随着当今数码相机像素数量的不断增加，镜头的质量也变得越来越重要。通常，数码照片的分辨率实际上是受相机镜头的限制，而并非相机本身。然而，有效读取MTF图表是客观评估镜头光学系统成像能力的重要辅助手段。

许多摄影师都会花费大量的时间，精力和金钱来购买设备实现高品质的图像，但是对于评估镜头质量的基本概念却很少了解。为了更好看清镜头质量的本质，我希望在本文中可以彻底解释MTF图表以及相关内容。

了解镜头质量的基本概念

要正确定义MTF（调制传递函数），必须首先了解定义图像性能所需的四个术语：分辨率和对比度以及色差和场曲。

了解镜头分辨率：

分辨率是成像系统区分对象细节的能力。它通常以线对进行表示（线对是一条黑线和一条白线的序列）。这种线对的测量也称为频率，以毫米为单位。所有成像光学器件，在对这样的图案进行成像时，完美的线对条边缘会产生一定程度的模糊。高分辨率图像是由于最小模糊而显示大量细节的图像。相反，低分辨率图像缺乏细节。

但是分辨率仅描述镜头能够捕获的细节数量，而不一定是捕获细节的质量。因此，其他因素通常对图像的质量和清晰度的感知做出更多贡献。

了解镜头对比度：

对比度代表镜头区分不同光强度的能力。查看示例您可以轻松阅读上部分的内容，而无需眼睛过度专注图像。这里的对比度非常高，黑色和白色之间有明显的区别。然而，在下方的低对比度的示例中，我将白色背景更改为浅灰色，字体改为深灰色，这导致我们需要专注才能区分示例文本。它仍然是完全可读的，因为文字很大眼睛仍然可以看到两种灰色之间的边界。

但是，如果相同的图像缩小了300％，您仍然可以读取高对比度文本（因为它具有足够的分辨率）。虽然具有同样的分辨率，但是您将很难阅读底部示例文本（因为他没有足够的对比度）。这表明，镜头的分辨率和对比度同样重要，一个好的镜头必须能够解析足够的细节，同时具有合理的对比度来区分这些细节。

了解镜头的色差：

色差，也称为“色边”或“紫边”，通常是当镜头无法将所有波长的色彩带到同一焦平面，或者是当对焦波长发生的常见光学问题在焦平面的不同位置。色差是由镜头色散引起的，不同颜色的光具有不同的波长以及不同的传播速度。因此，图像可能看起来模糊或明显的彩色边缘（红色，绿色，蓝色，黄色，紫色，洋红色）出现在物体周围，特别是在高对比度的情况下。这种色差分为两种分别为“纵向色差”和“横向色差”

纵向色差：当不同波长的颜色在通过镜头后不会聚在同一点时发生，通常在整个图像的物体边缘显示红色和绿色以及蓝色的色边，通常情况下通过缩小光圈可以得到缓解。

横向色差：当不同波长的颜色以一定角度聚焦在沿同一焦平面的不同位置时发生，横向色差从不出现在图像的中心，只出现在高对比度区域的图像边缘。在一些鱼眼镜头或广角镜头和低质量镜头上，通常产生蓝色和紫色的色边，横向色差仅可以通过后期处理进行缓解。

了解镜头的场曲：

场曲是一种常见的光学问题。由于镜头光学元件的弯曲性质，以及数码相机传感器呈现为一种成像平面，因此无法完美的捕捉整个图像。我们也可以认为它是由大角度光线的“功率误差”引起的。

大多数现代镜头在镜头内部结合了许多不同的光学元件，一些光学元件专门用来减少场曲的影响。因此，场曲可以以不同的形式出现，大多数都具有“波浪”曲率。具有波浪场曲的镜头可以产生优质的中心和边缘性能，但是具有较差的中段性能。

而且，场曲率可以随距离而变化。一些镜头在短距离内看起来很好，几乎没有可见的场曲，但是在无穷远表现出相当强的场曲问题。场曲率的影响也因镜头设计而异，低于50mm的短焦距镜头通常最容易出现场曲问题。另一方面，远摄镜头通常具有非常小或没有可见的场曲。

什么是MTF图表？

由于感知清晰度总是主观的，因此仅通过查看图像中的细节来量化镜头性能是不可能的。正因为如此，制造商提出了客观的方法来测量镜头性能，而不依赖于人类的感知。这种普遍接受的镜头性能测量称为MTF，它代表“调制传递函数”。

由于没有透镜在透射光线方面是完美的，因此MTF在量化对比度和分辨率的损失方面非常有用。您今天看到的大多数MTF图表都是使用专门的计算机软件来测量或模拟镜头性能并输出的结果。

MTF的优点是它能够在单个图表中提供以下这些代表镜头只质量的重要信息：

• 镜头分辨率（镜头中心到边缘以及最大光圈和f/8光圈）
• 镜头对比度（镜头中心到边缘以及最大光圈和f/8光圈）
• 散光与横向色差
• 场曲率

这些数据可以揭示有关镜头整体性能的大量信息。也可用于比较来自同一制造商的不同镜头之间的分辨率和对比度。但是，不能在不同品牌之间比较MTF数据。

MTF的测量规则

大多数镜头通常都经过一定的特殊优化，使其中心画质表现非常好，但是边缘画质会发生很大的变化，即使是昂贵的专业镜头这种光学问题也是普遍存在的。因此，仅通过图像的一部分进行整体评估是极不严谨的，所以MTF数据的测量是由中心至边缘的多个点组成。在上图中的红点即为图像中需要测试的位置。在全画幅相机中，这些位置分别距离传感器中心5mm，10mm，15mm和20mm。在APS-C尺寸传感器（以尼康为例）测量的间隔为3mm，6mm，9mm和12mm。

