KAKOVOST LEČE:MTF, LOČLJIVOST IN KONTRAST

Kakovost objektiva je zdaj pomembnejša kot kdaj koli prej, zaradi vedno večjega števila megapikslov v današnjih digitalnih fotoaparatih. Ločljivost vaših digitalnih fotografij je pogosto dejansko omejena z objektivom fotoaparata — in ne z ločljivostjo samega fotoaparata. Vendar je dešifriranje grafikonov MTF in primerjava ločljivosti različnih objektivov lahko znanost zase. Ta vadnica ponuja pregled temeljnih konceptov in izrazov, ki se uporabljajo za ocenjevanje kakovosti objektiva. Upajmo, da boste vsaj dvakrat premislili o tem, kaj je pomembno pri nakupu naslednjega digitalnega fotoaparata ali objektiva.

LOČLJIVOST IN KONTRAST

Verjetno je vsakdo seznanjen s konceptom ločljivosti slike, vendar je na žalost pogosto preveč poudarka na tej edini meritvi. Ločljivost samo opisuje, koliko podrobnosti lahko zajame objektiv – in ne nujno kakovost podrobnosti, ki je ujet. Drugi dejavniki zato pogosto veliko bolj prispevajo k našemu dojemanju kakovosti in ostrine digitalne slike.

Da bi to razumeli, si poglejmo, kaj se zgodi s sliko, ko preide skozi objektiv kamere in se posname na senzor kamere. Za poenostavitev bomo uporabili slike, sestavljene iz izmenjujočih se črnih in belih črt (»pari črt«). Izven ločljivosti vašega objektiva teh črt seveda ni več mogoče razlikovati:

	→		→
Pari linij visoke ločljivosti		Objektiv		Nerazrešeni pari vrstic

Primer parov linij, ki so manjši od ločljivosti objektiva kamere.

Vendar je nekaj, kar je verjetno manj dobro razumljeno, kaj se zgodi z drugimi, debelejšimi črtami. Čeprav so še vedno ločljivi, postopoma slabšata kontrast in jasnost robov (glejte ostrina:ločljivost in ostrina), ko postajajo vse bolj fini:

	→		→
Postopoma tanjše črte		Objektiv		Postopoma manj kontrasta &Definicija robov

Pri dveh lečah z enako ločljivostjo bo navidezna kakovost slike torej večinoma odvisna od tega, kako dobro vsaka leča ohranja kontrast, ko te črte postopoma postajajo ožje. Vendar pa moramo za pošteno primerjavo med lečami določiti način za količinsko opredelitev te izgube v kakovosti slike ...

MTF:FUNKCIJA PRENOSA MODULACIJE

Funkcija prenosa modulacije (MTF) kvantificira, kako dobro se ohranijo regionalne spremembe svetlosti subjekta, ko gredo skozi objektiv kamere. Spodnji primer prikazuje krivuljo MTF za popoln* objektiv:

Povečanje frekvence para linij →
Skrajno desno =največja ločljivost/meja uklona.

Opomba:Razmik med črnimi in belimi črtami je bil povečan, da bi izboljšali vidljivost.
Krivulja MTF predvideva krožno odprtino; druge oblike zaslonke bodo dale nekoliko drugačne rezultate.

*Popoln objektiv je tisti, katerega podrobnosti so omejene le z uklonom.
Oglejte si vadnico o uklonu v fotografiji za ozadje te teme.

MTF 1,0 predstavlja popolno ohranjanje kontrasta, medtem ko vrednosti, manjše od te, pomenijo, da se izgublja vedno več kontrasta – do MTF 0, kjer parov črt sploh ni več mogoče razlikovati. Ta meja ločljivosti je neizogibna ovira pri katerem koli objektivu; odvisno je le od zaslonke objektiva fotoaparata in ni povezano s številom megapikslov. Spodnja slika primerja popoln objektiv z dvema primeroma iz resničnega sveta:

Povečanje frekvence para linij →

Leča kamere zelo visoke kakovosti (blizu meje uklona)

Leča kamere nizke kakovosti (daleč od meje uklona)

Primerjava med idealno lečo z omejenim uklonom (modra črta) in lečami kamere iz resničnega sveta.
Ilustracija para črt pod grafom ne velja za popolno lečo.
Premaknite miško nad vsako od oznak da vidite, kako se leče visoke in nizke kakovosti pogosto razlikujejo.

Modra črta zgoraj predstavlja krivuljo MTF za popoln objektiv z omejenim uklonom. Nobena realna leča ni omejena samo z uklonom, čeprav se objektivi vrhunskih kamer lahko tej meji približajo veliko bližje kot leče nižje kakovosti.

