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1、目录一.像质评价的主要方法2(1)瑞利判断2(2)中心亮度2(3)分辨率3(4)点列图4(5)调制传递函数4二.MTF的含义5三.MTF的理论基础7四.如何判读镜头的MTF值9五.MTF的样版图11六.用MTF曲线来评价像质14七.镜头的Tilt测试及校正16八.MTF传递函数测量仪器1像质评价及MTF的原理说明一. 像质评价的主要方法在不考虑衍射现象影响时,光学系统的成像质量主要与系统的象差大小有关,几种光学系统成像质量的评价方法如下(1) 瑞利判断是根据成像波面相对理想球面波的变形程度来判断光学系统的成像质量的,瑞利认为“实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过1/4波长时,此波面可看做
2、是无缺陷的.”该判断提出了光学系统成像时所允许存在的最大波像差公差即认为波像差W=0.8时,认为光学系统的成像质量是完善的这就是斯扥列尔准则,瑞利判断和中心亮度是从不同的角度提出来的象值评价方法,但研究表明,对一些常用的象差形式, 当最大波像差为1/4波长时,中心亮度S.D约为0.8说明这两种评价成像质量的方法是一致的,它也只适用于小像差光学系统,但它计算相当复杂,实际中不便使用.(3)分辨率是反映光学系统能分辨物体细节的能力.由于光的衍射,一个发光点通过光学系统成像后得到一个衍射光斑,两个独立的发光点通过光学系统成像后得到两个衍射光斑,考虑不同间距的两发光点在像面上两衍射像可被分辨与否,就能
3、定量的反应光学系统的成像质量.随两衍射斑中心距变化,出现几种变化.A 两发光物点距离较远,两个衍射斑中心距离较大中间有明显暗区分开,亮暗之间光强对比度k1B 有较多重和,重迭部分中心的合光强仍小于两侧的最大光强即0k0 =1.22/D=1.22F(瑞利判断)照相系统以像面上刚能分辨两衍射斑中心距的倒数表示分辨率 N=1/常见的有太阳板和分辨率板,仪器是平行光管,测量时从线条宽度大的单元向线条宽度小的单元顺序观察,找出四个方向的线条都能分辨开的所有单元中单元号最大的单元.根据单元号和分辨率板号查出线条宽度P(mm)平行光管焦距f分辨率a=2P*20626/f()(a)在小像差光学系统(望远系统)
4、实际分辨率几乎只与系统的相对孔径(即衍射现象)有关,受像差影响小,在大像差系统(如照相物镜)分辨率才与系统的象差有关,并常以分辨率作为系统的成像质量标准.(b)分辨率板黑白相间系统与实际物体的亮度有很大差别,同一板来说照明和接收的不同,测量结果也不同.( c)对照相物镜等作分辨率检测时有时出现”伪分辨率现象”即在鉴别某一组系统时不能分辨,但对更密一组条文反而可以分辨,这是因为对比度反转造成的. 用分辨率评价光学系统成像质量不是一种严格可靠的评价方法,但由于指标单一,便于测量,在光学系统象质检测中广泛应用.(4)点列图在几何光学成像过程中,由一点发出的许多光线经光学系统成像后,由于像差存在,但其
5、与像面不再集中一点,而是行成一个在一定范围内的弥散图形,称之为点列图.在点列图中利用这些点的密集程度来衡量光学系统的成像质量的方法称之为点列图法.利用点列图法评价照相物镜的成像质量时,通常利用集中30%以上的点或光线所构成的图形区域作为其实际有效弥散斑,其直径倒数为系统的分辨率,利用它需做大量的光路计算,利用计算机才能实现上述任务.常在大像差的照相物镜等设计中应用.(5)调制传递函数上面介绍的几种光学系统成像质量的评价方法,都是基于把物体看作是发光点的集合,并以一点成像时的能量集中程度来表征光学系统的成像质量,.利用光学传递函数来评价光学系统的成像质量,是基于把物体看作是由各种频率的谱组成的,
6、也就是把物体的光场分布函数展开成傅立叶级数或积分的形式. 若把光学系统看成是线性不变的系统,那幺物体经光学系统成像,可视为物体经光学系统传递后其传递效果是频率不变,但其对比度下降,相位要发生推移,并在某一频率截止,即对比度为0.这种对比度的降低和相位推移是随频率不同而不同的,其函数关系我们称之为光学传递函数,由于它与光学系统象差有关又与光学系统的衍射效果有关,故用它来评价具有客观性和可靠性,并能同时应用于大小像差光学系统.二. MTF的含义MTF-ModularTransferFunction(调制传递函数)是对镜头的锐度，反差和分辨率进行综合评价的数值。反差/明锐度: 5(或10)lp/mm
