解读MTF曲线

赣悠馆 2018-06-14

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镜头素质与镜头分类

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镜头素质

本期文章是关于镜头的第二章，会提及一些关于画幅的东西，这两个是密不可分的，不能独立分开讲。

在上一期我们讲了厂家设计镜头时会给予特定和法兰距和卡口，而一个镜头的卡口直径决定了它的最大成像圈，也就是它能够覆盖的像场。

有效画幅是像场的一部分，这两个不能完全等同。在一个新镜头设计的时候，它的最大像场是肯定比它的有效画幅的范围大的。这个道理来源于镜头的光学特性，在凸透镜成像的时候，它的中心画质永远比边缘画质好，原因在于光线通过透镜的时候会发生衍射，最终的成像不是一个点，而是一个弥散圆，这个弥散圆就是镜头的像场。根据透镜的特性，弥散圆的靠中心部分光线更集中，明度更高，成像更清晰，分辨率也更高；而靠近弥散圆的边缘部分光线更分散，明度更低，成像更模糊，还容易产生色散，分辨率也更低，所以有的镜头在它的边角部分会出现暗角，就是这么来的。如果画一条从弥散圆中心到变圆的直线，每隔一个固定的距离来采样它的分辨率，就会发现镜头的分辨率（从中心到边缘）呈调制传递函数（Modulation Transfer Function）递减，所以如何判断一个镜头的解析程度的好坏，我们就用MTF曲线来衡量。

MTF曲线也决定了一个镜头的成像质量，所以在每个厂商它每一个镜头的详情页，我们都可以看到这只镜头的MTF曲线图（引以为傲的第二个地方）

索尼蔡司Vario-Tessar T* FE 24-70mm F4 ZA OSS的MTF曲线

佳能EF 24-70mm f/4L IS USM的MTF曲线

那么，如何解读MTF曲线呢？

MTF曲线图显示的是镜头对对比度的还原情况，纵轴表示对比度的优劣，横轴表示与成像中心的距离。另外，图中10线/毫米的曲线越接近1（最大值），镜头的成像对比度就越好。另一方面，30线/毫米的曲线越接近1，镜头分辨力就越高。“线/毫米”这一单位的意思是，以1毫米宽度为单位，其中有多少根白黑相间的条纹。比方说，10线/毫米的意思可以理解为在1毫米宽度的范围内排列有10条线。MTF值的测试需要拍摄印有达到上述密度条纹的图表。然后测量拍摄结果进行分析得出数值。如果是变焦镜头要分别测量远摄端和广角端的MTF值，根据所得数值可以大概掌握镜头性能。

*锐度是acutance，而不是sharpness，虽然两个词都是锐度的意思，但两者表示的是不同的东西，sharpness其实指的是照片的清晰度

acutance是指黑白色调的边界的锋利或锐利程度，即黑白边界处的对比度。高acutance照片的黑白边界非常清晰

锐度：边界处影像信息过渡的快慢；高锐度导致信息的迅速过度从而使得边界清晰可见。

分辨率：描述的是对空间细节分辨的能力。如果能把相邻非常近的线条分开，我们就说这个相机或镜头分辨率高

对比度：与锐度是相联系的，显然高对比度对应高锐度，低对比度对应低锐度。对比度和锐度可以互换。

sharpness是分辨率和锐度的结合。如果一幅图像有高的分辨率和高的边缘锐度，那么我们说这幅图像具有高的sharpness（清晰度）。分辨率和边缘对比度任何一个不够高，这幅图画的清晰度都不够。

