Во-первых, использование 10lp / mm и 30lp / mm на самом деле не является стандартом. В зависимости от рынка объективов, марки и, возможно, приблизительных сроков, когда был сформулирован конкретный подход к производству графиков MTF, конкретное разрешение функций тестовой диаграммы может варьироваться. Камеры большего формата часто использовали тестовые таблицы 40-50lp / mm, а производители современных объективов по-прежнему используют 40lp / mm (Zeiss / Leica.). В конечном счете, разрешение (пространственное разрешение, в данном контексте) тестовой таблицы несколько произвольны. Тем не менее, текущие тестовые таблицы, будь то 10 и 30 lp / mm или 20 и 50 lp / mm, могут быть недостаточными даже для современных объективов и цифровых датчиков, которые теоретически способны разрешать более мелкие детали с более высоким микроконтрастом, чем даже самые лучшие линзы прошлых десятилетий. Однако, будучи частью общей оптической системы, большинство систем (объектив + сенсор, для этого обсуждения) редко разрешают более 50-70 lp / мм из-за того, как «реальные изображения» с высокой аналоговой точностью передаются на дискретную пиксельную сетку датчик.
Это действительно помогает полностью понять, что такое MTF. Модуляция Передача Функция. Это второе слово является ключевым здесь ... передача. MTF измеряет, насколько хорошо информация «переходит» с одного носителя на другой. В случае линз исходная среда - это реальность, оригинальный аналоговый сигнал, для всех целей и целей, «бесконечного» разрешения. (Очевидно, что может быть конечное разрешение, если вы фотографируете атомы или молекулы ... но мы пока проигнорируем эти случаи.) Этот исходный сигнал передается в линзу и через нее. Результат на другой стороне объектива является модулированной функцией этой передачи. Аналогично, в случае датчика информация, проецируемая линзой, снова передается .
При любом переводе происходит потеря информации. Чтобы полностью и очень точно измерить производительность полной оптической системы, необходимо рассчитать MTF каждого элемента, который влияет на передачу света от его источника в сцене до его приема датчиком. Если мы сломаем всю сцену ... у нас будет воздух между нашим объектом и объективом. Линза представляет собой сложный объект, содержащий от нескольких до более десятка элементов. Между каждым элементом или группой элементов находится некая другая среда ... воздух, оптический клей, диафрагма. Между самым задним элементом и датчиком находится еще один воздушный карман. Между этим воздухом и самим датчиком находится набор фильтров, один из которых предназначен для отключения инфракрасных частот, и согласованная пара для размытия пространственных частот вблизи определенного порога. Сам датчик имеет слой микролинз, а под микролинзой находится слой фильтров RGB. Кроме того, ориентация изображения, проецируемого линзой, относительно ориентации пикселей на датчике также учитывает передаточную функцию. Окончательный сигнал реализуется только после того, как свет пройдет через весь этот стек переносчиков.
Вообще говоря, мы не проводим MTF-тестирование на этом уровне. Большинство графиков MTF сегодня генерируются математически с использованием оригинальных, точных компьютерных моделей. Эти же компьютерные модели также являются основой для изготовления объектива. При правильном понимании материалов, используемых при производстве объективов, можно математически сгенерировать очень точное значение MTF объектива с небольшим погрешностью.
MTF датчика, как правило, является производной от его физического пространственного разрешения ... расстояния между пикселями, с учетом потерь из-за структуры Байера, пространственного несоответствия между зелеными и красными / синими пикселями, оптической силы фильтра низких частот и т. д. Хорошее эмпирическое правило заключается в том, что пространственное разрешение датчика изображения CMOS (CIS) составляет ~ 73% от его базового пространственного разрешения, полученного с помощью шага его пикселя, хотя его можно отрегулировать, если у него нет OLPF или если он считает, что иметь сильный или иметь датчик, который не использует бесщелевые микролинзы и т. д.