7、的读数反映镜头的反差表现.即使微小的差别(2.5% ！)也能在画面中体现出来！你可以把它看作一种最基本的“锐度”。一枚好的镜头在光圈收小后应该在5lp/mm下径向和切向同时高于95%。低于90%即表明镜头表现不佳。 一枚明锐度好而锐度差的镜头通常比明锐度差而锐度高的镜头看上去更锐利！不过，锐度和明锐度两项指针通常相辅相成。锐度: 10至40(或更高)lp/mm表明一枚镜头的锐度即再现细节的能力。40lp/mm表明镜头再现物体非常细微细节（如人像摄影中的头发丝）的能力。此时即使MTF值的差距较大(如10%)也无法直接在画面中辨认出来。按照人眼的辨别力和35mm胶卷的片幅，如果要得到质量非常理想的
8、7英寸的照片，镜头20lp/mm下的MTF值必须大于50%。而要想在16英寸下仍有非常理想的画面质量，其70lp/mm下的MTF值竟须超过63%！几乎没有镜头可以达到这样好的表现！MTF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
9、（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
10、发为例（假定反差为0.45）：通过优质镜头后其反差仍然为0.4570%=0.315，而通过业余镜头后反差则降低为0.4540%=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。辨别好镜头的简易法则(收小两档光圈)：40lp/mm曲线(红色)须位于：边缘20%(图形右侧)中心65%(图形左侧)20lp/mm曲线(紫色)须位于:边缘45%中心80%10lp/mm曲线(绿色)须十分接近5lp/mm曲线5lp/mm曲线(蓝色)须于整个X轴上95%以上的MTF曲线评价方法参考自德国的彩色摄影杂志。 其它杂志或机构的评价标准可能会不同。
11、根据MTF曲线对镜头作评价时还须考虑到镜头的不同种类，如对超广角镜头的边缘成像质量不能苛求。 大多数情况下切向曲线比上述标准要低一些。 而径向曲线的值相对则较高。 注意:镜头在极端光圈（即最大光圈和小于f/16）时相对表现较差！它们的值不代表镜头所能达到的最佳光学质量!最佳光圈通常为最大光圈收小 2-3檔。锐 度 和 反 差: 锐度和 锐度不佳 颇锐利但 锐度和反差 反差尽失锐度反差均极佳 但反差颇佳 反差不佳 俱差 无从谈起三.MTF的理论基础从信息传输理论的观点看，电子制版系统的图像处理过程，实质上是一种信息传输过程，尽管GBarnstodt、E.M.Gran、V.K.Biedernann
12、通过实验得出综合评价尺度的公式：但是，以信息论为基础对象质进行解析却很少见。然而，从图像的性能分析可以证明，依靠图像传输的MTF和调制再现的陡度，用一个数值来表示图像的象质是可能的。如能求出包括印刷网点图像的MTF、则能更准确地对复制图像的象阶进行评价。 MTF的概念 近代信息论的发展证明，在线性空间不变系统中，任何一个成象系列可有效地看作一个空间频率滤波器，而它的成象特性和象质评价，则能以物象之间的频率之比来表示。这种频率对比特性，就是所谓的调制传递函数MTF。线性空间不变系统则指线性系统的脉冲响应函数是稳定的、即响应函数与所选择的参考坐标位置无关，其函数值仅仅依赖于参考坐标之间的参量（x-）。线性空间不变系统的脉冲响应函数可表示为：在线性空间不变系统中，假设有一频率为f的正弦波形的信号（如图7.3），其光强分布为：信息论给调制度M的定义为： 式中：为最大亮度信号， 为最小亮度信号， 为正弦波振幅，I为正弦波平均振幅。 在同一系统中，将空间频率不同的原稿信号输入，把经过系统的调制度M与未经系统的调制度M之比，定义为调制传递函数MTF：MTF的值域为0，1。一般来说，MTF值随频率f的增长而下降。当f达到一定值时，MTF=0。此时的频率就是截止频率，高于该频率信号就不能被系统传递
