MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻

  MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻(新增空间频率详细说明)

  如何判断一个镜头素质的好坏?一百个人有一百种说法,有的人通过实拍样片来判断,有的人看评测来对比。

  确实有许许多多种测试方法,但MTF曲线是最基础也是最重要的一项,可以反应镜头的锐度和反差。

  可以说,一个牛头的MTF曲线必定是不错的,而一个MTF曲线很差的镜头,成为牛头的可能性非常小,几乎为0。

  但是这么说的前提条件是按照严格的标准测试,因为不少厂商会作弊(比如松下)

  先来一张最近热门的MZD17mm F1.8全开的MTF曲线图

MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻

  MTF曲线图的横坐标是距离传感器中心(镜头像场中心)的距离,

  总长度为传感器对角线的一半(镜头有效像场半径)

  全幅镜头像场直径为43.2mm,因此横坐标为像场直径的一半,也就是21.6mm

  而佳能APS-C对角线长度26.8mm,MTF图横坐标为13.4mm

  尼康DX对角线长度为28.2mm,MTF图横坐标为14.1mm

  43&M43对角线长度为21.6mm,MTF图横坐标为10.8mm

  横坐标的0代表镜头的中心,越往右,就越靠近镜头边缘

  MTF曲线图的纵坐标是反差,其计算方法为

  反差 =(照度的最大值-照度的最小值) /( 照度的最大值 + 照度的最小值)

  理想镜头的反差等于1,但由于各种像差和光的衍射影响,理想镜头是不存在的

MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻

  相机型号:

  曝光时间:

  光 圈:

  曝光补偿:EV

  曝光模式:自动

  白平衡:自动

  ISO感光度:

  焦距:0mm

  拍摄时间:

  分 辨 率:552*727

  现实的镜头,测试是在一定的光照条件下对着黑白线对拍摄,反差都介于0到1之间,越高越好,当然也得有考核标准

  PS:部分厂商的纵坐标是百分数(原点是0,最高是100),上图仅说明不同反差的区别,数值并不严格标准,另外实际镜头的反差下降往往是线对混叠在一起分辨不清

  最重要的考核条件出现了,那就是空间频率

  什么是空间频率呢?

  厂商用黑白交替的线对,也就是亮度按周期变化的线对来表示空间频率,其疏密程度就是空间频率

MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻

  相机型号:

  曝光时间:

  光 圈:

  曝光补偿:EV

  曝光模式:自动

  白平衡:自动

  ISO感光度:

  焦距:0mm

  拍摄时间:

  分 辨 率:680*575

  如上图所示,这个是在镜头在传感器上成像的线对空间频率,一条黑线和一条白线组成一组线对,也就是LP(linepairs)

  对于全幅来说,10lp/mm是低频,20lp/mm是中频,30mm/mm是高频,一般MTF曲线只测10和30

  ※空间频率的意思,并不是去拍摄空间频率为每毫米10线对的标版,而是镜头最终在CMOS上成像的线对的空间频率为每毫米10线对

  以全幅为例,10lp/mm的空间频率,整块传感器图高(24mm)能拍下的总线数为240线对,30lp/mm则为720线对

  也就是说,其拍摄的标版,低频的线对宽度为整块标版高度的1/240,高频则为1/720

MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻

  (图为某测试标版)

  举个例子,如果标版的高度为720mm,那么低频一对线宽为3mm,高频一对线宽为1mm,

  不同镜头在测试的时候,都必须刚好将整个标版高度拍满画面高度,也就是说放大倍率必须相同,都是1:30

  这也注定了不同视角的镜头,拍标版的对焦距离不同,实际上测MTF50的时候情况也完全相同

  换成M43的话,全幅一半的图高上(如果按照3:2画幅,应该用12mm,刚好是全幅的一半,实际上M43是13mm,所以MTF50测试是占便宜的)

