感到无所适从。不象对于分辨率指标那样,简单明了,一眼就可看出某镜头在中心分辨率是××线对/毫米,在边缘是××线对/毫米。但是,分辨率数据在不同的实验条件下是不可比较的,并且所测结果的离散率很大。因此就出现了“英国数据”、“美国大众摄影数据”、“德国测评”、中国的“钱元凯据”、“于琪林数据”等,令读者眼花缭乱。某一镜头在这个数据中表现非凡,位列前茅,而在另一个数据中则表现平平,评价一般,令欲购买者无所适从。好在瑞典哈苏实验室从1991年开始,使用MTF专用测试设备,固定专职检验员,八年来已经测试了400多款35mm相机镜头,分别给出了客观公正的评价,为使用者和制造商提供了指导性数据。 v-qS 'N 4  
.=S{  
浅谈MTF值的含义 -B!pg7>'##  
A 78{b^0*  
MTF值(模量传递函数)是对镜头的锐度,反差和分辨率进行综合评价的数值。对于一个平面黑(白)色物体,它的线对频率是0。此时,任何一个最简易的镜头都可以完整的体现出这一反差。即MTF值等于1。而对于纯黑和纯白相间的线条(反差为100%)来说,随着线对频率的提高,通过镜头表现的反差就相应减少(反差小于100%)。当线频达到一个很高的数值时(例如1000线对/毫米),则任何镜头也只能把它们记录成一片灰色。这时镜头的MTF值就接近于0。因此,MTF值是一个界于0到1之间的数值。这个数值越大(越接1),说明这个镜头还原真实的能力越强。例如在35mm底片上,10线对/毫米的线对频率时,优质镜头的MTF值为95%左右,而业余镜头的MTF值也在90%左右,这样在普通5寸片上的差别就几乎看不出来。而对于40线对/毫米的线频时,优质镜头的最高MTF值可达70%以上,而业余镜头此时的最高MTF值却只有40%左右。将底片放大到24寸时,被摄体的细节表现差别就充分反映出来。对于分辨率高而明锐度低的镜头,虽然能把一个黑发白肤女郎的眉毛(反差较大)拍的清晰可辩,而对于一个德国北部(灰发白皮肤)或印度(黑发棕皮肤)的女郎而言,由于体现不出来反差,其眉毛也只能是模糊一团了。举一个灰发女郎在白背景前的散发为例(假定反差为0.45):通过优质镜头后其反差仍然为0.45×70%=0.315,而通过业余镜头后反差则降低为0.45×40%=0.18。我们知道,在白纸上印刷灰字时,两者的反差小于0.2时读者就很难辨认了,更何况此时的发丝只有0.18的反差呢。 2{\Y<%.  
%yVZ|d*Q  
利用MTF值对镜头统计分析及排列 hBw~l?G  
( d.i np(  
哈苏实验室在测定了各镜头的MTF值曲线后,制定了MTF侧重平均值的计算方法,首先对预定焦距,分别对镜头的f4和f8时的MTF值,分别乘以0.4和0.6的侧重系数,相加得到某一线频下的MTF值,然后再取10线对/毫米的平均值乘以侧重系数0.57,20线对/毫米的平均值乘以侧重系数0.29,40线对/毫米的平均值乘以侧重系数0.14,将三个数字相加,就得到该镜头的MTF侧重平均值。根据这些数值对镜头打分。分数从0到5,使各种镜头的分值明显化,不象有些测试结果,给人的印象都很好,却失去了指导意义。 @hv] [(<  
!j@ 8:j0WY  
1. 顶级镜头 全世界生产的数百种35mm相机镜头中,能够纳入顶级头的只有19款(得分4.5以上即MTF侧重平均值在0.86以上)。这些镜头全部是定焦头。其中标准镜头有8款(两款带微距),75~85mm焦距头有4款,90~135mm焦距头有6款(三款带微距),得分最高的为佳能的200mm/1.8镜头(4.8分,MTF侧重平均值0.89)。按照厂家划分,徕卡镜头占了六款(M系列:50/2,75/1.4,90/2.8;R系列:50/2,90/2.8,100/2.8 Macro),康太时四款(50/1.7,50/1.4,85/1.4,45/2G),佳能三款(EF85/1.2,EF135/2 EF200/1.8),宾得三款(50/1.4,50/2.8Macro,85/1.4),美能达两款(AF 50/2.8Macro,AF 100/2.8Macro),图丽一款(MF AT-X 90/2.5Macro)。实力雄厚的尼康竟然没有一款镜头入围。 ~XRr }z_Lq  