总结

清晰度=sharpness

锐度=acutance

分辨率=resolution

对比度=contrast

清晰度=对比度+分辨率或者清晰度=锐度+分辨率

分辨率通过相机和镜头体现；锐度通过后期来增强

简单的来说，就是MTF曲线越靠近Y轴的顶端，这个镜头的解像力就越好

通过上面两个MTF曲线对比可以得出结论，对于整体来言，佳能的24-70素质是比索蔡的24-70好的（无论是中心还是边角）

镜头的成像素质也不止是可以用MTF曲线来表示，只是说MTF曲线能够更直观进行观察

真正决定镜头素质的是以下几种像差（物理-光学部分，只提及以下，感兴趣自行百度）

简而言之，上面几种像差影响成像的形状，下面几种影响成像的颜色

最常见的就是畸变和色散（位置色差），这两种也非常容易在后期上面进行校正。

*一般生产厂商会提供校正文件给后期软件商，可以非常方便的更新新镜头的校正文件和为用户节省时间

*只有RAW文件（以后讲）会记录镜头的参数，才能自动进行校正，JPG文件不会记录，需要手动校正或手动查询文件

*无反（微单）相机可以进行机内校正，更方便

Photoshop里的镜头校正界面

关于镜头的成像素质就到这里了

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镜头的分类

-根据镜头的内部结构可以分为定焦镜头和变焦镜头

定焦镜头：焦距固定的镜头

变焦镜头：焦距可变的镜头

焦距：焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指平行光入射时从透镜光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片中心到底片或传感器等成像平面的距离。因为距离短所以用mm来作为计量单位

*定焦镜头并不是真正的固定焦距，在对焦时会因为前镜组的位移造成呼吸效应，使得焦距在很短的范围内产生微弱的改变

常见的定焦镜头焦段（全画幅）：8mm/14mm/24mm/28mm/35mm/40mm/50mm/85mm/105mm/300mm/600mm

常见的变焦镜头焦段（全画幅）：

8-14mm/12-24mm/16-35mm/24-70mm/28-70(85)mm/24-105mm/70-200(300)mm/400-600mm

-根据镜头的焦距可以分为超广角镜头（鱼眼镜头），广角镜头，标准镜头，长焦镜头（远摄镜头），超长焦镜头

超广角镜头：镜头焦距为4~14mm的镜头，光圈一般为F4/F5.6,特征是前镜组突出，像鱼眼，有的时候也叫鱼眼镜头，使用场景是超大场景的拍摄，风景/星空

如索尼FE 12-24mm F4 G

广角镜头：镜头焦距为16~28mm的镜头，光圈一般为F2.8/F4，特征是前镜组微微突出，比超广角更常用，建筑拍摄

如索尼FE 16-35mm F2.8 GM

标准镜头：镜头焦距为35~85mm的镜头，光圈一般为F2.8/F4/F3.5-5.6,黄金焦段，日常拍摄

如索尼FE 24-70mm F2.8 GM

长焦镜头：镜头焦距为105~400mm的镜头，光圈一般为F2.8/F4,老法师焦段，打鸟/远距离取景/特写/演唱会，体积比较大，有脚架环

如索尼FE 70-200mm F2.8 GM OSS

超长焦镜头：镜头焦距为300~无穷远的镜头，光圈一般为F4.5-5.6/F8,野生动物/运动（体育），体积特别大，必须搭配脚架环使用

如索尼FE 100-400mm F4.5–5.6 GM OSS

镜头的焦距还会影响视角和透视形变，长焦镜头更可以提供大光圈以外的额外景深（虚化）

焦距与视角的关系

焦距与透视形变的关系

GIF

*所以为什么广角镜头可以拉长身高

-根据镜头的特殊结构可以分为折返镜头，移轴镜头，微距镜头和普通镜头

折返镜头（天文望远镜头/深空镜头）：根据字义，折射并反射的镜头，因为镜头内部有一块反光镜，反光镜通过周围光路进入，再折射进反光镜，最后反射进传感器，因为口径大，体积也特别大，光圈一般在F8~以上，焦距都在100mm以上，特点是色散小，但是锐度低，焦外光斑会形成甜甜圈样（这种镜头现在用的很少了，没有厂商在生产了，在任何镜头的前镜组前面加上一片图形或用垫片挡住留出一部分形状都可以形成焦外异形光斑）

