鏡頭的六項(xiàng)指標(biāo)評價
鏡頭的成像質(zhì)量是前述各種像差綜合作用的結(jié)果,通常用以下6 個指標(biāo)來判斷鏡頭的光學(xué)素質(zhì)。
1. 分辨率、 2. 銳度與調(diào)制傳遞函數(shù)、 3. 畸變、 4. 照度均勻性、 5. 雜光、 6. 色貢獻(xiàn)指數(shù)
前三項(xiàng)指標(biāo)主要考核鏡頭幾何光學(xué)的像差,后三項(xiàng)指標(biāo)還考核了鏡頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工藝、光學(xué)材料的選擇匹配對鏡頭成像的影響。
1. 分辨率
一條黑線與一條相鄰的等寬白線稱為一個線對,分辨率以鏡頭像面上每毫米能讀出多少線對表示,單位為“線對/ 毫米( lp/mm )”。
a 我國國家標(biāo)準(zhǔn)測試攝影分辨率所用的標(biāo)板(局部), b 我國 WT1005-62 標(biāo)板, c 美國 NBS 標(biāo)板, d 日本 JIS 標(biāo)板, e 日本 Koana 標(biāo)板, f 輻射型標(biāo)板。
分辨率的測試方法
1. 用顯微鏡觀察鏡頭形成的空間影像(目視分辨率),分辨率讀數(shù)最高。
2. 用被測鏡作投影鏡頭,將標(biāo)板投影到屏幕上,分辨率讀數(shù)其次。
3. 用鏡頭直接拍攝標(biāo)板(攝影分辨率),在膠片上讀出分辯率,分辨率讀數(shù)最低。
攝影分辨率受到膠片質(zhì)量、曝光條件、顯影條件的影響,最不客觀,但在面向用戶的測試中,卻是最常采用的。
鏡頭的目視分辨率 N 鏡頭 、膠片分辨率 N 膠片 、攝影分辨率 N 攝影 之間的關(guān)系為: N 的單位為(線對 / 毫米)
美國《現(xiàn)代攝影》的指標(biāo)明顯高于我國國標(biāo),這是因?yàn)椋?nbsp;1. 國家標(biāo)準(zhǔn)只是一個門限標(biāo)準(zhǔn),判定鏡頭是否合格; 《現(xiàn)代攝影》的標(biāo)準(zhǔn)是一個評比標(biāo)準(zhǔn),為分出鏡頭優(yōu)劣。 2. 國家標(biāo)準(zhǔn)要求使用樂凱黑白膠片, D-76 顯影液,美國《現(xiàn)代攝影》雜志多用柯達(dá) T-Max 膠片及專用的微粒顯影液。
標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的分辨率最高,長焦鏡頭的分辨率較低,但是中心、邊緣相差較少。
2. 銳度與調(diào)制傳遞函數(shù)
銳度對還原影調(diào)層次的作用
分辨率與銳度對不同景物影像質(zhì)量的影響
銳度的測定
1. 低反差分辨率標(biāo)板拍攝 法 ,簡便易行,但受膠片本身的銳度的影響。
2. 傳遞函數(shù)法 客觀,需用儀器測定
影響影像銳度的因素
三種常用的 MTF 曲線圖
一支變焦鏡頭的 MTF 曲線圖,長焦端中心與邊緣像質(zhì)比較一致,短焦端中心的 MTF 值明顯高于周邊區(qū)域。
橫坐標(biāo)為像面中心到測試點(diǎn)的距離,縱坐標(biāo)為 MTF 值。從上到下三組曲線分別對應(yīng)于空間頻率為 10 、 20 、 40 (線對、毫米)。實(shí)線與虛線分別為徑向和切向的 MTF 曲線,實(shí)線與虛線的分離表示鏡頭的像散較大。
橫坐標(biāo)為像面中心到測試點(diǎn)的距離,縱坐標(biāo)為 MTF 值。
傳遞函數(shù)曲線的評價
1. 曲線越高越好
2. 曲線越平直越好
3. 徑向與切向兩條曲線越接近越好。曲線越接近表明影像中像散(最頑固的一種像差)越小。
我國照相機(jī)鏡頭的MTF 值的國家標(biāo)準(zhǔn)如下(這只是一個及格標(biāo)準(zhǔn)):
分辨率與銳度的業(yè)余檢查:
在良好的照明條件下用三腳架拍攝橫幅頭像與橫幅半身像,用眉毛(高反差的線條)考查鏡頭的分辨率,用頭發(fā)(低反差的線條)考查鏡頭的銳度。拍攝沖洗后用10~20 倍放大鏡檢查頭發(fā)與眉毛的清晰程度。
自制線條標(biāo)板測試鏡頭的分辨率值、像散與銳度:
用繪圖軟件繪制黑白相間的等寬線條,線條的長寬比例 3 5:1. 寬度從 1 毫米( 0.5 線對 / 毫米)遞減。從 0.5~2.5 毫米 / 線對制作 15 組,用高分辨率 (1200dpi) 打印 13 份,帖在下頁的測試標(biāo)板上。
膠片沖洗后用 20~30 倍放大鏡觀察,勉強(qiáng)可辨線條旁邊的數(shù)字除以攝影倍率就是膠片相應(yīng)位置的分辨率。
其他像差的業(yè)余檢查:
用大光圈遠(yuǎn)距離拍攝安裝了球形燈罩的路燈,距離應(yīng)足夠遠(yuǎn),使路燈接近一個光點(diǎn)。路燈應(yīng)橫貫底片的對角線。用20 倍放大鏡觀察路燈影像,中心部位模糊是球差或調(diào)焦誤差,中心部位有彩虹的輪廓是位置色差。邊緣部位光斑呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀是彗差。在一張照片 1/4 畫幅的邊緣顯示出初級彗差;在另一張照片 1/8 畫幅的邊緣顯示出二級彗差。若光斑帶有彩色的輪廓,則是倍率色差。