. b"e`Bw_=  
如果仅考虑40线对/毫米的MTF侧重平均值(着眼于24寸照片的放大),在f8时成像素质最佳的为康太时的50/1.7和45/2G系列标头。他们在40线对/毫米的MTF侧重平均值分别达到0.73和0.72。这意味着用这两款镜头,采取必要的防震措施,在f8时可以拍出35mm相机所能拍出的可放大到24寸照片的最佳影象。在最大光圈时,最佳镜头可授予徕卡M50/2标头,其MTF侧重平均值达到0.50。 3 -FNd~%  
To+{9"$,  
在所有大光圈人像头中,宾得的手动调焦85/1.4镜头以微弱优势占据上风。这是因为其在最大光圈时的MTF侧重平均值达到0.43,已达到业余变焦镜头f8时的MTF侧重平均值。在f8时的MTF侧重平均值虽略低于佳能EF85/1.2和康太时85/1.4,考虑到人像摄影多用大光圈,故位列第一应是问心无愧的。 wVTo7o%U  
R_ }(p2  
2. 专业级镜头 在常用专业级标准变焦镜头中,康太时28~85/3.3-4居首,适马AF28~70/2.8居末。具体排列如下: W` V  
镜头品牌规格 \I=:,cz*,  
得分 &0`L;1R  
MTF侧重平均值 E}u\{uY  
Contax 28~85/3.3-4 %/y/,yd  
4.0 K||85l?<  
0.81 ADDpm-]  
Canon EF 28~70/2.8 L |r%P.f:y{X  
3.9 O<*iDd`(e  
0.81 O%I'   
Nikon AF 35~70/2.8 w;"'l]W  
3.8 *V/SI E*8  
0.79 zob-z=='  
Minolta AF 28~70/2.8 Jor?;qo3  
3.7 ;L7<mU  
0.78 P\R3/g  
Sigma AF 28~70/2.8 EX Asp ,LvJ'N  
3.5 li[g =A,  
0.77 1<F/boF~  
Leica 28~70/3.5-4.5 ]iPdAwc.1  
3.2 &'R]oeag  
0.75 11u qs S2  
Tokina AF 28~70/2.6-2.8 Pro -3Ffk:  
3.1 sf LBi~*j  
0.73 4 _ 3\4  
Sigma AF 28~70/2.8 O_033&  
3.0 C`ok{SNtUy  
0.73 R[z6 c )  
腾龙最新推出的AF 28~105/2.8LD专业镜头,得分只有2.4分,MTF值为0.67。尼康新推出的AF-S 28~70/2.8 ED的MTF值尚未测试。 ^t*BWJxPC  
cg4,PI% hz  
在常用专业级中远变焦镜头中,徕卡80~200/4镜头最好。各镜头位次排列如下: 0|cQx VJb  
镜头品牌规格 sbVeB%k  
得分 #q-t!C%E  
MTF侧重平均值 6Yklaq5  
Leica 80~200/4 `CV a`%  
4.2 h*Ej}_  
0.83 i^8Zp;O"f  
Nikon AF-S 80~200/2.8 IF-ED D #Jn_"cCRLx  
4.1 ~7*HZ:.  
0.82 gaJS6*P#  
Canon EF 70~200/2.8 L L6FUC6x"  
4.1 jooh`| `P  
0.82 |Q{l ]D  
Sigma AF 70~200/2.8 Apo EX 0-@waK  
3.9 #M:W?&.  