甜甜圈（来源于不知名的老法师）

异形焦外

移轴镜头：用于微缩景观（移轴摄影）的镜头，中镜组的位置有可以调整光轴偏移角度的旋钮，它原本被发明出来不是为了拍上下虚化的移轴照片，而是为了纠正广角镜头的透视形变（透视形变和畸变不同，小词典里面讲），但是使用者意外发现了它对大场景的微缩特性，于是创立了新的门派——微缩摄影

如佳能TS-E 50mm f/2.8L 微距

微缩景观

微距镜头：通过改变镜头组的移动，提高其放大倍率，光圈都是F2.8，会标注Macro，前镜组一般会突出，但是焦距不变，也有变焦镜头附带微距功能的，一般的变焦镜头在长焦端都有一定的微距能力

如索尼FE 50mm F2.8 Macro

微距摄影

*可见明显的焦外二线性

-根据镜头的光圈可变性分为恒定光圈镜头和范围变化光圈镜头

恒定光圈镜头并不是说他的光圈值不能改变，而是指它的最大光圈值可以在所有焦段范围都可以保持，范围变化光圈镜头反之

如刚才的索尼FE 24-70mm F2.8 GM就是一个恒定光圈镜头，在整个变焦范围里都可以保持2.8的光圈

常见的范围变化光圈镜头如28-70mm F3.5-5.6 它的光圈大小会随着焦距改变，但是它也可以变成恒定光圈镜头，当光圈为F5.6时，这个镜头就变成了28-70mm F5.6的恒定光圈镜头

*结论：镜头铭牌上标注的光圈值是指的他的最大光圈值

-根据镜头的操控可以分为手动镜头和自动对焦镜头（不多说）：自动对焦镜头可以通过改变对焦转换拨杆变成手动镜头

-根据镜头的用途可以分为手机镜头（镜头组和外置），摄影镜头，电影镜头（包括广播镜头），天文望远镜头（深空镜头）

简单提提

手机镜头是镜头组和传感器封装在一起的，手机主镜头都是28mm（等效35mm全画幅）的定焦镜头，它的变焦方式都是数码对焦，当然现在有了2个甚至3个摄像头的手机，副镜头的焦距为50mm，便可以实现光学变焦

*数码变焦画质会损失，实质上是将传感器的像素进行放大倍率的裁剪，再插值运算放大到原画幅的比例上，像素变少，画质降低

摄影镜头：给照相机用的镜头，可以自动对焦，体积较同焦距的电影镜头小，用F值衡量光圈大小，卡口上有金属触点，可以实现数据传输，有的镜头为了节省成本为塑料卡口，易折断（根据画幅不同有M4/3/APS-C/35mm全画幅/中画幅）

非常出名的苏联产Helios-44M(八羽怪)

八羽怪出名的旋焦效果

电影镜头：给录像机/广播系统/电影机用的镜头，都是手动对焦，用跟焦器实现跟焦，用T值衡量光圈大小，卡口上没有触点，不能实现数据传输，体积较大，光学素质比同焦距的摄影镜头好，都是全金属镜身（根据画幅不同有2/3''/1''/M4/3/super35mm/35mm全画幅）