Если мы возьмем Canon и Nikon, оба из которых, я полагаю, используют «тест» 10 и 30 lp / mm для своих объективов, я считаю, что выбор использования этих конкретных частот деталей - это похмелье от оригинальных решений десятилетий назад. Дальнейшее использование этих частот должно, вероятно, поддерживать согласованность между графиками MTF, сгенерированными для современных объективов, что позволяет напрямую сравнивать их с графиками MTF для объективов 20, 30, возможно, даже 50 лет. Итак, почему 10lp / мм и 30lp / мм? Общая идея состоит в том, чтобы в тестовой сцене имелся один набор элементов детализации, который в относительном выражении намного больше, чем разрешающая способность системы формирования изображения, и один набор элементов детализации в тестовой сцене, которые в относительном выражении очень похоже на разрешающую способность системы визуализации.
В реальных условиях «большой» элемент детали имеет размер 0,1 мм (10lp / мм), а «маленький» элемент детали - 0,0333 мм (30lp / мм). Ожидается, что большой элемент будет полностью разрешен, в то время как маленький элемент может не полностью разрешиться, в зависимости от разрешающей способности линзы. Таким образом, большой элемент можно использовать для измерения глобального контраста (подробнее об этом чуть позже), а маленький элемент, таким образом, можно использовать для непосредственного измерения разрешающей способности линзы.
Примечание. В настоящее время многие из них имеют более широкую диафрагму (f / 4).
или шире), вполне вероятно, способны разрешать 100lp / мм, 150lp / мм,
возможно даже больше. Поэтому необходимо поставить под сомнение обоснованность использования
Тестовая таблица 10 & 30 lp / mm для оценки истинной разрешающей способности и
контраст такого объектива. Мне кажется, что 30lp / мм все чаще
становится фактором контрастности, а не разрешающим фактором, для таких
линзы. Опять же, не все линзы могут разрешить столько деталей, и
если производитель желает использовать общие средства измерения качества
из их линз, есть небольшой выбор, чем использовать самый низкий общий
знаменатель.
Глобальный контраст - это мера способности системы передавать достаточно информации для поддержания относительной разницы. Если толстая черная линия соседствует с толстой белой линией, объектив с высокой контрастностью (независимо от разрешающей способности) должен передавать белый цвет как белый, а черный как черный. Переход между черной и белой линией может размыться, что приведет к мягкому переходу между двумя, а не к жесткому переходу ... но объектив с высокой контрастностью будет передавать белый цвет как белый, а черный как черный. Объектив, который не способен обеспечить высокую контрастность, может передавать белый цвет как ярко-серый, а черный как темно-серый. Особенно плохой объектив может передавать как белый, так и черный цвета как средние тона серого. Часть таблицы испытаний, отвечающая за проверку контрастности оптической системы, должна быть больше, чем наименьший элемент детализации, который система может разрешить, чтобы быть полезным для этой цели.
Разрешающая способность - это мера способности системы отделять мелкие элементы от очень мелких деталей. Если тонкая черная линия соседствует с тонкой белой линией, объектив с высокой разрешающей способностью сможет точно разделить их. Обе линии должны быть заметны в проекции от объектива. Объектив с низкой разрешающей способностью начнет размыть линии вместе, что затруднит определение, какая часть изображения является черной линией, а какая - белой.
Чем разрешающая способность отличается от контрастности? Как разрешающая способность падает, так же контрастирует, так зачем измерять оба? Потеря контраста не обязательно происходит из-за потери разрешающей способности. Объектив действительно может быть способен разрешать жесткие края между каждой линией в тестовой таблице, будь то 10 фунтов / мм, 30 фунтов / мм, 50 фунтов / мм или 100 фунтов / мм. Однако объектив с низкой контрастностью по-прежнему не сможет передавать белый цвет как белый, а черный как черный ... все эти резко разрешенные пары линий могут быть светлыми и темно-серыми вместо белого и черного. Таким образом, в правильно разработанном тесте MTF будут использоваться элементы относительно большой детализации, а также элементы относительно малой детализации, чтобы измерить оба аспекта объектива, или датчика, или полной оптической системы.
