分辨率, 反差, MTF值
A4K.,bZ 拉爾斯.耶爾博格著, 江少軍譯
).k DY ?s &p0e)o~Ux 提高照片銳度的方法有很多種。一種是使用大型膠片拍攝，另一種就是選用銳利的鏡頭。本文將介紹什麼是鏡頭的MTF值（模量傳遞函數(shù)）以及銳度和反差的區(qū)別。還將介紹如何理解鏡頭的MTF值的測(cè)試曲線圖。
UO/sv2CN 銳度、分辨率、反差、明度和MTF值這些術(shù)語(yǔ)一般并不是很容易區(qū)別開(kāi)的。銳度和反差的區(qū)別在哪里呢？乍一看來(lái)，這似乎是一個(gè)很初級(jí)的問(wèn)題，銳度就是相片拍攝后清楚與否，而反差就是相片最亮和最暗處的差異表現(xiàn)。如果再往深處想一想，這種回答并不完善。這取決于你想說(shuō)明什麼，銳度和分辨率是表述同一事物的兩種方式，而明度卻被用在很多地方，其含義也都不完全相同。MTF值即模量傳遞函數(shù)將在本文給于詳細(xì)說(shuō)明。
N; 7/C
被攝體
Ui{%q @ 拍攝一個(gè)全黑或全白的物體是很容易的。用酒瓶底當(dāng)鏡頭來(lái)拍攝，拍出的照片也是黑色或白色。銳度很好，反差也可接近100%。但是如果要拍攝一個(gè)比較復(fù)雜的物體，細(xì)節(jié)再現(xiàn)就變得比較困難了。如果被攝體是一塊白背景上有黑色線條的平板，我們希望黑線條反映在底片上的寬度為1/2毫米，也就是說(shuō)底片上每毫米的寬度上有一黑一白兩道線，就叫做線頻為1線對(duì)/毫米（1 lp/mm）。拍攝這種被攝體，使用簡(jiǎn)易鏡頭已經(jīng)足夠銳利。但是如何來(lái)評(píng)判反差呢？反差就是在底片上體現(xiàn)的黑白線條的明暗差別與實(shí)際黑白線條明暗差別的比值。如果被攝體的黑白線條越來(lái)越細(xì)（即線頻越來(lái)越高），用鏡頭來(lái)以銳利并且適當(dāng)?shù)姆床顏?lái)再現(xiàn)他們就會(huì)越來(lái)越難。
?pDr"XH~ 人行橫道
c OYD N[k 如果我們?cè)谳^近的位置拍攝一個(gè)畫(huà)有黑（金屬包覆）白線帶的人行橫道，使得黑白線帶在底片上的寬度為2毫米。此時(shí)，黑白線帶間的反差在底片上表現(xiàn)很高，這是因?yàn)榧词购懿畹溺R頭也能清晰的再現(xiàn)這一細(xì)節(jié)。但是如果要用鏡頭去完全再現(xiàn)白線帶內(nèi)極細(xì)微的裂紋，就變得不那麼容易了。緊貼裂紋的白色與黑色混在一起，黑白之間的反差明顯降低，這是因?yàn)榈蜋n的鏡頭無(wú)法處理這一細(xì)節(jié)。
'M90Yia 在我們討論這些黑白線條的反差的時(shí)候，也很容易理解我們同時(shí)涉及到了銳度。簡(jiǎn)易鏡頭對(duì)黑白線條的較低再現(xiàn)同時(shí)可被理解為銳度較低。
U|(+-R8Z 因此我們可以得出結(jié)論，銳度和反差其實(shí)是一回事，其不同之處僅在于，當(dāng)被攝體的細(xì)節(jié)粗大簡(jiǎn)練時(shí)（線頻低），我們常用反差一詞，而當(dāng)被攝體的細(xì)節(jié)精細(xì)至微時(shí)（線頻高），我們就用銳度或分辨率來(lái)表達(dá)。
I[ \~ pi, 模量傳遞函數(shù)