镜头性能的评估使用简单的线对进行，通常是白色背景上的黑线。如您所见，线对分别以不同的间隔放置，较粗的线对用于测量对比度，通常为10线/ mm，而用于测量分辨率的较细线对为30线/ mm。

同时也存在两个不同的角度。一个角度从图像的中心向外倾斜，平行于镜片的半径并指向中心，在图表中被称为弧矢曲线，标为S（Sagittal）。另一个角度在相反方向，被称为子午曲线，标为M（Meridional）。这样做的主要原因是，由于镜头像差一些镜头可以非常好的解析一个方向的细节，但没有那么好解析另一个方向的细节。这有助于轻松识别出镜片的散光。

如何阅读MTF图表

我们已经大致了解了MTF的基础测量方式，现在可以开始尝试解读典型的MTF图表了。不过我们需要注意，所有制造商都有自己的显示MTF数据的绘制方式。但是这些方式万变不离其宗，一旦掌握典型的MTF，就可以理解其他制造商的读取方式。

图表的轴数据：

在我们进入曲线之前，首先需要了解X轴和Y轴的用途。以上是一个简化的MTF图表，上面没有数据。

• X轴（水平）表示从画面中心到边缘的距离。值0表示中心，而5,10,15和20表示我之前谈到的全画幅传感器中心的距离（mm）。如果是针对较小的APS-C尺寸传感器，则数字将为0,3,6,9和12，对于不同的制造商而言，APS-C传感器的间隔可能不同。例如佳能使用0,5,10和13用于APS-C镜头。
• Y轴（垂直）表示镜头能够传输的光量。不是绘制表示传输光量的百分比（0％到100％），而是将数据从0（0％）简化为1（100％）。图表中的每条水平线以0.1（10％）为增量绘制。

图表的线数据：

正如您在本文中所看到的那样，我们需要测量两组线数据。分别是测量分辨率的30线/ mm和测量对比度的10线/ mm。在上图中我们使用红线​​显示对比度（10线/ mm），使用蓝线显示分辨率（30线/ mm）。因此，在MTF图表上会看到对比度和分辨率两条曲线。

在Y轴的数字常用于理解对比度和分辨率的“好”或“坏”，一般情况下对比度都会高于图表中的分辨率。在图表中任何高于0.9的值都表示优异的对比度，0.7到0.9之间通常表示非常好，0.5到0.7之间是平均值，而低于0.5的任何值表示为差。但这是大多数人的主观意见，被认为是优秀或平衡的范围可能因人而异。

之前我我们看到的是非常简单的MTF图表，因为它只显示两条曲线。不过由于MTF测量包括弧矢曲线和子午曲线，因此标准图表实际上至少包含四条线甚至更多，这就取决于不通的制造商了。

尼康MTF图表读取方式：

尼康MTF图表没有提供f/8光圈下图像质量状态，默认为所有参数为最大光圈。如您所见，上表为尼康50mm f/1.8G在f/1.8的最大光圈下MTF图表状态。在各项参数中：

• 红线：10线/毫米
• 蓝线：30线/毫米
• 实线：弧矢方向
• 虚线：子午方向

在图表中无论是在镜头的中心还是中段弧矢线和子午线都有很好的对比度。分辨率在中心也有着非常好的表现，但是边缘分辨率下降较为严重。对于较粗的10线/毫米空间频率（对比度），弧矢线和子午线在边缘是分开的，但对于30线/毫米（分辨率）就不那么明显了，这意味着散光和横向色差在精细图案上不那么明显，不是一个整体问题。这是可以从上面的MTF图表中得到的总结。

佳能MTF图表读取方式：

佳能的MTF图表与尼康的类似，我们可以在佳能的MTF图表上找到目前已知的尼康镜头的所有MTF数据。但不同的是，佳能还显示了f/8光圈下的MTF参数（f/8光圈通常是大多数镜头的最高画质体现），这是非常有用的。因此，以下是你可以从佳能的MTF图表中得到的数据为：

• 黑线：在最大光圈下
• 蓝线：f/8下
• 实线：子午方向
• 虚线：弧矢方向
• 粗线：10线/毫米
• 细线 ：30线/ 毫米

佳能的MTF图表看起来比尼康的更混乱，但它实际上提供了更多有用的信息。

首先，我们来看看黑色的线条，它们代表了镜头在最大光圈f/1.8时的对比度和分辨率。看起来镜头的对比度在中心很好，但在边缘明显会变差。分辨率是相当平均的，但是边缘也存在明显的衰减。弧矢线和子午线在中心位置相当接近，这一点表现得不错，但在边缘大部分是分开的，这意味着有散光和横向色差得出现。曲线的波动说明并存在有一定的场曲率，但它或多或少在控制之中。

光圈缩减到f/8时，镜头的性能显著提高。从中心到边缘的对比度都很好，分辨率也很好，尽管存在一些场曲率。子午分辨率保持相当均衡，但弧矢方面急剧下降。因此散光和横向色差的迹象明显存在，但只是在边缘画质出现。由于提供了大光圈和小光圈性能，您还可以评估严重的焦点偏移问题。当镜头在不同的光圈下，如果锐度从中心移开，这通常意味着镜头存在焦点偏移的问题。

结语

虽然MTF图表是非常复杂的描述性工具，但是有着非常完善的科学依据支持着它。不过我们还是要理解，即使一个镜头的MTF确实比另一个镜头更差，但只要原始质量差异不是太大。我们都可以或多或少的通过一些方式进行弥补，这就是为什么很多人都会谈到，f/8之下狗头，以及狗定赛牛变的说法。其实对于摄影师而言，并不一定极致的追求一个漂亮的MTF图表，更多的是在质量和价值中间做出最大的权衡。

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