0.81 =(o$1v/k  
Minolta AF 80~200/2.8 Apo kys?%Y1  
3.9 *I~F7Z]|  
0.81 OAv/P|n=  
Nikon AF 80~200/2.8 D ED p7z#4 GW  
3.9 #2pgh?  
0.80 -n6C~Yx  
Contax 80~200/4 ZnQnv@{8 l  
3.8  Z/64E^  
0.79 >IRo]-,  
Tokina AF 80~200/2.8 Axr 'zc  
3.4 'h:4 Fzo<  
0.76 5K8\hoW{  
Leica 70~210/4 1vobfZ-w9  
3.3 X/@Gx 4  
0.75 ).-FuL4Y  
Pentax FA 80~200/2.8 N @k:kI  
3.2 {r Gx*<e  
0.74 $jm'uDvm  
佳能颇有影响的EF 35~350/3.5-5.6 L镜头,在35~200毫米段表现颇佳,但在远摄端表现平平,只有业余头的水平。该镜头整体得分为3.3分,MTF侧重平均值为0.76。图丽的AF 100~300/4 Pro镜头得分为3.1分,MTF侧重平均值为0.74。 RE Hfk6YE  
<)M?qkjb  
3. 业余级镜头 在流行业余标准变焦镜头中,以佳能和宾得的两款头得分最高。详见下表: 2WKA] l;  
镜头品牌规格 k|w6&k3  
得分 fd(>[RP?  
MTF侧重平均值 1[!Idl?m  
Canon EF 28~105/3.5-4.5 U bO-8<IjC_3  
3.3 BKN]DxJ6  
0.75 2-8<uUy  
Pentax FA 28~70/4 AL ~!UxmYgO  
3.3 b+{,c@1rd  
0.75 Bs^W0K$uBO  
Canon EF 28~80/3.5-5.6 U pnf3YuB  
3.2 /H\ZCIu/7  
0.74 Am- JB  
Canon EF 28~80/3.5-5.6 II U 'A4Lr  
3.1 ~,ac{%8x  
0.73 +^`c" qJo  
Ricoh P 35~70/3.4-4.5 1,4kw~tA  
3.1 $)kIYM&  
0.73 w2 CgEJ %  
Nikon AF 28~80/3.5-5.6 D jLZ+HYyG9  
3.0 @T1-0!TM')  
0.72 )\t#e`3  
Tamron AF 28~80/3.5-5.6 Asp puDy&T  
3.0 iHTxD1 D+H  
0.72 S0\:1B  
Nikon AF 28~85/3.5-4.5 t@b';Cuv  
2.9 @UD6qA  
0.72 yBeSvsm  
Minolta MD 28~70/3.5-4.8 R\6#J0&Y-  
2.9 9erTb?@S  
0.71 ='>k|s:  
Contax 28~70/3.5-4.5 ,)%nLc  
2.8 KWM.b"WnXr  
0.71 eml(F  
Nikon AF 28~70/3.5-4.5 D C}wmoYikV  
2.8 1Hzj-u&N/  
Sigma AF 28~80/3.5-5.6 Macro 7 pp[kv;!G  
2.7 GQT|T0>Ro  
0.70 _bFX(~37z?  