Q ?{%c[s 簡(jiǎn)單的說(shuō)，MTF值可用來(lái)評(píng)估不同線頻時(shí)的黑白線條的反差，并給出一個(gè)鏡頭性能的客觀評(píng)價(jià)。當(dāng)黑白線條通過(guò)鏡頭成像以后，MTF值可以反映出成像后黑白條的反差。對(duì)于某一特定的線頻，如果鏡頭的MTF值為0.85，就意味著成像后的剩余反差是被攝體原始反差的85%。這種反差的降低不僅僅影響著黑白色表面，也以同樣比例影響著不同灰度的表面。一般說(shuō)來(lái)，所有鏡頭，無(wú)論昂貴的還是便宜的，在線頻很低時(shí)的MTF值都幾乎可達(dá)100%，也就是說(shuō)，都可以再現(xiàn)簡(jiǎn)潔粗大的被攝體表面。而在線頻非常高時(shí)，它們的MTF值都幾乎是0，世界上還沒(méi)有鏡頭可以成功的再現(xiàn)1000線對(duì)/毫米的例子。這樣可以看出，鏡頭的MTF值是在100%和0%之間。鏡頭的性能可以如下圖所示以一條曲線來(lái)表示：
F L0uY0K 7nZPh3% 圖中X軸代表線頻，從0點(diǎn)向右延伸，就意味著線頻越來(lái)越高。Y軸代表鏡頭的MTF值，從0到100%。從0點(diǎn)向上，說(shuō)明鏡頭再現(xiàn)被攝體反差的能力越來(lái)越強(qiáng)。如果能夠把被攝體的兩個(gè)暗部表面的差別完全反映到底片上，則MTF值就是100%。這種情況實(shí)際上很鮮見(jiàn)，大部分情況反差都會(huì)降低。測(cè)量一下底片上黑度與實(shí)際黑度的差別，我們就得到了該鏡頭的MTF值。
gv#\}/->4 本圖實(shí)際上并不是本網(wǎng)站向大家提供的鏡頭的MTF值曲線圖。從本圖中只能反映底片上某一點(diǎn)處的MTF值（如底片中央），而且給出的是在該點(diǎn)處所有線頻下的MTF值。本網(wǎng)站提供給大家的是對(duì)應(yīng)于三種線頻，從底片中心（X軸的最左邊）到底片的端角處（X軸的最右邊）的MTF值曲線圖。
Jd2.j?P= 分辨率與反差
jG5HW*>k0 經(jīng)常聽(tīng)到有人評(píng)論：“這個(gè)鏡頭很銳，但反差不好�！被蛘哒f(shuō)“那個(gè)鏡頭反差高，但是不銳�！睂�(shí)際上，他們的話的真正含義是什麼并不清楚。這實(shí)際上是一個(gè)關(guān)于鏡頭的多層鍍膜的問(wèn)題。鍍膜較差的鏡頭在特定光線下（如直射光）再現(xiàn)的反差較低，但不會(huì)降低分辨率。但它們通常并不談及多層鍍膜。為了追求一個(gè)銳利的鏡頭，好像不必刻意去追求高的反差。實(shí)際上，重要的事情是，必須要對(duì)細(xì)節(jié)再現(xiàn)到一個(gè)可容忍的反差程度。人們?cè)谧x白紙黑字時(shí)，要求的最低反差是20%。低于20%讀起來(lái)就吃力了。從MTF值曲線圖上檢驗(yàn)細(xì)節(jié)的精細(xì)度，細(xì)節(jié)越精細(xì)，分辨率就越高。
LF<&gC 對(duì)于一個(gè)高反差的鏡頭，在低線頻時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的MTF值就高。這種鏡頭有可能在50線對(duì)/毫米時(shí)MTF值就降到了0，但在此前卻有較高的MTF值。這種鏡頭追求的是高反差，但分辨率卻不一定好。
nla6QlFYn* e~'` x38 圖中實(shí)線代表低線頻時(shí)反差高的鏡頭——不妨稱之為“反差型鏡頭”。虛線代表高分辨率鏡頭。
hlTbCl 衍射