Pari vrstic so pogosto opisani glede na njihovo frekvenco:število vrstic, ki se prilegajo določeni dolžini enote. Ta frekvenca je zato običajno izražena kot "LP/mm" - število parov linij (LP), ki so koncentrirani v milimeter (mm). Druga možnost je, da je včasih ta frekvenca namesto tega izražena s širino črte (LW), kjer sta dve LW enaki eni LP.

Najvišja linijska frekvenca, ki jo lahko leča reproducira, ne da bi pri tem izgubila več kot 50 % MTF (»MTF-50«), je pomembna številka, saj dobro korelira z našim zaznavanjem ostrine. Vrhunski objektiv z MTF-50 50 LP/mm bo na primer videti veliko ostrejši od objektiva nižje kakovosti z MTF-50 20 LP/mm (ob predpostavki, da se uporabljata na isti kameri in na enaka zaslonka; več o tem pozneje).

Vendar zgornja tabela MTF v primerjavi s frekvenco običajno ni primerjava leč. Poznavanje samo (i) največje ločljivosti in (ii) MTF pri morda dveh različnih frekvencah linije je običajno več kot dovolj informacij. Kar je pogosto bolj pomembno, je vedeti, kako se MTF spreminja glede na razdaljo od središča vaše slike.

MTF se običajno meri vzdolž črte, ki vodi iz središča slike v oddaljeni kot, za fiksno frekvenco črte (običajno 10–30 LP/mm). Te črte so lahko vzporedne s smerjo, ki vodi stran od središča (sagitalno) ali pravokotne na to smer (meridionalno). Spodnji primer prikazuje, kako bi lahko te črte izmerili in prikazali na diagramu MTF za 35 mm fotoaparat polne velikosti:

Meridionalni (krožni) pari črt

Pari sagitalnih (radialnih) črt

→ Oddaljenost od središča [mm]

Podrobnosti v središču slike bodo skoraj vedno imele najvišji MTF, položaji, ki so dlje od središča, pa bodo pogosto imeli postopno nižje vrednosti MTF. Zato so vogali leč fotoaparata skoraj vedno najmehkejši in najslabše kakovosti del vaših fotografij. Zakaj se sagitalna in meridionalna črta razhajata, bomo razpravljali kasneje.

KAKO BRATI GRAFIKON MTF

Zdaj lahko končno uporabimo vse zgornje koncepte v praksi, tako da primerjamo lastnosti zoom objektiva z objektivom s fiksno lečo:

Objektiv Canon 16-35 mm f/2.8L II
(zoom nastavljen na 35 mm) Objektiv Canon 35 mm f/1.4L Prime

Na navpični osi imamo vrednost MTF od prej, pri čemer 1,0 predstavlja popolno reprodukcijo parov linij, 0 pa predstavlja pare linij, ki se med seboj ne razlikujejo več. Na vodoravni osi imamo razdaljo od središča slike, pri čemer je 21,6 mm oddaljeni kot pri 35 mm kameri. Pri 1,6-kratnem obrezanem senzorju lahko zanemarite vse, kar presega 13,5 mm. Poleg tega bo vse, kar presega približno 18 mm, pri senzorju polnega formata vidno samo v skrajnih kotih fotografije:

Opomba:pri senzorju 1,5X je skrajni kot 14,2 mm, skrajni rob pa 11,9 mm.
Oglejte si vadnico o velikostih senzorjev digitalnega fotoaparata za več o tem, kako te vplivajo na kakovost slike.

Vse vrstice na zgornjih MTF lestvicah, ki so na videz različne, so lahko na začetku osupljive; ključno je, da jih pogledamo posamično. Vsaka vrstica predstavlja ločen MTF pod različnimi pogoji. Na primer, ena vrstica lahko predstavlja vrednosti MTF, ko je objektiv na zaslonki f/4,0, druga pa lahko predstavlja vrednosti MTF pri f/8,0. Velika ovira pri razumevanju, kako brati grafikon MTF, je učenje, na kaj se posamezna vrstica nanaša.

Vsaka zgornja vrstica ima tri različne sloge:debelino, barvo in vrsto. Tukaj je razčlenitev tega, kaj vsako od teh predstavlja:

Debelina črte:	Krepko → 10 LP/mm – majhen kontrast Tanko → 30 LP/mm – ločljivost ali fine podrobnosti
Barva črte:	Modra → zaslonka pri f/8,0 črna → široko odprta zaslonka
Vrsta vrstice:	Črtkane → meridionalne (koncentrične) pare črt Polne → sagitalne (radialne) pare črt

Ker ima določena črta lahko poljubno kombinacijo debeline, barve in vrste, ima zgornji grafikon MTF skupaj osem različnih vrst črt. Krivulja, ki je krepka, modra in črtkana, bi na primer opisala MTF meridionalnih črt 10 LP/mm pri zaslonki f/8,0.

