什么是MTF

什么是MTF


2024年2月7日发(作者:移动硬盘坏了如何修复)

MTF:Modulation(or Modulated? not sure) Transfer Functi on. 中文译作

调制传递函数。

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:

MTF = Vo / Vi

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。

实际地,怎样从MTF值看一个镜头的特性呢?

(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

(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)。

看看photodo的例子:(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

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。

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。

MTF(续)

浅说镜头的MTF值

及其对市场流行镜头的实际指导意义

作者:江少军

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

元凯数据”、“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。

浅谈MTF值的含义

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

接近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。

如何判读镜头的MTF值

图中给出了Carl Zeiss T※ 28~85/3.3~4镜头分别在28mm、50 mm和85 mm焦距段,分

别对最大光圈和光圈值为8时的MTF值线图。每个图上有三对曲线。最上面一对是10线对

/毫米对应的MTF值,中间一对对应于20线对/毫米,下边一对对应于40线对/毫米。每对

曲线中实线代表从图面中心向四周辐射方向的MTF值(径向),虚线代表围绕图面中心的

圆的切线方向的MTF值(切向)。两者是同等重要的。横坐标代表从被测点到图象中心的距

离,0mm处即为图象中心位置,21mm处代表胶片四角端点的位置。纵坐标则是该点的MTF

值。

让我们来看左边的两个图。此时镜头焦距是28mm。在光圈值为f3.3,线频为10线对/毫米

时,在胶片中心处径向的MTF值是0.96,切向的MTF值也是0.96;在距中心15mm处,径向

的MTF值是0.91,切向的MTF值是0.84。在线频为20线对/毫米时,在胶片中心处径向的M

TF值是0.87,切向的MTF值也是0.87;在距中心15mm处,径向的MTF值是0.76,切向的MT

F值是0.62。在线频为40线对/毫米时,在胶片中心处径向的MTF值是0.69,切向的MTF值

也是0.69;在距中心15mm处,径向的MTF值是0.47,切向的MTF值只有0.34。

再看在光圈值为f8时,各线频下的径,切向曲线数据都有明显提高,说明在光圈f8时,

该镜头的光学成像大大好于光圈值为f3.3时的水平。

用同样的方法,就可以读出该镜头在50mm,85mm时两种光圈值下的MTF值。

在MTF曲线图上,还可以看出镜头的焦外成像质量。当径向和切向两根曲线越接近,镜头

的焦外成像就越柔和。可以看出,该镜头在28mm焦距时,镜头的焦外成像要比85mm焦距

时的焦外成像差很多。

利用MTF值对镜头统计分析及排列

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。

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,EF

200/1.8),宾得三款(50/1.4,50/2.8Macro,85/1.4),美能达两款(AF 50/2.8Ma

cro,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。

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。

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。

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:

镜头品牌规格

得分

MTF侧重平均值

Contax 28~85/3.3-4

4.0

0.81

Canon EF 28~70/2.8 L

3.9

0.81

Nikon AF 35~70/2.8

3.8

0.79

Minolta AF 28~70/2.8

3.7

0.78

Sigma AF 28~70/2.8 EX Asp

3.5

0.77

Leica 28~70/3.5-4.5

3.2

0.75

Tokina AF 28~70/2.6-2.8 Pro

3.1

0.73

Sigma AF 28~70/2.8

3.0

0.73

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。

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:

镜头品牌规格

得分

MTF侧重平均值

Leica 80~200/4

4.2

0.83

Nikon AF-S 80~200/2.8 IF-ED D

4.1

0.82

Canon EF 70~200/2.8 L

4.1

0.82

Sigma AF 70~200/2.8 Apo EX

3.9

0.81

Minolta AF 80~200/2.8 Apo

3.9

0.81

Nikon AF 80~200/2.8 D ED

3.9

0.80

Contax 80~200/4

3.8

0.79

Tokina AF 80~200/2.8

3.4

0.76

Leica 70~210/4

3.3

0.75

Pentax FA 80~200/2.8

3.2

0.74

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。

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:

镜头品牌规格

得分

MTF侧重平均值

Canon EF 28~105/3.5-4.5 U

3.3

0.75

Pentax FA 28~70/4 AL

3.3

0.75

Canon EF 28~80/3.5-5.6 U

3.2

0.74

Canon EF 28~80/3.5-5.6 II U

3.1

0.73

Ricoh P 35~70/3.4-4.5

3.1

0.73

Nikon AF 28~80/3.5-5.6 D

3.0

0.72

Tamron AF 28~80/3.5-5.6 Asp

3.0

0.72

Nikon AF 28~85/3.5-4.5

2.9

0.72

Minolta MD 28~70/3.5-4.8

2.9

0.71

Contax 28~70/3.5-4.5

2.8

0.71

Nikon AF 28~70/3.5-4.5 D

2.8

Sigma AF 28~80/3.5-5.6 Macro

2.7

0.70

Minolta AF 28~80/3.5-5.6

2.7

0.70

Ricoh 35~70/3.5-4.8

2.6

0.69

Pentax FA 28~80/3.5-4.7

2.3

0.66

Pentax FA 28~80/3.5-5.6

2.0

0.64

Vivitar AF 28~80/3.5-5.6

1.8

0.62

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:

镜头品牌规格

得分

MTF侧重平均值

Minolta AF 100~300/4.5-5.6 APO

3.2

0.74

Canon EF 70~210/3.5-4.5 U

3.1

0.74

Vivitar 70~210/2.8-4 Series 1

3.0

0.73

Sigma 70~210/4-5.6

2.9

0.72

Pentax FA 70~200/4-5.6

2.9

0.72

Minolta AF 70~210/3.5-4.5

2.9

0.72

Nikon AF 70~210/4-5.6 D

2.8

0.71

Minolta AF 70~210/4.5-5.6

2.7

0.69

Yashica AF 70~210/4.5

2.7

0.69

Ricoh P 70~210/4.5-5.6

2.6

0.69

Minolta AF 80~200/4.5-5.6

2.6

0.69

Canon EF 100~300/4.5-5.6 U

2.4

0.67

Pentax FA 100~300/4.5-5.6

2.4

0.67

4. 超广角变焦镜头(不分专业业余):

镜头品牌规格

得分

MTF侧重平均值

Tamron SP AF 20~40/2.7-3.5

3.7

0.78

Nikon AF 20~35/2.8 D IF

3.6

0.78

Canon EF 20~35/2.8 L

3.5

0.77

Sigma AF 21~35/3.5-4.2

3.5

0.77

Canon EF 20~35/3.5-4.5 U

3.4

0.76

Pentax FA 20~35/4 AL

3.4

0.76

Minolta AF 17~35/2.8 G

3.3

0.75

Tokina AF 20~35/3.5-4.5

3.3

0.75

Canon 20~35/3.5 L

3.3

0.75

Canon EF 17~35/2.8 L

3.2

0.74

Sigma AF 17~35/2.8-4 EX

3.1

0.73

Vivitar AF 19~35/3.5-4.5

2.9

0.72

Minolta AF 20~35/3.5-4.5

2.8

0.71

Pentax Fisheye 17~28/3.5-4.5

2.7

0.70

Tokina AF 20~35/2.8 Pro

2.5

0.68

Sigma 21~35/3.5-4.2 MF

2.4

0.67

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 S

uper)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。

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。

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


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