【3】福光和单反镜头MTF曲线分析
1. 福光镜头分析
(1)福光镜头图例
图2-1 福光5MP镜头
图2-2 福光3MP镜头
福光镜头是福建一家从事镜头行业的老牌企业,镜头质量在国内来说相对过硬。此次提供的镜头5MP 的镜头的MTF曲线。值得注意的是,福光提供的曲线应该是第二节所述的频幅曲线。
根据2.1.1变量所述,福光镜头所用的幅频曲线变量较少,隐藏参数如下:
F值:1.4-2.8(根据焦距变化而变化,焦距为2.8-12mm),镜头为定光圈。
边缘值位置:逆投标准4.5圈,大约0.7d位置,对应不同像场直径提供的MTF曲线图F值未确定,即在W端还是T端未确认。
(2) 福光镜头解题思路
根据2.1.3 所述,福光镜头提供的MTF曲线图为幅频曲线图,即光圈固定,MTF值,子午,弧矢值根据空间频率变化而变化,而将像场直径(中间到边缘的值)作为二次固定变量分出来,查看思路如下:
- 先观察单个MTF曲线图,观察整个曲线的起伏度,起伏约缓慢,则表示随着频率变化越小,成像效果越好。(也可以说曲线所包围的面积越大,成像越好)
- 观察单个MTF曲线图,通过观察不同的弧矢值,子午值,查看镜头横向,纵向一致性。两者相差越小,理论上越好。反差大,色彩还原性小。(子午,弧矢的不同会导致色散,具体原因查看附录3-成像质量相差总结,需要注意的是镜头的子午,弧矢与光学的弧矢,子午定义有所不懂,需要注意)
- 以镜头上不同点的MTF曲线图作比较,通过像场直径这个隐藏变量,查看镜头衰减。如果两者差别越大,则表明边缘衰减越快。
- 多个MTF横向比较,根据sensor不同,截止空间频率也不同,根据截止空间频率,查看不同的弧矢,子午值(至于为什么sensor不同空间频率不同,请查看附录5-国内厂家检查镜头的方法)
(3)福光镜头对比图例分析与结论
通过2.2.2所述,结论如下(个人意见,仅供参考):
- 5MP镜头起伏较为平缓,表示随着频率变化,MTF变化较小,说明在100线对/mm以内中,5MP对比度较高。
- 子午,弧矢两者曲线差异性表明横向和纵向线对识别的差异性。理论上,应该是两者差别越小越好。**这一点,3MP镜头应该做的比较好一些。**
- 5MP边缘与中心对应的曲线变化一开始不明显,而3MP边缘明显在空间频率70-120之间有较大的衰减,说明5MP比3MP衰减性要好。
- 我们使用的sensor是290sensor,单元像素大小为2.9um*2.9um,则能最大看到的线对数为=172lp/mm,因此查看172lp/mm左右的截止空间频率,可以看到5MP中心位置MTF在0.5以上,而3MP在0.5左右了,所以5MP的镜头性能应该比3MP的要好。(附录2不同MTF值的线对比较,章节3有国内测试镜头的方式,可以查看,一般国内的标准是在截止频率上中心位置能到0.3则算合格,0.7视场得到0.2算合格)
- 假如我们使用的sensor是OV4689,单元像素大小为2um*2um,则最大能看到的线对数为=250lp/mm,为福光3MP,5MP测试的最大截止频率250lp/mm,此时可以看到,两者的最终分辨率成像相差不大。
综上所述:该镜头5MP比3MP边缘衰减做的更好,在相同场景下,5MP对比度应该比3MP相对较高,表现的细节与丰富性更强;但是3MP镜头在弧矢,子午反差较小些,说明3MP成像更准确,如果在290 sensor上,5MP的成像对比度比3MP镜头高。在OV4689上,两者最终呈现的分辨率线数相差不大。附录3:关于国内镜头的趋势报告,可作为参考。国内镜头一般衰减性和加工精度上会较差一些。
l 福光提供的MTF曲线从变量上来说,忽略掉了光圈,焦距变化的影响,不同焦距上的光圈值应该对MTF值有影响。不同边缘值都在0.7d处,此处有待确认,理论上镜头作为同心圆对称,在同心圆上不同点测试结果应该差不多,多个不同边缘值应在在距离中心到边缘不同点上测试会比较好。
2. 单反镜头分析
(1)单反镜头图例
图2-3 佳能 EF 50mm f/1.4镜头
图2-4 尼康AF-S 50mm F/1.4 镜头
图2-3为佳能的EF镜头,EF系列镜头为全幅镜头。图2-4为佳能AF-S镜头。AF-S为超静音马达镜头。这两款镜头在相关摄像机内应该算较好的镜头了,虽然两者正常没有可比性,但是相关的MTF曲线能够做一些参考。
