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测量resolution之基本理论MTF

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我们在上一讲提及数位影像测试两大项目:『解像力』和『色彩』,这一讲我们就从『解像力 Resolution』开始。其实摒除那些吓人的图表和数据,测试解像力简单的说就是量度、计算影像从清晰 --> 模糊之间的转换点。受限于光学、材料和其他种种的因素,每一个镜头、每一台数位相机都有其分辨能力的极限。解像力测试就是应用科学的方法将这个极限找出来。
首先,我们来看看几个重要的基础理论。 为了可以清楚的计算解像力的数据,目前使用历史最悠久,也同时是最多人采用的就是 MTF = Modulation Transfer Function为基础的测试程序。MTF主要是引进反差对比的概念来检定镜头解像力 ,使用者必须对「空间频率 / Spatial frequency」这个概念进行了解。所谓空间频率就是1mm的宽度中 (或是等宽的其他单位),正弦浓度悲反覆有几次的意思(请想像空间频率如同海浪一样的波型悲)。
 
\
锐利度和反差的对比
「空间频率 / Spatial frequency」由小------------------->大
(原始尺寸)1.
(1X放大)2.
(3X放大)3.
模拟拍摄 ISO12233以目测法判断相机镜头的解像力 100%的反差比,只有在理想状态下才可能出现。 镜头解像力较差,但对比反差尚可。解像力和反差均无法比对
(表示镜头已达极限)
原本充足的反差可以很容易辨识出两条线来,而当空间频率加大时,也就是线条越紧密时,反差也逐渐缩小,终于反差衰减到全部变成灰色,再也分辨不出黑白条纹来,就表示镜头的解像力已到极限(如 上图所示)。
USAF 1951
早期的镜头精细度还没有达到现代的标准时,解像力测试图可以说相当的简单,甚至使用今日家庭用的印表机设备都可以轻易复制。最早的标准 MTF 系列中,首推 USAF1951,这是美国空军于1951年开发出来,军用代号为 MIL-STD-150A,主要适用于侦照设备的检测,后来沦为民用镜头与显微镜的测试标准。藉由 测试标的设备来拍摄以下 MTF 测试图,可以得到两种数据 : 对比和锐利度,再藉由计算线条密度 和 MTF 之间的关系,我们就可以将数据转换成下图:
我们在上一讲提及数位影像测试两大项目:『解像力』和『色彩』,这一讲我们就从『解像力 Resolution』开始。其实摒除那些吓人的图表和数据,测试解像力简单的说就是量度、计算影像从清晰 --> 模糊之间的转换点。受限于光学、材料和其他种种的因素,每一个镜头、每一台数位相机都有其分辨能力的极限。解像力测试就是应用科学的方法将这个极限找出来。
首先,我们来看看几个重要的基础理论。 为了可以清楚的计算解像力的数据,目前使用历史最悠久,也同时是最多人采用的就是 MTF = Modulation Transfer Function为基础的测试程序。MTF主要是引进反差对比的概念来检定镜头解像力 ,使用者必须对「空间频率 / Spatial frequency」这个概念进行了解。所谓空间频率就是1mm的宽度中 (或是等宽的其他单位),正弦浓度悲反覆有几次的意思(请想像空间频率如同海浪一样的波型悲)。
 
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锐利度和反差的对比
「空间频率 / Spatial frequency」由小------------------->大
(原始尺寸)1.
(1X放大)2.
(3X放大)3.
模拟拍摄 ISO12233以目测法判断相机镜头的解像力 100%的反差比,只有在理想状态下才可能出现。 镜头解像力较差,但对比反差尚可。解像力和反差均无法比对
(表示镜头已达极限)
原本充足的反差可以很容易辨识出两条线来,而当空间频率加大时,也就是线条越紧密时,反差也逐渐缩小,终于反差衰减到全部变成灰色,再也分辨不出黑白条纹来,就表示镜头的解像力已到极限(如 上图所示)。
USAF 1951
早期的镜头精细度还没有达到现代的标准时,解像力测试图可以说相当的简单,甚至使用今日家庭用的印表机设备都可以轻易复制。最早的标准 MTF 系列中,首推 USAF1951,这是美国空军于1951年开发出来,军用代号为 MIL-STD-150A,主要适用于侦照设备的检测,后来沦为民用镜头与显微镜的测试标准。藉由 测试标的设备来拍摄以下 MTF 测试图,可以得到两种数据 : 对比和锐利度,再藉由计算线条密度 和 MTF 之间的关系,我们就可以将数据转换成下图:
右图为MTF随着空间线条的增加而减少的情形
水平和垂直的测试范围
由于多数的镜头是圆形,因次测试线条除了可以是直的外 测试垂直象限的表现外,也可以测试横向线条来理解水平象限的表现。所以,透过数据的整理绘制成图之后,我们大致上可以看出以下四种模式:
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本图摘自PHOTO ZONE
这样的线条模式,代表其锐利度和对比非常的好,MTF值几乎没有衰减。
这张图表示镜头的解像力表现相当好,但红虚线
(40 lp/mm)的异常下降告诉我们,这个镜头对结构细腻的物件拍摄仍有它的极限。
此图的曲线告诉我们,这个镜头有好的解像力,因为曲线下降的斜率较缓。但对比较差 (蓝色的实线和虚线(5 lp/mm)MTF值低于 90%)
这样的表现,代表您可能需要多花点钱买个好镜头才是。
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右图为MTF随着空间线条的增加而减少的情形
水平和垂直的测试范围
由于多数的镜头是圆形,因次测试线条除了可以是直的外 测试垂直象限的表现外,也可以测试横向线条来理解水平象限的表现。所以,透过数据的整理绘制成图之后,我们大致上可以看出以下四种模式:
本图摘自PHOTO ZONE
这样的线条模式,代表其锐利度和对比非常的好,MTF值几乎没有衰减。
这张图表示镜头的解像力表现相当好,但红虚线
(40 lp/mm)的异常下降告诉我们,这个镜头对结构细腻的物件拍摄仍有它的极限。
此图的曲线告诉我们,这个镜头有好的解像力,因为曲线下降的斜率较缓。但对比较差 (蓝色的实线和虚线(5 lp/mm)MTF值低于 90%)
这样的表现,代表您可能需要多花点钱买个好镜头才是。

好文章呀

就是感觉有点乱,能不能提供格式正确的原文?

文章难度有点,其实很多sensor在选择的时候都是肉眼看其效果,这可能是因为没有这样的设备,camera是有很多参数要来参考的,比如MTF,比如景深,比如镜头组成啊,chief angle,焦距,等等,后期还有什么水波纹,曝光,自动白平衡,灰阶,伽马什么的,做细了,还是又很多的东西在里面的!

是的,手机厂家一般是没这些什么专业设备的,只有在厂家那里有,大概用肉眼看一下效果,对比一下就行了,具体细节要测只能去厂家测了。

是的,手机厂没有这种专业设备,就是module house 也打部分没有这种设备,就是用肉眼看看就了事了,在VGA还可以说的过去,但是到2.0 Mega就完蛋了

好文章,我正在找着一方面的资料,谢谢

好文。这就是所谓的深入浅出。

现在这些chart并不贵。现在EDATOP网上商城到货一批美国Sine Patterns的ISO12233标准分辨率测试卡与美国GretagMacbeth品牌的 ColorChecker,并赠送相关测试软件。详细规格请见下面网址
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