用大光圈遠(yuǎn)距離拍攝的安裝了球形燈罩的路燈
3. 雜光
投射到膠片上的非成像光線稱為雜光,測試中用雜光系數(shù)來評價,它表示雜光在底片所接受的總光能量中所點(diǎn)的百分比。
國標(biāo) GB9917-88 將定焦鏡頭在 f/8 光圈下的雜光系數(shù)定為 1 級 £ 3% , 2 級 £ 5% 。
雜光的業(yè)余檢查:
用反射光觀察各層鏡片表面的鍍膜,應(yīng)光潔均勻。鍍膜的顏色各向相同為單層鍍膜;顏色隨反射光的方向變化為多層鍍膜。
開大光圈裝上后蓋從鏡頭前端向內(nèi)看,應(yīng)深黑無反光。
開大光圈打開前后蓋,從鏡頭后端對天空或燈光觀察,鏡筒內(nèi)壁與鏡片的邊緣應(yīng)無光源的反射光。
用大光圈對強(qiáng)光拍攝,觀察光暈與鬼影的分布下強(qiáng)弱,還可以用遮光罩遮擋入射光后對比遮擋前后的差異。
透過樹葉的縫隙拍攝天空,并使天空過度曝光。觀察底片樹葉邊緣的影像,暈光越強(qiáng)表示雜光越多。
夜晚在較近距離拍攝球形燈罩的路燈,并使路燈過度曝光。觀察路燈影像暈光的情況,光斑越大、邊緣越模糊、鬼影越明顯,雜光越強(qiáng)。
4. 照度均勻性
用百分?jǐn)?shù)表示。
像面上邊緣照度比中心照度低,這要是由于廣角與超廣角鏡頭的視場角大,斜射的周邊光線會被鏡頭的鏡框阻攔,減小了遠(yuǎn)軸光線的通光孔徑面積。其次是像場邊緣的光線都是斜射光線,會使照度進(jìn)一步下降。收縮光圈能明顯地改善照度均勻性。
圖中橫坐標(biāo)“像高”為測試點(diǎn)到畫幅中心的距離。
國標(biāo)9917-88 對 135 相機(jī)定焦鏡頭照度均勻性 K 的要求為: f £ 38mm,
K 3 20%; f > 38mm, K 3 30% 。
照度均勻性的業(yè)余檢查:
在陰天室外或晴天室外的陰影中拍攝照明均勻的白墻或灰墻,檢查底片中心與邊緣密度的差異。此項(xiàng)試驗(yàn)應(yīng)重點(diǎn)測試廣角鏡頭短焦段較大的幾檔光圈,以便得知哪個焦距段收縮到哪檔光圈后暗角現(xiàn)象可以忽略不計(jì)。
5. 畸變
用相對畸變q 表示,枕形畸變 q 為正值,桶形畸變 q 為負(fù)值。
Y :像場地中實(shí)際特征點(diǎn)到像場中心的實(shí)際距離。
Y 0 :像場中理想特征點(diǎn)到像場中心的理論距離。
Y ¢ :畫幅對角線長度的一半。
相對畸變的大小與測試點(diǎn)到畫幅中心距離(像高)有關(guān)。
定焦鏡頭的國家標(biāo)準(zhǔn) GB9917-88 要求在對角線方向 0.5Y ¢ 和 0.866Y ¢ 兩位置上 q £ 3% 。
畸變的業(yè)余檢查:
拍攝磚墻、大樓的正面或窗框,并量使目標(biāo)橫平豎直的輪廓接近畫面的邊緣。拍攝后觀察直線彎曲的情況。此項(xiàng)試驗(yàn)不能用取景器調(diào)焦屏上的影像進(jìn)行測評,因?yàn)槿【捌魃乡R光學(xué)系統(tǒng)會為所見的影像帶來額外的畸變。
也可用30 倍的倍率按下頁畫出畫幅的輪廓及對角線,按對角線長度的 5% 、 50% 及 90% 作半徑畫圓,線寬 2~3mm ,用 f/5~8 光圈拍攝,使標(biāo)板占滿整幅畫面,沖洗后測定畸變。
6. 色貢獻(xiàn)指數(shù)
色貢獻(xiàn)表明鏡頭對景物色彩的正確還原的能力,它是由正確選擇光學(xué)玻璃與鍍膜來保證的。色貢獻(xiàn)追求的目標(biāo)并非是通過鏡頭所見的影像色彩不失真,而是要求通過鏡頭記錄到膠片上的影像色彩更準(zhǔn)確。
由于彩色負(fù)片在擴(kuò)印放大時,可以對色彩進(jìn)行大幅度的校正與調(diào)節(jié),數(shù)碼影像也可通過軟件進(jìn)行調(diào)節(jié),因此 色貢獻(xiàn)僅對彩色反轉(zhuǎn)片的拍攝才有實(shí)際意義。 不同的彩色反轉(zhuǎn)片自身色彩平衡的能力也有差異,而且這個差異通常大于鏡頭的色彩還原的誤差。
彩色還原能力的業(yè)余檢查:
在室外自然光下將鏡頭對向一張白紙,全開光圈透過鏡頭比較鏡頭內(nèi)外白紙的顏色,可以認(rèn)為鏡頭內(nèi)白紙偏差的顏色就是鏡頭彩色還原的誤差。若未見差異,則還原很好。
色貢獻(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)要求用鏡頭在膠片上準(zhǔn)確記錄顏色,用眼睛代替膠片雖不符合規(guī)定,但簡單易行,精度也足以滿足實(shí)際需求。
24 色卡
140 色卡
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