Minolta AF 28~80/3.5-5.6 GN(PH/fO9  
2.7 z;1yZ4[G  
0.70 %WdAI,  
Ricoh 35~70/3.5-4.8 4_)@Nq  
2.6  gryC#  
0.69 i x,5-j  
Pentax FA 28~80/3.5-4.7 9CW .xX8  
2.3 Au@U;a4UU  
0.66 R /iB  
Pentax FA 28~80/3.5-5.6 =f?|f  
2.0 Z-Zox-I1}-  
0.64 9^>nZ6  
Vivitar AF 28~80/3.5-5.6 9tqX77UK  
1.8 kC6J@t)  
0.62 Q;Xb-\\  
在流行业余远摄变焦镜头中,美能达AF 100~300/4.5-5.6得分最高。详见下表: -g_PJ.Hk  
镜头品牌规格 HtPasFrJ  
得分 *b~$|H-\  
MTF侧重平均值 x_AG=5OJX,  
Minolta AF 100~300/4.5-5.6 APO XoL9:s(m~  
3.2 O~Pb u[C  
0.74 xLX:>64'o>  
Canon EF 70~210/3.5-4.5 U L:j;;9Sp{  
3.1 x~Y]c"'D  
0.74 px" .pYr0  
Vivitar 70~210/2.8-4 Series 1 h{qB\aK  
3.0 d 6j'[  
0.73 cT-XF  
Sigma  70~210/4-5.6 ney6N@  
2.9 /5EM;Mx  
0.72 9!}&&]Q`  
Pentax FA 70~200/4-5.6 V1,O7m+F2  
2.9 g;D [XBp  
0.72 h1q?kA  
Minolta AF 70~210/3.5-4.5 c"H*9u:  
2.9 +'x|VPY.PG  
0.72 lt`#or"o  
Nikon AF 70~210/4-5.6 D {?$-p%CF`8  
2.8 XSkx<"U*  
0.71 UW8 8JA0  
Minolta AF 70~210/4.5-5.6 now\-XrS  
2.7 m?`U;R[  
0.69 L?23Av0W  
Yashica AF 70~210/4.5 8%@7G*  
2.7 +W x/zo  
0.69 )u7y.o  
Ricoh P 70~210/4.5-5.6 $2~I-[  
2.6 *$0u A N  
0.69 UMuRB>ey  
Minolta AF 80~200/4.5-5.6 >T'^&l(:  
2.6 c!d>6:\  
0.69 QI0d:7!W1  
Canon EF 100~300/4.5-5.6 U |W[BqQIf  
2.4 lb{<}1YR0o  
0.67 H<92tP4M  
Pentax FA 100~300/4.5-5.6 {R5Q{]dK3  
2.4 mQ*:?\@  
0.67 o4^rE<vJ  
4. 超广角变焦镜头(不分专业业余): xPl+ rsU  
镜头品牌规格 7j8nDX<  
得分 &!x!j ,nT  
MTF侧重平均值 \#?n'qyj  
Tamron SP AF 20~40/2.7-3.5 -]C3_ve  
3.7 5|._K(M  
0.78 tsaf|xe  
Nikon AF 20~35/2.8 D IF Q& j:ai*  
3.6 qv>?xKSm  
0.78 |gxT-ZM  
Canon EF 20~35/2.8 L qq9fZZb  
3.5 |j3mI\ANF  
0.77 7O84R^!|2  
Sigma AF 21~35/3.5-4.2 ;5urIYd  
3.5 z~i=\/~tZ  
0.77 $k5mI1~  
Canon EF 20~35/3.5-4.5 U i"V2=jTeBv  
3.4 ;-Fr^|do y  
0.76 =B-a]?lM  
Pentax FA 20~35/4 AL %eW[`uyV  
3.4 I CCmE#n  
0.76 \3a(8Em  
Minolta AF 17~35/2.8 G ?0QoYA@.$  
3.3 n#8N{ya5x1  
0.75 Vj(}'h-c\  
Tokina AF 20~35/3.5-4.5 %%5K%z,R#  
3.3 @62QDlt;  
0.75 vu-QyPnS|w  
Canon 20~35/3.5 L >*rH Nf  
3.3 qw={gZ  
0.75 9)N/J\b  
Canon EF 17~35/2.8 L BiI?eT +  
3.2 yyCx;  
0.74 9U$n;uA  
Sigma AF 17~35/2.8-4 EX QbA+\  
3.1 9,g &EnvG  
0.73 DY<Br;  
Vivitar AF 19~35/3.5-4.5 B]jN~CO?  