佳能电影定焦镜头套组

佳能电影镜头和RED EPIC电影机

结论：根据你要拍摄的题材，合适的选择不同种类的镜头

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镜头与画幅

之前提到了镜头的最大成像圈是比传感器面积大的

这样做的目的是可以尽量保持整个传感器都可以使用到弥散圆的尽量中心部分，以保持优良的光学素质

为什么许多摄影师反复强调传感器的画幅是照片的画质关键所在

简单总结

1.画幅越大，景深越浅，虚化越好

2.画幅越大，单位像素的体积越大，获取的光线就越多，就越接近人眼真实所见光线环境和色彩

3.画幅越大，像素与像素间的距离就更大，可以有效减少放大电路后的磁场干扰，提升暗光画质和高感（高感光度）画质，有效减少画面噪点，提供更纯净的画面

4.画幅越大，传感器成本就越高，相机价格也就越高，展示个人经济实力的表现（这一条当我没说）

为了更加直观的展示不同画幅的大小，从各个渠道收集了一堆图片

慢慢体会

电影机的Super35mm传感器

*注

1.小于1''（英寸）的传感器大部分都是运用于手机上的，手机在高ISO下画质差也就是这么来的（常说的相机画质比手机好也是这么来的）

2.2/3''、1''和M4/3画幅的传感器是电视广播-直播录像机的画幅，2/3''的在国内最常用，比如说电视台的松下和索尼的机器，1''的常见于便携机和DV以及卡片相机，最近被这两家运用到了广播电视系统上，画质提升明显。M4/3画幅的传感器常见于奥林巴斯和松下的无反上，松下的高端广播摄像机也是用的这个，画质更优秀

3.APS-C画幅是各家单反/无反的中低端产品用的传感器大小，因为成本较低，画质提升明显，比较适合初学者练手，到达2400w像素后已经很难再提升了，加上各家正在提升摄影的门槛和质量，以后的APS-C机器也会越来越少

（值得一提的是，渣能比较坑，他的APS-C传感器比其他家的长宽都要少上几mm

emmm……）

4.全画幅（FF-Full Frame），这个名词是一群日本老法师提出来的，原意在于“更加完全的”画幅。它的学名应该叫做35mm标准画幅，和原来使用的胶片大小一样，对角线长度是35mm。各家竞争力所在（没有哪个摄影师没有一台全画幅相机），优点在于景深合适，画质优秀，可以很好的控制成本

5.APS-H和Super35mm传感器，这俩的大小差不多，区别在于APS-H是16:9的宽高比，Super35依旧是传统的3:2的宽高比，和APS-C一样，Super35没有一个固定的宽和高，所以每一家的Super35传感器大小都不一样。APS-H传感器运用在佳能的速度机型上，Super35传感器运用在电影机上

6.2017年后的很多电影机都提供Super35mm和35mm全画幅两个版本，后者前面说过，景深更优秀，广角表现更好（如第三张图）。值得一提的是Super35是在胶片时代偶然发明出来的。

传统的胶片相机底片滚动都是横向的，成像后为横向的3:2宽高比的照片，一般来说一个胶卷可以拍36张照片，极限情况下可以拍大约40张照片，当然也有半格机拍摄1:1的方形照片，数量为两倍（拍立得宽高比的来源），都是电影都是宽幅的，不能用1:1的比例来拍，所以柯达的一个摄影师机智的将胶卷竖着滚动，在保证宽幅的情况下可以拍摄更长片场的电影，同时节约了胶卷，一举两得

Super35mm胶卷就这样诞生了，所以Super35的长就是35mm标准画幅的宽，s35的宽就是35mm的一半

7.市面上73%的传感器都是索尼生产的，特别是中高端手机摄像头对它的需求极大，经常供不应求，2015甚至因为日本地震造成国产手机不能发货的奇观

其次是佳能的传感器，但是因为技术没有索尼先进，在宽容度上经常被吐槽，但是佳能传感器对于人像肤色的表现非常好，又扳回了一局，再其次就是松下和富士，松下的叫Live MOS,富士的叫X-Trans MOS，各有各的特色，尼康自己不生产传感器，只是把图纸交给索尼生产

重要部分来了

因为不同画幅所对于镜头的像场不一样，小像场的镜头不能完全覆盖大像场

这个时候就存在一个转换系数，用来统一每一种画幅的参数

*即以35mm标准画幅为准（所以它叫这个名字），用35mm胶片的面积大小除以需要转换的画幅面积大小就得到了转换系数

比如说

35mm/APS-C（Sony）=1.5 倍的转换系数

35mm/APS-C（Canna）=1.6

35mm/S35=1.4 ……

35mm/M4/3=2 ……