Прежде чем говорить о диаграмме MTF, полезно более подробно ознакомиться с такими терминами,как “контраст” и “разрешение”. В мире оптики разрешение означает количество мелких деталей, которые объектив способен передавать (который также известен как “микроконтраст”), в то время как контраст означает способность объектива различать различные интенсивности света (например, черные и белые). Когда уровень контрастности значительно падает, черно-белые линии в конечном итоге становятся серыми и неразличимыми. Рассмотрим следующий пример:
Изображение слева четко показывает очень низкий контраст, в то время как разрешение остается относительно высоким. Можно увидеть некоторые детали пера на цапле, но отсутствие контраста в изображении делает многие цвета и оттенки неразличимыми. В этом случае, объектив обеспечивает достаточное разрешение, но не достаточный контраст. Среднее изображение имеет большой контраст, однако отсутствие разрешения делает изображение размытым. Изображение справа, имеет как высокий контраст, так и высокое разрешение, что заставляет нас воспринимать его как самый резкий и детализированный из трех примеров. Этот пример показывает, что и разрешение, и контраст одинаково важны: объектив может иметь высокое разрешение, но не хватает контрастности, и наоборот. Объективы высокого качества, как правило, имеют высокое оптическое разрешение и при этом выдают хороший уровень контраста.
Однако, нужно понимать что определение резкости на изображении для всех людей неодинаково,так как все мы отталкиваемся исключительно от визуального просмотра снимка и для кого-то детали на одном и том же изображении могут показаться резкими, для другого же наоборот размытыми,поэтому оценка резкости всегда носит «субъективный характер». Если же отбросить в сторону «субъективную оценку резкости» и попытаться определить термин более или менее объективно, то можно сказать,что резкость состоит из двух частей – разрешения и остроты. Как было определено ранее, разрешение — это количество деталей на изображении, которые объектив способен передавать на сенсор камеры. Острота же заключается не в разрешении мелких деталей, а скорее в переходе между краями изображения. Острота может быть значительно увеличена рядом факторов, таких как программная обработка в камере, пониженная дискретизация, а также применение эффектов постобработки. Разрешение нельзя изменить – если объектив не может разрешить мелкие детали, эти детали не могут быть добавлены/увеличены после захвата изображения.
Что такое MTF?
Поскольку воспринимаемая резкость всегда субъективна, невозможно количественно оценить производительность объектива, просто глядя на детали в изображении. Из-за этого производители разработали объективные методы для измерения производительности объектива в контролируемой лабораторной среде или приблизительной производительности объектива с помощью компьютерного моделирования, не полагаясь на человеческое восприятие. Эта общепринятая мера производительности объектива называется MTF, что означает “функция передачи модуляции”. Поскольку ни один объектив не совершенен в передаче света, MTF может быть весьма полезен для количественной оценки потери как контраста, так и разрешения. Острота зрения здесь не применяется, потому что мы говорим не о нашей воспринимаемой резкости, а скорее строго о способности объектива разрешать большое количество деталей с максимальным контрастом.
Большинство графиков MTF, которые мы видим на сегодняшний день, сделаны со специализированным компьютерным программным обеспечением, которое измеряет или имитирует производительность объектива и выводит результаты. Одним из преимуществ MTF, является то, что он способен обеспечить большое количество полезной информации в одном графике. Диаграммы MTF потенциально могут предоставить некоторые или все из следующих данных:
- Разрешение объектива (от центра до крайних углов при максимальных и остановленных апертурах)
- Контрастность объектива (от центра до крайних углов при максимальных и остановленных апертурах)
- Астигматизм и боковая хроматическая аберрация
- Кривизна поля изображения
Эти данные позволяют выявить довольно много информации об общей производительности объектива. Одни и те же данные могут быть использованы для сравнения разрешения и контраста между различными объективами от одного производителя. Однако данные MTF нельзя сравнивать между различными брендами (так как различные производители предоставляют различные данные в MTF) и есть другие оптические данные, которые диаграммы MTF не могут предоставить, такие как:
- Уровень геометрических искажений
- Продольная хроматическая аберрация
- Цветопередача
- Виньетирование
- Способность борьбы с паразитными засветками и бликами
Таким образом, диаграммы MTF могут быть крайне полезны для оценки некоторых данных, но они не дают полного представления об оптических характеристиках объектива. Также важно отметить, что производительность в диапазоне между короткими и длинными фокусными расстояниями в зум-объективах также обычно не предоставляется. Например, для зум-объектива 25-300mm производители будут предоставлять данные MTF только для самых коротких и самых длинных фокусных расстояний, соответственно 25 мм и 300 мм.
Как измеряется MTF?
Оценка производительности объектива производится с помощью простых прямых линий, как правило, черные линии на белом фоне. Более толстые пары линий используются для измерения контраста и обычно составляют 10 линий/мм, в то время как более тонкие линии, используемые для измерения разрешения, составляют 30 линий/мм (изображены на рисунке). Толстые и тонкие красные линии размещаются через разные интервалы для измерения контраста и разрешения. Линейные группы стратегически расположены под двумя разными углами – один из них расположен под углом от центра кадра наружу, параллельно радиусу линзы и направлен в сторону центра (также известный как “сагиттальный”), а другой-под углом в противоположном направлении (также известный как “меридиональный”). Это делается по определенной причине-из-за аберраций линз, некоторые линзы очень хороши в разрешении деталей, направленных в одном направлении, но не так хороши в разрешении деталей, направленных в другом направлении. Для измерений MTF используются как сагиттальные, так и меридиональные данные, что позволяет легко идентифицировать линзы, которые проявляют астигматизм.