2.9 M`^;h:DN^  
0.72 S,A\%:Va  
Minolta AF 20~35/3.5-4.5 <4V]>[{W  
2.8 WPLM*]6  
0.71 $w!;~s  
Pentax Fisheye 17~28/3.5-4.5 yv2BbrYyy  
2.7 0tV"X  
0.70 N]qX^RSb  
Tokina AF 20~35/2.8 Pro ;/.ZjTRw  
2.5 g!%C_AI   
0.68 Ck<g0o6  
Sigma 21~35/3.5-4.2 MF c}(fmJB&(  
2.4 NgH"jg-  
0.67 ma9VI5w  
%{'hpT~h  
5. 特殊变焦镜头 市场上流行的一些有名的特殊变焦头分值并不高,如尼康24~120/3.5-5.6 D IF只有2.3分,MTF侧重平均值只有0.66,腾龙AF 28~200/3.8-5.6 LD(Asp Super)得分为2.7分,MTF侧重平均值为0.70。倒是佳能新推出的防抖镜头EF 28~135/3.5~5.6 IS U得分达到3.5分,MTF侧重平均值达到0.77,进入专业级成像行列。 B]jI^( P  
^}nz^+R  
6. 传言的证实 通过一些比较,还证实了摄影界通过实际经验作出的一些结论。德国镜头确实素质不凡,19款顶级镜头中徕卡占了6款,康太时(德日合作)占了四款。但也并不比其他专业级镜头有很大优势,表现出性能价格比较低。又如传说尼康手动聚焦镜头好于自动聚焦镜头。经检验尼康F35~135/3.5-4.5和F35~70/3.5-4.5镜头得分都达到3.3分,MTF侧重平均值为0.75,而AF35~135/3.5-4.5和AF35~70/3.5-4.5镜头的得分都只有2.6,MTF侧重平均值只有0.69,成像素质确实降低不少。传说宾得镜头素质在美能达之上,现在看来宾得的手动镜头确实不错,还放了几个卫星,但自动镜头却表现一般。如售价高达1.4万元的80~200/2.8专业头,得分只有3.2分,低于售价仅有5100元的图丽80~200/2.8。其业余级的标准和远摄变焦镜头都排在同级别镜头的最后几位,这也是宾得镜头声望越来越小的原因。适马镜头近几年异军突起,28~70/2.8EX镜头比原同级别镜头高出0.5分。70~200/2.8 Apo EX镜头已与尼康,美能达同级镜头并驾齐驱,远高于昔日的竞争对手图丽。 'U=D6X%V9m  
G;r-f63N  
当然,镜头的MTF值并不是万能的,它没有表现镜头的畸变和眩光,因此不能说明镜头的一切。但它确实是现阶段表现镜头光学能力最科学,最全面的指标。掌握了镜头的MTF曲线图,即可以买到最好性能价格比的镜头,又可以根据镜头曲线的指示,在摄影中尽可能扬自己镜头所长,避自己镜头之短,在较好的MTF值段拍摄,充分做到物尽其用。
scorebean 2010-02-10 12:18
MTF說穿了就是PSF的空間頻率響應
zhugerufeng 2010-07-04 14:12
very good.
luckytim 2010-09-25 15:04
很好的文章
joyinmay 2011-02-24 10:00
看完了还是不懂,有没有通俗易懂的?
drymatini 2011-07-06 11:48
啥都通俗易懂 还要用脑子么?
空空也 2012-12-01 16:05
very dood
空空也 2012-12-16 21:33
very dood
空谷幽蓟 2012-12-31 09:19
看完了,长进了~
wangyue8 2013-04-26 12:55
非常有帮助 谢谢
wangyue8 2013-04-26 12:55
不错啊
砺剑158 2013-05-22 23:33
感谢分享啊
bairuizheng 2013-05-22 23:48
非常有帮助 谢谢 !
bairuizheng 2013-05-23 00:37
很好的文章
爬格子的树 2013-06-17 15:10
咋还有啥哈苏实验室。。。都不知道查证一下。。。除非几大镜头商自己合起来编个测试方法,就像光伏的IEC,UL 类似。。。。不然不可能有一家之言能服众家之意。。。 aO@zeKg  
不同算法不同测试仪器不同测试方法结果就是不一样的MTF...
sherrysun 2014-03-31 13:14
学习一下
arashi 2017-08-29 11:48
谢谢楼主分享
1508351475 2017-09-02 11:14
点赞点赞!!
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