  要拍下240线对和720线对,则传感器上空间频率会加倍,也就是提高到20lp/mm和60lp/mm

  而目前尼康佳能半幅头也是用10和30测的,那么它们只需要拍下160线对和480线对,难度下降,曲线自然会上升

  因此对于非全幅来说,测试镜头的空间频率,要在全幅的基础上乘以转换系数,如果空间频率过低,最终的曲线就算再高也没有意义

  一条曲线只能表示在一个焦距和光圈值下面的反差值,而且实线和曲线是代表着两个不同方向的反差

MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻

  实线是平行于直径方向的线对反差,也就是径向(弧矢),标为S (Sagittal)

  虚线是和直径的切线方向平行的线对反差,也就是切向(子午),标为M(Meridional)

  现在就很清晰了,如果一个镜头它基本中心对称的话,

  根据MTF曲线,可以看出像场任意一点上的径向反差和切向反差,两条曲线越高越好,越贴近越好

  下面是奥林巴斯MZD40-150mm

MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻

  光学老厂还是非常严谨的,用20测低频,60测高频

  再看看松下的G45-150mm

MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻

  用20测低频,40测高频,水份巨大,所以MTF曲线可以说把上面奥巴的"秒"了,但实际上两个镜头售价差距不大,画质自然也不可能是"秒"与"被秒"的关系

  前面也提到,尼康、佳能等厂商的半幅镜头MTF曲线,仍然是以10和30测试,水份大大的

  一张尼康金广角17-35/F2.8和DX镜皇17-55/F2.8的MTF曲线对比就很能说明问题

MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻

  两个头测试空间频率相同,都是用10测低频,30测高频,就算考虑到横坐标的区别,17-55的曲线也高很多

  就是因为17-35画幅更大,高频拍下720线对,而17-55却只拍下480线对,低了三分之一,占了不小的便宜

  就像松下应该用60,而用40测一样,也是偏低三分之一

  尼康佳能只是提示了用户应该注意MTF曲线横坐标的区别,而自身却忽视了不同像场要测试相同的总线对,实在是有失光学大厂的严谨

MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻

  (图为佳能官网对MTF曲线图的说明)

  另外还有一个很普遍的问题,那就是半幅机身用全幅镜头

  全幅的牛头应对10和30的空间频率自然没问题

  但到了半幅,挑战变大了,空间频率变为15和45

  整个镜头像场全幅图高上需要分辨的总线对一下子增加了50%,低频增加到360线对,高频增加到1080线对,系统解析度自然下降(并不是镜头解析度下降,而是CMOS利用的镜头像场面积太小导致系统解析度下降)

  如此不厚道很大程度上是为了成本最小化,利润最大化,因为目前单反机身销售是半幅机身为主,真正的半幅镜头却很少。

  全幅头虽然威力巨大,但在半幅机身既损失视角,又损失解析度,消费者买之前并不知道,用了之后才发现如此,再去升级全幅机身,厂商能增加利润的同时还省去单独设计半幅头的成本。

  总结一下MTF曲线的优缺点:

  优点:1.一条曲线就能看出整个像场上所有点的径向反差和切向反差

  2.如果按照严格标准测试,很容易看出镜头的基本素质如何

  缺点:1.一组曲线(一实线一虚线)只能表示一个光圈值和一个焦距下的反差情况,很多厂商只标出最大光圈和F8下的曲线,

  松下和奥林巴斯甚至只标出了全开的曲线,焦距一般也只有广角端和长焦端

  2.不同厂商的测试标准不同,比如光源条件,空间频率等,因此不同厂家的官方MTF放在一起比较意义很小

  尤其是半幅头都采用全幅的空间频率标准,使得实用性大大降低

  其实松下也并不是一直不厚道,比如DC上的LX7就是严格按标准测试的,其物理焦距为4.7-17.7mm,等效焦距为24-90mm,转换系数为5X

  下面看一下官方的MTF曲线图

MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻
MTF曲线的重要性和相机巨头的猫腻

  分别按照50lp/mm,100lp/mm,150lp/mm在最大光圈下测试,可以看出广角端画质很棒,长焦端稍软,但边角非常好,也只有1/1.7像场才能做出如此高素质的超大光圈的变焦

  但也说明M43没必要跟着全幅的路子出镜头,应该发挥小像场的优势部分

2021-05-12 原文

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