После того, как тестовая диаграмма с сагиттальными и меридиональными линиями, расположенными через разные интервалы, правильно выровнена напротив объектива, можно измерить как контраст, так и разрешение, оценив толщину перехода групп линий от черного к белому. Объектив высокого разрешения с отличным контрастом покажет четкую границу между черными и белыми цветами и четко различает линии как для сагиттальных, так и для меридиональных линий. Объектив с низким разрешением покажет очень плавный переход от черного к белому, указывая на низкий контраст, и размытие линий в нем настолько сильно, что они просто становятся одной серой картой:
Как видно из рисунка, линии на самой левой стороне легко различимы – так будет передавать изображение идеальный объектив без оптических дефектов,но поскольку идеальных объективов не существует всегда присутствует потеря разрешения. Производительность и резкость объектива ухудшается строго в направлении от центра к углам изображения.
Как читать диаграмму MTF?
По горизонтальной оси X откладывается расстояние от центра до самого дальнего угла сенсора. Как правило, максимальное качество изображения в центре, поэтому 0 – это центр, а по вертикальной оси детализация в процентах. Здесь 1 соответствует 100%.
Нужно помнить,что в MTF измеряются две группы линий — ” тонкая » группа деталей из 30 линий/мм, которая измеряет разрешение, и гораздо более толстая группа из 10 линий/мм, которая измеряет контраст. Таким образом на диаграмме MTF мы можем видеть кривые контраста и разрешения.
Если рассмотреть красную кривую, которая указывает на контраст объектива,можно увидеть, что объектив имеет довольно высокий контраст в центре, который затем постепенно уменьшается к середине кадра, затем резко падает прямо в середине (отметка 10 мм), затем поднимается между серединой кадра и углами, а затем снова резко падает к крайним углам. Разрешение начинается довольно сильно в центре, затем постепенно падает к середине кадра, затем немного поднимается между серединой и углами, затем резко падает в углах. Все это означает, что на конкретной диафрагме, объектив обладает впечатляющей производительностью в центральной части изображения, которая постепенно падает к середине, а затем резко по углам.»Волнистый» характер кривой указывает на наличие кривизны поля. Как правило,на графиках MTF контраст обычно выше разрешения, поэтому все, что выше значения 0.9, указывает на отличный контраст, от 0.7 до 0.9-хороший, значения в районе 0.5 и ниже являются плохим показателем. Для разрешения эти цифры будут немного ниже, в особенности при съемке на максимальном значении диафрагмы.
Поскольку измерения MTF включают как сагиттальные, так и меридиональные линии, типичная диаграмма фактически будет содержать по крайней мере четыре линии, как показано в приведенном ниже примере:
Из анализа приведенной выше диаграммы, можно получить следующие данные:
- Разрешение (30 линий/мм) от центра до угла кадра для обеих групп сагиттальных и меридиональных линий
- Контрастность (10 линий/мм) от центра до угла кадра как для сагиттальной, так и для меридиональной групп линий
- Астигматизм и боковая хроматическая аберрация
- Кривизна поля
Если сравнить вышеприведенную диаграмму с предыдущей, можно с уверенностью сказать, что этот объектив имеет лучшую общую производительность, чем предыдущий. Контраст (красные линии) и разрешение (синие линии) выше, производительность находится на высоком уровне от центра до краев. В дальних углах наблюдается резкое снижение разрешения (что свойственно практически всем объективам), но контрастность остается очень высокой. Сильное разделение сагиттальной и меридиональной линий от сплошных линий на графиках всегда свидетельствует о том, что объектив подвержен астигматизму и боковой хроматической аберрации,что в данном случае не является проблемой на большей части изображения. Наконец, поскольку линза не изгибается вверх и вниз по всему полю, можно заключить, что этот конкретный экземпляр не страдает от проблем с кривизной поля.
Выводы:
MTF график зависит от многих вещей: фокусного расстояния и расстояния до объекта, диафрагмы, длины волны света и прочего. Поэтому, на графике точно должно быть указано при каких значениях был сделан лабораторный тест (как на изображении снизу). К сожалению, большинство производителей не делают подробный MTF, а рисуют график исходя из расчетов на компьютере, получив некоторое среднее значение для всех объективов одной модели сразу. Такой подход является в корне неправильным, так как из-за сложности оптической конструкции и производственных допусков объективы могут различаться. Благодаря современным компьютеризированным методам испытаний и автоматизированным сборочным линиям эти допуски, безусловно, улучшились, но они все еще существуют. Означает ли это, что смоделированные данные MTF совершенно бесполезны и не должны рассматриваться? Нет. MTF по-прежнему является хорошей справкой для изучения потенциальной производительности объектива и для сравнения линз от одного и того же производителя.