Črne črte . Te so najbolj pomembne, ko uporabljate objektiv pri šibki svetlobi, morate zamrzniti hitro gibanje ali potrebujete majhno globinsko ostrino. MTF črnih črt bo skoraj vedno najslabši možni scenarij (razen če uporabljate neobičajno majhne zaslonke).

V zgornjem primeru črne črte žal niso poštena primerjava jabolk z jabolki, saj je široko odprta zaslonka drugačna za vsako od zgornjih leč (f/2,8 pri zoomu proti f/1,4 pri glavnem objektivu). To je glavni razlog, zakaj so črne črte videti veliko slabše pri objektivu s fiksnim objektivom. Glede na to, da ima fiksna leča tako pomanjkljivost, se obnese zelo občudovalno - zlasti pri 10 LP/mm v sredini in pri 30 LP/mm proti robom slike. Zato je zelo verjetno, da bo glavni objektiv prekašal zoom objektiv, če sta oba pri f/2,8, vendar tega ne moremo zagotovo trditi samo na podlagi zgornjih grafikonov.

Modre črte . Te so najbolj pomembne za pokrajinsko fotografijo ali druge situacije, kjer morate povečati globinsko ostrino in ostrino. Prav tako so bolj uporabni za primerjave, ker morajo biti modre črte vedno pri isti zaslonki:f/8,0.

V zgornjem primeru ima glavni objektiv boljši MTF na vseh položajih, tako za visokofrekvenčne kot nizkofrekvenčne podrobnosti (30 in 10 LP/mm). Prednost objektiva s fiksno lečo je še bolj izrazita proti zunanjim območjem slike fotoaparata.

Krepke proti tankim črtam . Krepke črte opisujejo količino "pop" ali majhnega kontrasta, medtem ko tanke črte opisujejo natančnejše podrobnosti ali ločljivost. Krepke črte so pogosto prednostne, saj lahko visoke vrednosti pomenijo, da bodo vaše slike imele bolj tridimenzionalni videz, podobno kot pri izvajanju lokalne izboljšave kontrasta.

V zgornjem primeru imata obe leči podoben kontrast pri f/8,0, čeprav je objektiv s fiksno lečo tukaj malo boljši. Objektiv z zoomom skoraj ne izgubi kontrasta, ko ga uporabljate široko odprto, v primerjavi z objektivom f/8,0. Po drugi strani pa glavni objektiv izgubi kar nekaj kontrasta, ko preide z f/8.0 na f/1.4, vendar je to verjetno zato, ker je f/1.4-f/8.0 veliko večja sprememba kot f/2.8-f/8.0 .

ASTIGMATIZEM:SAGITTALNE VS. MERIDIONALNE ČRTE

Črtkane proti polnim črtam . Na tej točki se verjetno sprašujete:zakaj prikazati MTF za pare sagitalnih ("S") in meridionalnih ("M") linij? Ali ne bi bilo to isto? Da, v neposrednem središču slike sta vedno enaka. Vendar postajajo stvari vse bolj zanimive, čedalje dlje od središča. Kadarkoli se črtkane in polne črte začnejo razhajati, to pomeni, da količina zamegljenosti ni enaka v vseh smereh. Ta artefakt, ki zmanjšuje kakovost, se imenuje »astigmatizem ,« kot je prikazano spodaj:

Izberite vrsto aberacije:

Astigmatizem:MTF v S> M

Astigmatizem:MTF v M> S

Brez astigmatizma:MTF v M=S

Premaknite miško nad oznake na sliki na desni, da vidite učinek astigmatizma.
S =sagitalne črte, M =meridionalne črte
Opomba:tehnično bo imel zgornji S nekoliko boljši MTF, ker je bližje središču slike; vendar za namene tega primera predpostavljamo, da sta M &S na podobnih položajih.

Ko je MTF v S večji kot v M, so predmeti zamegljeni predvsem vzdolž črt, ki se širijo iz središča slike. V zgornjem primeru to povzroči, da se zdi, da bele pike štrlijo navzven od središča slike, skoraj kot da bi bile zamegljene zaradi gibanja. Podobno so predmeti zamegljeni v nasprotni (krožni) smeri, ko je MTF v M večji kot v S. Mnogi od vas, ki trenutno berete to vadnico, morda celo uporabljate očala, ki popravijo astigmatizem ...

