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分辨率， 反差， MTF值 |
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提高照片锐度的方法有很多种。一种是使用大型胶片拍摄，另一种就是选用锐利的镜头。本文将介绍什麽是镜头的MTF值（模量传递函数）以及锐度和反差的区别。还将介绍如何理解镜头的MTF值的测试曲线图。
锐度、分辨率、反差、明度和MTF值这些术语一般并不是很容易区别开的。锐度和反差的区别在哪里呢？乍一看来，这似乎是一个很初级的问题，锐度就是相片拍摄后清楚与否，而反差就是相片最亮和最暗处的差异表现。如果再往深处想一想，这种回答并不完善。这取决于你想说明什麽，锐度和分辨率是表述同一事物的两种方式，而明度却被用在很多地方，其含义也都不完全相同。MTF值即模量传递函数将在本文给于详细说明。
被摄体
拍摄一个全黑或全白的物体是很容易的。用酒瓶底当镜头来拍摄，拍出的照片也是黑色或白色。锐度很好，反差也可接近100%。但是如果要拍摄一个比较复杂的物体，细节再现就变得比较困难了。如果被摄体是一块白背景上有黑色线条的平板，我们希望黑线条反映在底片上的宽度为1/2毫米，也就是说底片上每毫米的宽度上有一黑一白两道线，就叫做线频为1线对/毫米（1lp/mm）。拍摄这种被摄体，使用简易镜头已经足够锐利。但是如何来评判反差呢？反差就是在底片上体现的黑白线条的明暗差别与实际黑白线条明暗差别的比值。如果被摄体的黑白线条越来越细（即线频越来越高），用镜头来以锐利并且适当的反差来再现他们就会越来越难。
人行横道
如果我们在较近的位置拍摄一个画有黑（金属包覆）白线带的人行横道，使得黑白线带在底片上的宽度为2毫米。此时，黑白线带间的反差在底片上表现很高，这是因为即使很差的镜头也能清晰的再现这一细节。但是如果要用镜头去完全再现白线带内极细微的裂纹，就变得不那麽容易了。紧贴裂纹的白色与黑色混在一起，黑白之间的反差明显降低，这是因为低档的镜头无法处理这一细节。
在我们讨论这些黑白线条的反差的时候，也很容易理解我们同时涉及到了锐度。简易镜头对黑白线条的较低再现同时可被理解为锐度较低。
因此我们可以得出结论，锐度和反差其实是一回事，其不同之处仅在于，当被摄体的细节粗大简练时（线频低），我们常用反差一词，而当被摄体的细节精细至微时（线频高），我们就用锐度或分辨率来表达。
模量传递函数
简单的说，MTF值可用来评估不同线频时的黑白线条的反差，并给出一个镜头性能的客观评价。当黑白线条通过镜头成像以后，MTF值可以反映出成像后黑白条的反差。对于某一特定的线频，如果镜头的MTF值为0.85，就意味着成像后的剩余反差是被摄体原始反差的85%。这种反差的降低不仅仅影响着黑白色表面，也以同样比例影响着不同灰度的表面。一般说来，所有镜头，无论昂贵的还是便宜的，在线频很低时的MTF值都几乎可达100%，也就是说，都可以再现简洁粗大的被摄体表面。而在线频非常高时，它们的MTF值都几乎是0，世界上还没有镜头可以成功的再现1000线对/毫米的例子。这样可以看出，镜头的MTF值是在100%和0%之间。镜头的性能可以如下图所示以一条曲线来表示：
图中X轴代表线频，从0点向右延伸，就意味着线频越来越高。Y轴代表镜头的MTF值，从0到100%。从0点向上，说明镜头再现被摄体反差的能力越来越强。如果能够把被摄体的两个暗部表面的差别完全反映到底片上，则MTF值就是100%。这种情况实际上很鲜见，大部分情况反差都会降低。测量一下底片上黑度与实际黑度的差别，我们就得到了该镜头的MTF值。
本图实际上并不是本网站向大家提供的镜头的MTF值曲线图。从本图中只能反映底片上某一点处的MTF值（如底片中央），而且给出的是在该点处所有线频下的MTF值。本网站提供给大家的是对应于三种线频，从底片中心（X轴的最左边）到底片的端角处（X轴的最右边）的MTF值曲线图。
分辨率与反差
经常听到有人评论：“这个镜头很锐，但反差不好。”或者说“那个镜头反差高，但是不锐。”实际上，他们的话的真正含义是什麽并不清楚。这实际上是一个关于镜头的多层镀膜的问题。镀膜较差的镜头在特定光线下（如直射光）再现的反差较低，但不会降低分辨率。但它们通常并不谈及多层镀膜。为了追求一个锐利的镜头，好像不必刻意去追求高的反差。实际上，重要的事情是，必须要对细节再现到一个可容忍的反差程度。人们在读白纸黑字时，要求的最低反差是20%。低于20%读起来就吃力了。从MTF值曲线图上检验细节的精细度，细节越精细，分辨率就越高。
对于一个高反差的镜头，在低线频时表现出来的MTF值就高。这种镜头有可能在50线对/毫米时MTF值就降到了0，但在此前却有较高的MTF值。这种镜头追求的是高反差，但分辨率却不一定好。
图中实线代表低线频时反差高的镜头——不妨称之为“反差型镜头”。虚线代表高分辨率镜头。
衍射
