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怎样才算一颗好的镜头

2015-08-03 12:23:58 慧眼网

评价标准的指标有二个

随着手机镜头像素越来越高,大家开始更加关注如何科学准确的评价一个镜头的性能,在这之前我们先了解下镜头评价的两个重要指标分辨率和反差。

分辨率又称解析力、鉴别率、解析度,实质镜头再现被摄景物细节的能力。镜头分辨率越高,影像越清晰。它的单位是“LP/MM”,相邻黑白两条线可以称为一个线对,每毫米能够分辨出的线对数就是分辨率,好比斑马线的细密程度,越密分辨率越高。

反差又称明锐度,是镜头鲜明地再现景物中间层次、暗部层次、低反差景纹细节、微弱亮度对比和微妙色彩变化的能力。反差高的镜头,其景物成像轮廓鲜明、边缘明锐、反差正常、层次丰富、色彩还原真实细腻。

分辨率和反差综合表现,称之为清晰度。一颗分辨率高的镜头,不一定能评价为出色的镜头。往往有些镜头分辨率并不非常高,但反差相当好,仍不失为一颗好镜头。当然能够兼顾才真正是理想的镜头。                                           

三种方式可来评价镜头性能优劣

那么我们是否有评价镜头性能的有效方法呢?接下来简单讲述几种评价方式;

方法一:MTF(调制传递函数)测试是目前最精确最科学的镜头评价方式。由于MTF排除了芯片、软件等影响,能客观反映镜头性能,所以被广泛用于光学产品的研究及检测中。

MTF是实际像与理想像之间①调制度之比相对空间频率的函数,通俗讲就是测量不同空间频率下镜头反差的还原程度,它能同时反映镜头的反差及分辨率。           因为实际光学系统存在像差、反射、吸收等因素,影像与标版反差无法完全一致,所以MTF总介于0~1之间,MTF值越大,图像越清晰。如图一,MTF=0.4时最清晰;MTF=0.05时,图像最模糊。

2015.08.03图一.png

图一

那么如何通过MTF判断镜头的质量呢?我们将通过对图二来大致介绍下。横坐标为空间频率,空间频率的单位是lp/mm,它与分辨率概念比较非常接近。纵坐标就是MTF值。曲线表示不同频率下镜头的MTF值。从图中可以看出,随着空间频率的上升,镜头MTF逐渐下降,如果横坐标无限延伸,会发现曲线无限趋向于零。为了更好讲述MTF曲线,我们加入A、B、C三条曲线及对应的图片来描述。

•  曲线A表示镜头在低频段MTF适中,随着空间频率的提升,衰减过程缓慢,兼顾反差和分辨率综合性能较好,从图A可以看出深浅色反差明显,毛发细节明细,整体还原性较好。

•  曲线B低频MTF在对比中是最好的,说明镜头的反差很好,但随着空间频率的提高。它的衰减很快,说明镜头分辨率不算很好,从图B中可以发现小猫耳朵处绒毛细节已很难分辨。

•  曲线C表示镜头在低频时MTF衰减就很快,综合性能较差。从图C中也可以发现画面深浅色反差较低,层次感较差。

以上给我们的启示是镜头定义及研发中并不会追求某方面的极致,这样往往过犹而不及,综合考虑高低频均匀平滑过渡,才能做出一款性能优秀的镜头产品。

2015.08.03图二.png2015.08.03图三.png

图二

方法二:SFR(空间频率响应)是测模组对不同空间频率的响应情况,类似于MTF算法,但测试结果同时受镜头和感光器件以及处理程序的影响(SFR=lens MTF*sensor MTF*ISP MTF),因此称这种算法叫空间频率响应SFR,其实SFR相当于MTF简化版,广泛用于模组评价中。

SFR数据处理过程通过图三表述,这里不过多讲述。用于SFR计算的斜边分为两种,一种是水平斜边,一种是竖直斜边。如图四两个红色框,宽度比较大的称为水平斜边,高度比较大的称为竖直斜边,其中我们测试水平方向的锐利度时是使用竖直斜边,而测试竖直方向锐利度时使用的是水平斜边。

2015.08.03图四.png2015.08.03图五.png

图三 刀口法获得SFR原理                     图四 ISO12233拍摄鉴别率板

在SFR的分析方式上,国内市场倾向于用固定频率下的MTF值来判断成像的优劣,比如固定频率@112lp/mm时MTF值越大,则成像质量越好。而欧美市场更倾向在固定MTF下的频率的高低来衡量成像质量。例MTF30时,频率越高,则成像质量越佳。MTF30一般会使用LW/PH作为单位即每像高分辨多少条线,LW/PH=频率*窄边像高*2。其实这两种方法目的是一致的,仅是国内外思维方式差异。

在实际评价中,大部分的模组会对影像做不同程度的锐利化以提升图像清晰度。在SFR曲线中,会用黑红两条曲线把锐化前后的数据区分开来,黑色实线表示未经锐化处理的原始数据,红色虚线表示去除模组影像上的锐化效果后的数据。

2015.08.03图六.png     2015.08.03图七.png

图五  锐化前后对比与SFR曲线

方法三:CTF(对比度传递函数)称之为对比度传递函数,表示物方固定线宽(即固定物方空间频率)镜头响应对比度, 即:CTF=(Imax-Imin)/(Imax+Imin),所以CTF总是小于等于1,I:intensity(光强度) Imax:最亮光强度 Imin:最暗光强度。该参数用来评估测量边缘反差是比较有用的。CTF值是通过对比度计算的方式获得的,其仅可测试特定频率的黑白对比状态。这种检测方法简单方便,但稳定性及精度无法较前面两种方法相比。

我们也可以通过检测频率、方法等方面简单区分CTF/MTF/SFR的差别:

2015.08.03图八.png

注:

①  调制度其实是亮度比值公式:M=(Imax-Imin)/(Imax+Imin) ,原来调制度为M 的正弦光栅,经过镜头到达像平面的像的调制度为M ’,则MTF=M’/M

本资料由舜宇光学公司提供。

 


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