Tehnična opomba :Pri širokokotnih lečah je veliko večja verjetnost, da bodo imele črte M nižji MTF kot črte S, delno zato, ker poskušajo ohraniti pravokotno projekcijo slike. Zato, ko se vidni kot razširi, postanejo motivi blizu periferije postopoma bolj raztegnjeni/popačeni v smereh, ki vodijo stran od središča slike. Širokokotni objektiv s precejšnjim sodčastim popačenjem lahko torej doseže boljši MTF, saj so predmeti na obrobju raztegnjeni veliko manj, kot bi bili sicer. Vendar je to običajno nesprejemljiv kompromis z arhitekturno fotografijo.

V grafikonih MTF za Canonov zoom v primerjavi z objektivom s fiksno objektivom od prej sta oba objektiva začela kazati izrazit astigmatizem na samih robovih slike. Vendar pa se s fiksno lečo zgodi nekaj zanimivega:vrsta astigmatizma se obrne, če primerjamo lečo pri f/1,4 in f/8,0. Pri f/8,0 leča zamegli predvsem v radialni smeri, kar je pogost pojav. Vendar pri f/1,4 glavni objektiv zamegljuje predvsem v krožni smeri, kar je veliko manj pogosto.

Kaj astigmatizem pomeni za vaše fotografije? Verjetno največja posledica, razen edinstvenega videza, je, da standardna orodja za ostrenje morda ne bodo delovala, kot je predvideno. Ta orodja predvidevajo, da je zamegljenost enaka v vseh smereh, tako da boste morda nekatere robove preveč izostrili, medtem ko bodo drugi robovi še vedno videti zamegljeni. Astigmatizem je lahko tudi problematičen pri fotografijah, ki vsebujejo zvezde ali druge točkovne vire svetlobe, saj bo zaradi tega asimetrična zamegljenost bolj očitna.

MTF IN ZASLONKA:ISKANJE "SLADKE TOČKE" OBJEKTIVA

MTF objektiva se običajno poveča pri zaporedno ožjih zaslonkah, nato doseže največjo vrednost pri vmesnih zaslonkah in končno spet upade pri zelo ozkih zaslonkah. Spodnja slika prikazuje MTF-50 za različne zaslonke na visokokakovostnem objektivu:

Zaslonka, ki ustreza največjemu MTF, je tako imenovana "sladka točka" objektiva, saj imajo slike na splošno najboljšo ostrino in kontrast pri tej nastavitvi. Na fotoaparatu s senzorjem polnega formata ali obrezanem senzorju je ta točka običajno nekje med f/8,0 in f/16, odvisno od objektiva. Lokacija te sladke točke je tudi neodvisna od števila megapikslov v vašem fotoaparatu.

Tehnične opombe :

• Pri velikih zaslonkah sta ločljivost in kontrast običajno omejena s svetlobnimi aberacijami.
  Aberacija je, ko nepopolna zasnova objektiva povzroči, da se točkovni vir svetlobe na sliki ne zbliža s točko na senzorju fotoaparata.
• Pri majhnih zaslonkah sta ločljivost in kontrast običajno omejena z uklonom.
  V nasprotju z aberacijami je uklon temeljna fizična omejitev, ki jo povzroča sipanje svetlobe, in ni nujno napaka v zasnovi objektiva.
• Leče visoke in nizke kakovosti so si zato zelo podobne, če jih uporabljamo pri majhnih zaslonkah
  (kot je f/16–32 na senzorju polne velikosti ali obrezanem senzorju).
• Velike zaslonke so tisto, kjer visokokakovostni objektivi resnično izstopajo, saj so materiali in tehnika objektiva veliko bolj pomembni. Pravzaprav popoln objektiv ne bi imel niti "sladke točke"; optimalna zaslonka bi bila le široko odprta.

Vendar ne gre sklepati, da je optimalna nastavitev zaslonke popolnoma neodvisna od tega, kaj se fotografira. Lepa točka na sredini slike morda ne ustreza mestu, kjer so robovi in ​​koti slike videti najbolje; to pogosto zahteva še ožjo zaslonko. Poleg tega vse to predpostavlja, da je vaš motiv popolnoma izostren; predmeti zunaj globinske ostrine se bodo verjetno še vedno izboljšali v ostrini, tudi če je vaš f-stop večji od tako imenovane sladke točke.