6_LeP9s ) 衍射是一種與光波特性有關(guān)的現(xiàn)象。當(dāng)一束光通過(guò)一個(gè)銳利的邊緣時(shí)，會(huì)發(fā)生輕微的散射。當(dāng)光線通過(guò)鏡頭時(shí)，受到了光圈直徑的限制。光圈形成了一個(gè)銳利的邊緣，造成光線的輕微散射。換句話說(shuō)，光圈邊緣造成了一定程度的成像模糊，這就是所謂的衍射現(xiàn)象。
iCt.rr~;V 由于衍射現(xiàn)象只發(fā)生在靠近光圈邊緣通過(guò)的光線處，“模糊光”的比例隨著增大光圈而減少。無(wú)論光圈制作的多麼精細(xì)，也不論鏡頭有多麼昂貴，都無(wú)法解決衍射的問(wèn)題。
k4TWfl^}9 5E:$\z; 圖中實(shí)線代表光圈值為5.6時(shí)的衍射影響限，虛線代表光圈值為22時(shí)的衍射影響限。
pl[J!d.c 如果只考慮衍射的影響，當(dāng)使用小光圈時(shí)MTF值會(huì)自動(dòng)降低，在高線頻時(shí)MTF值受到的影響最大。而實(shí)際上，可以影響MTF值的因素很多，制造大光圈的鏡頭要比制造小光圈的鏡頭難得多，鏡頭口徑越大，設(shè)計(jì)和加工的難度也就越大。實(shí)際上，在使用大光圈鏡頭攝影時(shí)，是以犧牲MTF值為代價(jià)的。
IgT`on3Y 從MTF值的角度上考慮，制造鏡頭的目標(biāo)要盡量接近衍射的影響限。一般的來(lái)說(shuō)，最大光圈的MTF值都在衍射限曲線以下，而小光圈的MTF值幾乎與衍射限相同。
k $EVr([ 大光圈意味著衍射的影響最小，但光學(xué)系統(tǒng)的制造誤差最大。小光圈則正好相反。一般說(shuō)來(lái)，鏡頭銳度最好處一般都在光圈值為8和11的時(shí)候。
s0kp(t!fiu 8xpplo8 圖中的虛線為施耐德Symmar 150 f5.6鏡頭，使用光圈為f11的MTF值。實(shí)線為同一鏡頭，使用光圈f22的MTF值。從圖中可以看出，此時(shí)的MTF值是低于圖3所示的衍射限曲線的。
q2GW3t 聚焦不準(zhǔn)的多種因素
a QH6akH 沒(méi)有十全十美的鏡頭。每個(gè)鏡頭都或多或少有其使用限制。而且都受到諸如衍射、球差、色差、慧差和像散的影響。測(cè)量MTF值時(shí)，很難確定究竟是誰(shuí)的影響。實(shí)際上作為一個(gè)攝影者也并不需要去了解它們。攝影者需要知道的是怎樣才能最好的再現(xiàn)影像，即在什麼光圈下成像最銳利？MTF值的測(cè)試結(jié)果將給出最好的答案。MTF值還可以使人了解到鏡頭可以給予各種細(xì)節(jié)怎樣的再現(xiàn)。如果想用小的底片去制作大幅照片，首先就要知道手中的鏡頭是否能夠再現(xiàn)那些微小的細(xì)節(jié)而不至于使它們顯得太模糊，這是需要那種在高線頻時(shí)具有高的MTF值的鏡頭的。
~6vz2DuB= 如何理解我們的MTF值線圖
M>Q]{/V7T 對(duì)一個(gè)鏡頭MTF值的全面測(cè)量產(chǎn)生出一個(gè)鏡頭的初步信息，然后要對(duì)這些信息進(jìn)行整理提煉。
+Y\:Q<eMFg 首先，我們的MTF值曲線圖并不提供所有線頻的MTF值，而是選出了攝影實(shí)踐最需要的三種線頻下的數(shù)值。這些選擇無(wú)論對(duì)測(cè)試還是數(shù)學(xué)計(jì)算都是可接受的。
IRdt:B|@ 選定的線頻分別是10、20和40線對(duì)/毫米。最重要的是10線對(duì)/毫米，其加權(quán)（側(cè)重平均）系數(shù)占到57%，20線對(duì)/毫米的加權(quán)系數(shù)為29%，40線對(duì)/毫米為14%。
ON