Если мы используем одну из графиков MTF Canon в качестве примера. Стандартная диаграмма MTF Canon построена с качеством, соответствующим оси Y, и направленным вдоль объектива от центра к углу, являющимся осью X. Стандарт Canon указывает, что 0,6 является базовой линией ... любая линия на графике, которая падает ниже 0,6, имеет низкое качество. Между 0,6 это хорошее качество. Выше 0,8 отличное качество. Сплошные линии представляют «меридиональные» пары линий тестовой диаграммы, а пунктирные линии представляют «сагиттальные» пары линий тестовой диаграммы. Обе пары меридиональных и сагиттальных линий имеют диагональ 45 градусов, однако они перпендикулярны друг другу на 90 градусов. (Для этого есть особая причина, о которой я расскажу позже.) Толстые линии представляют тест на 10 фунтов / мм, тонкие линии представляют тест на 30 фунтов / мм. Черные линии - это MTF, когда объектив широко открыт, синие линии - это MTF, когда объектив остановлен до f / 8.
В случае объектива Canon 14 мм f / 2.8 L II график MTF выглядит следующим образом:
Есть много вещей, которые мы можем получить из таблицы MTF выше. Игнорируя пунктирные линии на данный момент, как широко открытые, так и при f / 8, этот объектив работает очень хорошо (по стандарту, установленному, когда Canon впервые ввела в действие свою тестовую таблицу 10 и 30 lp / mm). При значении f / 8 (синие линии) объектив продолжает работать достаточно хорошо даже в углу, за исключением сагиттального теста, где IQ падает до 0,6 и ниже по углу. Разрешающая способность (тонкие линии) близка к максимальной для f / 8, однако она падает довольно быстро как для меридиональной, так и для сагиттальной плоскостей, что дает результаты, которые являются хорошими или плохими в любом месте, кроме центра.
Существует довольно много других вещей, которые можно почерпнуть из графика MTF, как это. Используя перпендикулярно противоположные наборы пар линий, меридиональные и сагиттальные, можно проверить дополнительные факторы, касающиеся объектива. Пары диагональных линий проверяют линзу от центра к углу для всех четырех углов. Это допускает астигматизм, который представляет собой несоответствие в точке, в которой разрешается линза, в зависимости от угла поворота линзы. В объективе с астигматизмом то, что правильно разрешается в плоскости датчика (плоскости фокусировки) под углом 45 градусов, может разрешаться вперед или назад от плоскости фокусировки под углом 135 градусов.
Тот же коэффициент вращения меридиональной и сагиттальной линий также позволяет тесту Canon MTF определять кривизну поля, которая является результатом фокусировки объектива на кривой в фокусе, а не на буквальной плоскости, когда перемещается разрешаемый объект к углу.
Качество размытия фона (boke) также можно почерпнуть из графика MTF следующим образом. Качество спада для кривых MTF по мере приближения к краю указывает на то, насколько гладким будет размытый круг. Если кривые колеблются вверх и вниз при падении, качество размытого круга, вероятно, будет плохим. Плавный спад укажет на размытие кругов.
Этот стандарт действовал в течение многих лет (по крайней мере, 20 лет, хотя я полагаю, что это намного дольше). Хотя использование пар диагональных линий все еще применимо для проверки астигматизма, кривизны поля и указания боке, это вполне возможно коэффициент 30lp / mm недостаточен для адекватного измерения разрешающей способности широко открытых объективов. Вероятно, достаточно измерить разрешающую способность при f / 8, хотя что-то около 70lp / мм, вероятно, будет лучше (так как максимальное дифракционно-ограниченное разрешение при f / 8 составляет 86lp / мм.)