PRIMERJAVA RAZLIČNIH FOTOAPARATOV IN ZNAMK OBJEKTIVOV

Velika težava s konceptom MTF je, da ni standardiziran. Primerjava različnih grafikonov MTF je zato lahko precej težavna, v nekaterih primerih celo nemogoča. Na primer, grafikonov MTF Canona in Nikona ni mogoče neposredno primerjati, ker Canon uporablja teoretične izračune, Nikon pa meritve.

Toda tudi če bi kdo izvedel lastne teste MTF, bi še vedno naletel na težave. Tipični diagram MTF, ki ga sami zaženete, dejansko prikazuje neto skupni MTF optičnega sistema vašega fotoaparata — in ne samo MTF objektiva. Ta neto MTF predstavlja skupni rezultat pretvorbe objektiva, senzorja kamere in RAW, poleg kakršnega koli ostrenja ali druge naknadne obdelave. Meritve MTF se bodo zato razlikovale glede na to, katera kamera se uporablja za meritev ali vrsto programske opreme, uporabljene pri pretvorbi RAW. Zato je le praktično primerjati grafikone MTF, ki so bili izmerjeni z enakimi metodologijami.

Obrezani v primerjavi s senzorji polnega formata . Pri primerjavi grafikonov MTF med kamerami z različnimi velikostmi senzorjev moramo biti še posebej previdni. Na primer, krivulja MTF pri 30 LP/mm na fotoaparatu polnega formata ni enakovredna drugačni krivulji MTF 30 LP/mm na 1,6-krat obrezanem senzorju. Obrezano tipalo bi namesto tega moralo prikazati krivuljo pri 48 LP/mm za pošteno primerjavo, ker se obrezano tipalo še poveča, ko je narejeno v natis enake velikosti.

Raznolikost velikosti senzorjev je razlog, zakaj so nekateri začeli navajati frekvenco črte glede na sliko ali višino slike (LP/PH ali LP/IH), v nasprotju z uporabo absolutne enote, kot je milimeter. Frekvenca črte 1000 LP/PH ima na primer enak videz pri dani velikosti tiskanja — ne glede na velikost senzorja fotoaparata. Človek bi domneval, da je del razloga, zakaj proizvajalci še naprej prikazujejo grafikone MTF pri 10 in 30 LP/mm za objektive DX, EF-S in druge obrezane senzorske objektive, zato, ker zaradi tega njihovi grafikoni MTF izgledajo bolje.

OMEJITVE GRAFIKONA MTF

Čeprav so karte MTF izjemno zmogljivo orodje za opisovanje kakovosti objektiva, imajo še vedno številne omejitve. Pravzaprav grafikon MTF ne pove ničesar o:

• Kakovost barv in kromatske aberacije
• Popačenje slike
• Vinjetiranje (padec svetlobe proti robom slike)
• Občutljivost za bleščanje objektiva fotoaparata

Poleg tega lahko drugi dejavniki, kot sta stanje vaše opreme in tehnika fotoaparata, pogosto veliko bolj vplivajo na kakovost vaših fotografij kot majhne razlike v MTF. Nekateri od teh dejavnikov, ki zmanjšujejo kakovost, lahko vključujejo:

• Natančnost ostrenja
• Tresenje kamere
• Prah na digitalnem senzorju fotoaparata (glejte vadnico o čiščenju senzorja fotoaparata)
• Mikro odrgnine, vlaga, prstni odtisi ali druge obloge na vaši leči

Najpomembneje pa je, da čeprav so grafikoni MTF neverjetno sofisticirana in opisna orodja – z veliko dobrih znanstvenih podkrepitev – na koncu ni nič boljšega od preprostega vizualnega pregleda slike na zaslonu ali v tisku. Navsezadnje so slike ustvarjene za ogled, zato je to na koncu dneva vse, kar je zares pomembno. Pogosto je lahko precej težko ugotoviti, ali bo slika videti bolje na drugem objektivu, ki temelji na MTF, ker je običajno veliko konkurenčnih dejavnikov:kontrast, ločljivost, astigmatizem, zaslonka, popačenje itd. Objektiv je le redko boljši pri vseh teh dejavnikih. vidike hkrati. Če ne morete ugotoviti razlike med posnetki z različnimi objektivi, uporabljenimi v podobnih situacijah, potem kakršna koli odstopanja MTF verjetno niso pomembna.

Nazadnje, tudi če je MTF enega objektiva res slabši od drugega, lahko zaradi izostritve in lokalnega izboljšanja kontrasta ta pomanjkljivost pogosto postane neopazna v natisu – dokler izvirna razlika v kakovosti ni prevelika.