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鏡頭的六項指標評價

2014/12/30 16:07:14 點擊:

鏡頭的成像質量是前述各種像差綜合作用的結果,通常用以下6 個指標來判斷鏡頭的光學素質。

1. 分辨率、 2. 銳度與調制傳遞函數、 3. 畸變、 4. 照度均勻性、 5. 雜光、 6. 色貢獻指數

前三項指標主要考核鏡頭幾何光學的像差,后三項指標還考核了鏡頭的結構設計、加工藝、光學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 )”。

鏡頭的六項指標評價
我國國家標準測試攝影分辨率所用的標板(局部), 我國 WT1005-62 標板, 美國 NBS 標板, 日本 JIS 標板, 日本 Koana 標板, 輻射型標板。


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),分辨率讀數最高。

2. 用被測鏡作投影鏡頭,將標板投影到屏幕上,分辨率讀數其次。

3. 用鏡頭直接拍攝標板(攝影分辨率),在膠片上讀出分辯率,分辨率讀數最低。

攝影分辨率受到膠片質量、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 鏡頭 、膠片分辨率 膠片 、攝影分辨率 攝影 之間的關系為: 的單位為(線對 毫米) 

鏡頭的六項指標評價

美國《現代攝影》的指標明顯高于我國國標,這是因為: 1. 國家標準只是一個門限標準,判定鏡頭是否合格; 《現代攝影》的標準是一個評比標準,為分出鏡頭優劣。 2. 國家標準要求使用樂凱黑白膠片, D-76 顯影液,美國《現代攝影》雜志多用柯達 T-Max 膠片及專用的微粒顯影液。

標準鏡頭的分辨率最高,長焦鏡頭的分辨率較低,但是中心、邊緣相差較少。



2. 銳度與調制傳遞函數

銳度對還原影調層次的作用


分辨率與銳度對不同景物影像質量的影響



銳度的測定

1. 低反差分辨率標板拍攝 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比較一致,短焦端中心的 MTF 值明顯高于周邊區域。



橫坐標為像面中心到測試點的距離,縱坐標為 MTF 值。從上到下三組曲線分別對應于空間頻率為 10 、 20 、 40 (線對、毫米)。實線與虛線分別為徑向和切向的 MTF 曲線,實線與虛線的分離表示鏡頭的像散較大。


橫坐標為像面中心到測試點的距離,縱坐標為 MTF 值。

傳遞函數曲線的評價

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。

我國照相機鏡頭的MTF 值的國家標準如下(這只是一個及格標準):



分辨率與銳度的業余檢查:

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(低反差的線條)考查鏡頭的銳度。拍攝沖洗后用10~20 倍放大鏡檢查頭發與眉毛的清晰程度。


自制線條標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 5:1. 寬度從 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,帖在下頁的測試標板上。

膠片沖洗后用 20~30 倍放大鏡觀察,勉強可辨線條旁邊的數字除以攝影倍率就是膠片相應位置的分辨率。


其他像差的業余檢查:


用大光圈遠距離拍攝安裝了球形燈罩的路燈,距離應足夠遠,使路燈接近一個光點。路燈應橫貫底片的對角線。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。邊緣部位光斑呈現不規則的形狀是彗差。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,測試中用雜光系數來評價,它表示雜光在底片所接受的總光能量中所點的百分比。


國標 GB9917-88 將定焦鏡頭在 f/8 光圈下的雜光系數定為 級 £ 3% , 級 £ 5% 


雜光的業余檢查:

用反射光觀察各層鏡片表面的鍍膜,應光潔均勻。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看,應深黑無反光。

開大光圈打開前后蓋,從鏡頭后端對天空或燈光觀察,鏡筒內壁與鏡片的邊緣應無光源的反射光。

用大光圈對強光拍攝,觀察光暈與鬼影的分布下強弱,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。

4. 照度均勻性

用百分數表示。


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,會使照度進一步下降。收縮光圈能明顯地改善照度均勻性。


圖中橫坐標“像高”為測試點到畫幅中心的距離。


國標9917-88 對 135 相機定焦鏡頭照度均勻性 的要求為: £ 38mm,

20%; 38mm, K 30% 


照度均勻性的業余檢查:

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。此項試驗應重點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象可以忽略不計。



5. 畸變

用相對畸變q 表示,枕形畸變 為正值,桶形畸變 為負值。


:像場地中實際特征點到像場中心的實際距離。

:像場中理想特征點到像場中心的理論距離。

¢ :畫幅對角線長度的一半。


相對畸變的大小與測試點到畫幅中心距離(像高)有關。

定焦鏡頭的國家標準 GB9917-88 要求在對角線方向 0.5Y ¢ 和 0.866Y ¢ 兩位置上 £ 3% 


畸變的業余檢查:

拍攝磚墻、大樓的正面或窗框,并量使目標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。此項試驗不能用取景器調焦屏上的影像進行測評,因為取景器上鏡光學系統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,使標板占滿整幅畫面,沖洗后測定畸變。


6. 色貢獻指數

色貢獻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玻璃與鍍膜來保證的。色貢獻追求的目標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確。

由于彩色負片在擴印放大時,可以對色彩進行大幅度的校正與調節,數碼影像也可通過軟件進行調節,因此 色貢獻僅對彩色反轉片的拍攝才有實際意義。 不同的彩色反轉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外白紙的顏色,可以認為鏡頭內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。

色貢獻的標準要求用鏡頭在膠片上準確記錄顏色,用眼睛代替膠片雖不符合規定,但簡單易行,精度也足以滿足實際需求。

24 色卡


140 色卡