(2)单反镜头解题思路
如2.1.3所述,佳能提供的是MTF场幅曲线,其实在2.1.3中已经说明了如何查看MTF曲线,佳能镜头MTF曲线变量为像场直径与MTF值,二次变量为光圈,空间频率,弧矢值,子午值,而尼康的镜头只提供了F=1.4的相关参数,可比性较少。
- 查看正常应用下,光圈最大下,MTF值所包含的面积与衰减变化。MTF值在0.8以上算是优秀,在0.6算及格。
- 先查看10lp/mm下,S,M值最小MTF值变化曲线,查看对比度如何。总体面积越高,对比度越好。
- 在查看30lp/mm下,S,M值最小MTF值变化曲线,查看最大分辨率如何。MTF值越高,分辨率越好。
- 分别查看S,M值差别。差别越小越好。
注:由于是全幅相机,只需要看横坐标20mm以内的的MTF变化就可以了。
(3)单反镜头分析与结论
单纯只看最大光圈下,分析如下:
- 两者差异不大,相比之下,佳能镜头在10lp/mm下急速衰减,说明佳能镜头边缘衰减要比尼康严重些。
- 相对于10lp/mm,佳能镜头中心最高MTF值为0.78左右,而尼康最高能到0.8,佳能镜头随着像场直径加长,衰减严重,而尼康变化稍微缓慢一些。说明尼康在对比度上更胜一筹。
- 对于30lp/mm,佳能镜头和尼康在中心位置数值在0.5左右。由于是大光圈镜头,相对于MTF值较低可以理解。而后续的MTF曲线变化,佳能都稍微比尼康高一点点,但是两者差异性不是太大。
- 两者S,M值都呈跟随趋势,变化不是太大,如果非要比较,佳能稍微在10lp/mm下表现不佳,但是在30lp/mm下表现稍微好点。
综上所述,佳能镜头在低空间频率的时候表现不佳,呈现边缘衰减严重,弧矢子午相差导致的相差比较大。但是在30lp/mm表现尚可,虽然与尼康镜头差距不大,但是考虑到大光圈下分辨率比较难做,以细微优势获胜。考虑到两者镜头价格相差不大,如果不考虑厂家测试环境不同,总体来说尼康镜头有细微优势。(此报告忽略了两个厂家的不同测试方法,不同的测试方法可能会有误差,需注意)
顺带说一下低空间频率的表现好对比度高的镜头适合拍摄人像和广告,因为在表现微弱的光对比,细小的明暗差别以及色彩变化的时候,能够有明显的优势,拍出来的效果层次丰富,纹理细腻,色调明快且质感强烈,细节不用考虑。而高空间频率表现好的镜头适合拍文字,绘画,因为在拍摄高反差的物体时候,本身物体有较高的反差,分辨率高可以拍摄的黑白线条如同刀刻斧凿一样清晰锐利。
最后:在对不同镜头比较过程中:
1)佳能EF镜头为全幅镜头,大小为36x24mm,需要查看的值为18mm以内即可。详细可看2.1.3 MTF之场幅曲线-佳能解析。
2)不要将不同焦距的镜头做横向对比。长焦镜头像场的边缘只相当于广角镜头中心附近位置,因此对比长焦镜头边缘的MTF值,会得出广角镜头都是很差镜头的错误结论。广角镜头尤其是超广角镜头边缘MTF值下降很多是正常的现象,对于这类镜头,我们必须对像场边缘的MTF值相当宽容。
3)不要将超大光圈(F1.4或F2.0)的镜头与普通镜头做横向对比。普通镜头的“最大”光圈要比超大光圈镜头小一两挡或者更多,两者的“最大光圈”完全不可比!更何况有些超大光圈镜头在设计时,还要为了照顾最大光圈时的效果而对其它性能做一点折衷!因此,必须对超大光圈镜头最大光圈的MTF有所宽容。
4)不要将变焦镜头与定焦镜头横向对比。与定焦镜头相比,变焦镜头结构复杂得多、设计时所要兼顾的因素也要多得多,因此有的特性不如定焦镜头是正常现象。比如,S曲线和M曲线,对于变焦镜头来说,就不如定焦镜头那么近。
5)质优价高的高档镜头与普通廉价的经济型镜头也是不能直接对比的。选购经济型镜头一般主要注重最优光圈(F8)的MTF特性,对最大光圈的效果心知肚明即可。特别要注意的是:经济型中长焦变焦镜头长焦端,即使F8时的“最佳光圈”,与优质镜头相比也有较大差异,选购时必须充分注意。如果除了一般家庭摄影之外还想搞一些创作,购买这一类镜头需要三思而行。
总之,我们不能绝对的去看待MTF曲线,而是要根据我们的需求、成本、方便性等等诸因素综合考虑。切忌在分析镜头MTF曲线时绝对化、一刀切,从而将我们引入歧途。