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这将又是一个不断更新的长贴,而且绝对是技术贴。
在鄙人金盆洗手,不贩卖镜头了以后,就把全部精力投入到了对光学的研究当中。一段时间以来,有了一些心得,在这里发出来与大家共享。
这个贴的开端,先来为大家解决如下几个问题,顺便抛砖引玉。
1)我该如何去选镜头?镜头成像的好坏,有什么相对比较客观的标准么?
答:对于镜头成像质量的评价,有很多可供考量的标准。这些标准很多厂家在发布镜头时也会一并对外公布。这许多标准里,以模量传递函数(也就是 MTF )这个标准最能相对准确和全面地反应出镜头的成像质量。我这里以大家能听懂的话来解释一下传递函数,它是这样的一个东西:将真实世界以不同采样频率通过光学系统(也就是镜头)转换为成像,再将成像与真实世界做以对比,将两者的相似程度用数值表示出来。所以大家看到的 MTF 值,都是成像与真实世界的相似程度,也可以叫做还原程度。
刚才还说到了一个叫做“采样频率”的东西,玩音频的朋友可能对采样频率有些了解。简单说,采样频率越高,能够还原的细节就越丰富。在一般厂商发布的固定采样频率 MTF 当中,频率的单位是线对/毫米(lp/mm)。解释一下:黑白相间的两条线叫做线对,线对/毫米即是以1mm内可以分辨的线对数量来考量成像质量。在某一频率内,黑白线之间已经没有对比时,即表示镜头已经分辨不出这两者之间的区别,这一频率叫做“截止频率”。
如果与真实世界完全相同时将mtf取值为1,以截止频率时将mtf取值为0,那么mtf就是一个从0~1变化的数值,用以表示镜头对某一频率的还原能力。其值越接近1,其成像质量越好,还原能力越强。越接近0,其还原能力越差,成像也越差。一般,如果数值小于0.03,那么人眼已经无法分辨,所以一般将值为0.03的频率做为mtf的截止频率。
那么有没有mtf值永远为1的镜头呢?答案是木有的。即便是理想镜头,由于光的衍射效应,其成像也会受到爱理斑的限制,因此其mtf也是逐步下降的(衍射和爱理斑的相关内容请自行度娘)。由爱理斑决定的理想镜头的成像极限,一般称其为衍射极限,现实当中的镜头,均以接近或达到衍射极限为终极的设计目标。
如上面的图,其纵轴为 MTF 值,即还原程度,0为完全模糊无法分辨,1为能够100%还原真实世界。
横轴为真实像高,也可以理解为像场,以半对角线为度量。0为中心成像,21.5 为最边缘四角落处的成像。
图中的两色曲线为不同的 mtf 频率的 mtf 曲线。当中品红色的为 10lp/mm 的曲线,就是在每毫米内有10个线对时该镜头的还原能力。蓝色的为 30lp/mm 的曲线,即是在每毫米内有30个线对时,该镜头的还原能力。
从该图上看,在横轴为 0 时,就是中心成像的部分,红色的曲线略低于0.7,这表示真实世界的 10lp/mm 的黑白线对,经过镜头成像以后,已经至少损失了 30% 的对比度。同理,在中心成像的部分,30lp/mm 的黑白线对,损失了 57% 的对比度。
有朋友可能会问,这个10线,30线代表什么?我怎么将这些曲线与真实成像等同起来呢?
这个确实没有统一的标准,公认的一些标准是这样的:10线与镜头的基本反差相关,即轮廓反差,图片整体印象,小图成像质量等,如果举例来说明的话,可以理解为离远观看某景物的感受。可以说,如果10线的水平比较高,基本上成像会给人以很锐利的初印象。
20线可以跟镜头的过渡联系在一起,即介于轮廓反差和毛发等细节间的一些略粗的细节的还原能力。
30线可以理解为镜头的细节还原能力,即像头发、睫毛等细节是否清晰丰富。
当然了,这些都是胶片时代的标准了。
一般胶片的银盐颗粒,单体大小约在 30 微米左右,以这个直径来衡量,30 线确实已经可以反映出镜头的成像细节了,所以一直以来,厂商公布 mtf 时,均以10线,20线和30线做为固定频率来发布。
当然,如今已经是数码时代了,科技在进步,技术在革新,如今,全画幅 3600 万像素的单个像点大小,已经达到了 4.75 微米,如果按此来计算,一颗 3600 万像素的 CMOS,可以反映出高达 105 线对的细节,远非当年的吴下阿蒙了。当然,3600 万指的是单色像点,马赛克 cmos 用四个像点来反映一个全色像素,即两个绿色,一个红色,一个蓝色。即便如此,3600 万仍然可以反映出 52.5 线对的细节。2400 万像素可以反映出 41.5 线对的细节。
这个标准已经高出胶片时代很多了,所以感光原件的进步,要求镜头设计也要同时进步,以便能满足高细节感光原件的要求。
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