衍射是一种与光波特性有关的现象。当一束光通过一个锐利的边缘时，会发生轻微的散射。当光线通过镜头时，受到了光圈直径的限制。光圈形成了一个锐利的边缘，造成光线的轻微散射。换句话说，光圈边缘造成了一定程度的成像模糊，这就是所谓的衍射现象。
由于衍射现象只发生在靠近光圈边缘通过的光线处，“模糊光”的比例随着增大光圈而减少。无论光圈制作的多麽精细，也不论镜头有多麽昂贵，都无法解决衍射的问题。
图中实线代表光圈值为5.6时的衍射影响限，虚线代表光圈值为22时的衍射影响限。
如果只考虑衍射的影响，当使用小光圈时MTF值会自动降低，在高线频时MTF值受到的影响最大。而实际上，可以影响MTF值的因素很多，制造大光圈的镜头要比制造小光圈的镜头难得多，镜头口径越大，设计和加工的难度也就越大。实际上，在使用大光圈镜头摄影时，是以牺牲MTF值为代价的。
从MTF值的角度上考虑，制造镜头的目标要尽量接近衍射的影响限。一般的来说，最大光圈的MTF值都在衍射限曲线以下，而小光圈的MTF值几乎与衍射限相同。
大光圈意味着衍射的影响最小，但光学系统的制造误差最大。小光圈则正好相反。一般说来，镜头锐度最好处一般都在光圈值为8和11的时候。
图中的虚线为施耐德Symmar150f5.6镜头，使用光圈为f11的MTF值。实线为同一镜头，使用光圈f22的MTF值。从图中可以看出，此时的MTF值是低于图3所示的衍射限曲线的。
聚焦不准的多种因素
没有十全十美的镜头。每个镜头都或多或少有其使用限制。而且都受到诸如衍射、球差、色差、慧差和像散的影响。测量MTF值时，很难确定究竟是谁的影响。实际上作为一个摄影者也并不需要去了解它们。摄影者需要知道的是怎样才能最好的再现影像，即在什麽光圈下成像最锐利？MTF值的测试结果将给出最好的答案。MTF值还可以使人了解到镜头可以给予各种细节怎样的再现。如果想用小的底片去制作大幅照片，首先就要知道手中的镜头是否能够再现那些微小的细节而不至于使它们显得太模糊，这是需要那种在高线频时具有高的MTF值的镜头的。
如何理解我们的MTF值线图
对一个镜头MTF值的全面测量产生出一个镜头的初步信息，然后要对这些信息进行整理提炼。
首先，我们的MTF值曲线图并不提供所有线频的MTF值，而是选出了摄影实践最需要的三种线频下的数值。这些选择无论对测试还是数学计算都是可接受的。
选定的线频分别是10、20和40线对/毫米。最重要的是10线对/毫米，其加权（侧重平均）系数占到57%，20线对/毫米的加权系数为29%，40线对/毫米为14%。
曲线代表着整个图片表面。X轴左端为画面的中心，右端则代表画面的端角（对35毫米底片代表距中心21毫米处）。
图中有六条曲线。每个线频均对应于两条曲线（一实一虚）。实线代表着径向的分辨率，而虚线代表切线方向的分辨率。它们分别给出了当被摄线条穿过画面中心（径向）和围绕画面中心（切向）时的镜头的锐利程度。当实线和虚线不一致，也就是说径向的MTF值和切向的MTF值不同时，就说明镜头有像散等误差。如果两条线的分辨率差别很大，譬如说有15毫米，那就说明一个距离画面中心15毫米的圆点拍摄后就变成了一个椭圆形，图像在一个方向上的清晰度要比在另一方向上的清晰度差很多。一般说来，两条曲线的起点应该相同。如果不相同，说明镜头的装配有问题。
测量MTF值时使用了三档光圈。全开、f4和f8。但在曲线图上只给出了全开光圈和f8的数据。
像场弯曲
一般的用于放大或翻拍的镜头都要求有一个平面聚焦像场。但是，一般的照相机镜头，由于常用于拍摄三维空间，所以对平面像场的要求就不那麽严格。如果镜头的设计师被允许放松对这方面的要求，我们可以在其他方面受益。在测量MTF值时，我们把焦点对在画面的中心，在测量画面端角处时也不需再对焦。如果镜头有像场弯曲时，就会在标绘时显示出来，这是因为MTF值会偏离中心，在测量大光圈镜头时更是这样。事实上，下降的曲线并不就是意味着画面端角处的锐度很糟，有可能是端角处的聚焦不实所造成。在实际拍摄三维空间的物体时，这就不被视作一个主要问题了。
畸变
在实践中，畸变意味着再现被摄体后尺度的变形。一条直线通过镜头后就不再是一条直线，它会向内或向外弯曲。向外弯曲其畸变值就是负的，也叫做桶型畸变。正的畸变也被称作枕型畸变。
中画幅相机和35毫米相机
我们采用相同的办法给不同画幅的相机镜头打分。尽管6*6的负片不必放大到35毫米负片那样大，在评判它们时还是采用了同样的方法。35毫米负片被放大到6*6负片的1.75倍还多。为了获得同样的分辨率，6*6镜头采用的用于比较MTF值的空间频率只有35毫米相机镜头的57%。
但是，由于人们明显期望通过使用6*6底片获得更好的分辨率，我们对这些镜头也是按同样的要求去做的。
拉尔斯.耶尔博格著,江少军译
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责编:东子 |
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