揭开多年的迷局 详细解读MTF成像曲线图

如何测试镜头的分辨率和反差

镜头的成像品质是影友们最关心也是争论最多的话题，虽然各种镜头成像素质的测试方法层出不穷，但由于测试条件大相径庭，因此都不能很准确的反应镜头的真实品质，和媒体拍摄分辨率标版的测试方法相比，MTF成像曲线图，是由镜头的生产厂家在极为客观严谨的测试环境下测得并对外公布的，关于镜头成像品质最权威，也使最客观的技术参考依据，下面，本文就为您解读MTF曲线的技术原理和解读方法。

众所周知，对数码照片成像素质影响最大的是镜头的分辨率和反差，分辨率的单位是线对/毫米(lp/mm)，相邻的黑白两条线可以称为一个线对，每毫米能够分辩出的线对数就是分辨率。

如何测试镜头的分辨率和反差呢，厂商利用拍摄正弦光栅（测试标板中的黑白相间的栅格）的方法进行测试，亮度按正弦变化的周期图形叫做“正弦光栅”。而正弦光栅的疏密程度被称为“空间频率”(Spatial frequency)。空间频率的单位用lp/mm表示。lp/mm标识单位长度(每毫米)的亮度按照正弦变化的图形的周期数。

正弦光栅

我们再回过头来看反差，反差 = (照度的最大值 - 照度得最小值) / (照度的最大值 + 照度得最小值)所以，反差的数值 总是< = 1的这里我们引入调制度M的概念，

M=(Imax－Imin)/(Imax＋Imin)

调制度M总是介于0和1之间，调制度越大，反差越大。在对镜头的反差和分辨率进行测试时，我们将正弦光栅置于镜头前方，测量镜头成像处的调制度，这时由于镜头像差的影响，会出现以下情况，当空间频率很低时，测量出的调制度M几乎等于正选光栅的调制度，当所拍摄的正弦光栅空间频率提高时，镜头成像的调制度会逐渐下降，镜头成像的调制度随空间频率变化的函数称为调制度传递函数MTF（Modulation Transfer Function）对于原来调制度为M的正弦光栅，如果经过镜头到达像平面的像的调制度为M ’ ，则MTF函数值为：

MTF值= M ’ / M

如何解读MTF的数值

由此可见，MTF值必定大于0，小于1，而MTF值越接近1，则说明镜头的性能越优异。

由MTF值不但可以反应镜头的反差，也可以反应镜头的分辨率，由于MTF值是厂商在严谨的测试环境下测得，排除了成像介质（胶片或感光元件）的影像，因此较为客观。

当空间频率很低时，MTF趋于1，这时的MTF值可以反应镜头的反差，当空间频率提高，也就是正弦光栅的密度提高时，MTF值逐渐下降，这时MTF曲线可以反应镜头的分辨率，由于人眼的分辨能力有限，我们一般取MTF值为0.03时的空间频率作为镜头的目视分辨率极限，低于这个值的空间频率时，镜头成像素质变化人眼难以察觉，也就不存在测量的意义了。

利用MTF曲线判断镜头质量

以上面的曲线为例：

曲线A所代表的镜头在低频段反差适中，但随着空间频率的提高，它的衰减过程很慢，说明其素质还是不错的

曲线B所代表的镜头在低频表现很好，说明镜头的反差很好，但随着空间频率的提高，它的曲线衰减很快，说明镜头的分辨率不算很好。

曲线C所代表的镜头在低频时就很快衰减，综合素质较低。

读懂各个厂商发布的MTF曲线图

和上面的曲线不同，厂商所绘制MTF曲线时都是固定空间频率和光圈，其中，固定空间频率低频(10线对/mm)曲线代表镜头反差特性。这条曲线越高反映镜头反差大。而固定高频(30线对/mm)曲线代表镜头分辨率特性。这条曲线越高反映镜头分辨率越高。

虽然纵坐标还是MTF值，但横坐标改为了像场中心到测量点的距离。由于镜头是以光轴为中心的对称结构，中心向各方向的成像素质变化规律是相同的。由于像差等因素的影像，像场中某点与像场中心的距离越远，其MTF值一般呈下降的趋势，因此以像场中心到像场边缘距离为横坐标，可以反应镜头边缘的成像素质。

另外，在偏离像场中心的位置，由沿切线方向的线条与沿径向方向的线条的正弦光栅所测得的MTF值是不同的！将平行于直径的线条产生的MTF曲线称为弧矢曲线，标为S (sagittal)，而将平行于切线的线条产生的MTF曲线称为子午曲线，标为M(meridional)。如此一来，厂商所测得的MTF曲线一般有两条：S曲线和M曲线。(如下图)

子午方向和弧矢方向

各个厂商所公布的MTF曲线有其自身的特点，下面以实例为大家分析：

佳能公司公布的MTF曲线中实线为S方向测得，虚线为M方线测得，黑色曲线为最大光圈测得，蓝色曲线为F8光圈测得，粗线是空间频率为10线对/毫米时测得，细线是空间频率为30线对/毫米时测得；上图为镜头EF 35mm F1.4L USM MTF

尼康公司公布的MTF曲线为最大光圈时测得，其中实线为S方向测得，虚线为M防线测得，蓝色为空间频率为30线对/毫米的，红线为空间频率为１0线对/毫米的。上图为NIKON AF 20mm f/2.8D　MTF

适马公司公布的MTF曲线为最大光圈时测得，其中实线为S方向测得，虚线为M防线测得，绿色为空间频率为30线对/毫米的，红线为空间频率为１0线对/毫米的。上图为SIGMA 28mm F1.8 EX DG ASPHERICAL MACRO MTF

解读MTF曲线的注意事项

关于MTF曲线的认读，需要注意的事项总结如下：

1、MTF曲线以下包含面积越大越好。MTF曲线越平直越好，平直性说明镜头边缘和中心部分的成像均匀性。

2、 S曲线与M曲线越接近越好

3、 (10线对/mm)曲线代表镜头反差特性。高频(30线对/mm)曲线代表镜头分辨率特性。

4、 不要将不同焦距端、不同档次、不同规格（全幅、APS-C画幅）以及定焦和变焦等不同镜头做比较，因为它们的特性受设计规格、光学特性、像差以及成本、用料的影响很大，不具有可比性。只有同档次、同规格的镜头才具有比较意义。

5.不要将不同厂家的镜头MTF曲线图进行比较，因为各厂家所公布的MTF曲线图均是在各自的测试环境下测量所得，测试环境存在差异。 

　　总之，MTF曲线不是万能的，它也只能判读镜头的反差和分辨率特性，无法判别诸如抗眩光、畸变等特性，影友们在合理判读MTF曲线的同时，要保持理性和客观的心态。