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①光学基础知识2测试解像的基本理论
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ISO12233 /WG18解像力测试图
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?随着时代的进步 ISO12233 也必须跟着改 变,方能跟上日新月异的器材表现。最新 版解像力测试图(上图)已经推出,这张 名为 Digital CINE Camera Resolution Chart 同样是根植于 ISO12233 标准而建 立。除了保有原来的测试标准外,也针对 未来数字影像器材的发展,扩大展图比例, 同时也囊括了更高分辨率的判读元素(针 对千万画素以上 DSLR),CINE 图展达 60 cm x 144cm。
这张图表示镜头的解像力表现相当好, 但红虚线(40 lp/mm)的异常下降告诉 我们,这个镜头对结构细腻的对象拍 摄仍有它的极限。
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此图的曲线告诉我们,这个镜头 有好的解像力,因为曲线下降的 斜率较缓。但对比较差 (蓝色的 实线和虚线(5 lp/mm)MTF值低 于 90%)
这样的表现,代表您可能需要多花点 钱买个好镜头才是。
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?不同年代的解像力测试图:
左:NBS 1963A Microcopy Target / 右:NBS 1952 Resolution Target
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? 因此,MTF发展了几十年,同样的所翻拍 的样图也不断的在跟着演进,已符合目前 一般拍摄状况时的实际需要。我们看PIMA /
ISO Camera Resolution Chart ISO12233 /
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ISO12233 标准解像力测试图
PIMA / ISO Camera Resolution Chart ISO12233 / WG18
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? 既然已经有了 MTF方式可以判断相机和镜头的解 像力,为什么还要发展不同的解像力测试方法 呢?MTF理论经过千锤百炼,验证无误!但关键 却出在拍摄的样版图上!由于单纯以线条所组 成的MTF测试图,本质上就受制于输出设备的极 限,当高达千万画素的 DSLR 推出时,例 如:Nikon D2X 或 Canon EOS 1Ds MKII 等,其 拍摄解像力就已经超越传统底片的表现(过去 定义传统135mm底片约为千画画素)。换言之, 当设备的进步开始超越 USAF1951 和 ISO12233 的极限时,该测试其实就已经不存在相对上的 意义。
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锐利度和反差的对比 「空间频率 / Spatial frequency」由小----------->大
(原始尺寸)1 (1X放大)2. (3X放大)3.
模拟拍摄 ISO12233以目测法判断相 100%的反差比,只有在理想 镜头解像力较差,但
机镜头的解像力
状态下才可能出现。
对比反差尚可。
解像力和反差均无法比对 (表示镜头已达极限)
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右图为MTF随着空间线条的增加而减少的情形
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水平和垂直的测试范围
? 由于多数的镜头是圆形,因此测试线条 除了可以是直的测试垂直象限的表现外, 也可以测试纵向线条来表示水平象限。所 以,透过数据的整理绘制成图之后,我们 大致上可以看出以下四种模式:
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这样的线条模式,代表其4
?原本充足的反差可以很容易辨识出两条线 来,而当空间频率加大时,也就是线条越 紧密时,反差也逐渐缩小,终于反差衰减 到全部变成灰色,再也分辨不出黑白条纹 来,就表示镜头的解像力已到极限(如上 图所示)。
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USAF 1951
?早期的镜头精细度还没有达到现代的标准时, 解像力测试图可以说相当的简单,甚至使用 今日家庭用的打印机设备都可以轻易复制。 最早的标准 MTF 系列中,首推USAF1951,这是 美国空军于1951年开发出来,主要适用于侦 照设备的检测,后来成为民用镜头与显微镜 的测试标准。根据测试标的设备来拍摄以下 MTF 测试图,可以得到两种数据:对比和锐利 度,再根据计算线条密度 和 MTF 之间的关 系,我们就可以将数据转换成下图:
②.对比指示条(Contrast Indicator)-- 用于显 示在空间频率不同下的对比状况。
③.对角线解像力条 (Diagonal Res)-- 45度倾 斜的对角线解像力条 。
④.中央对焦区 (Center Focusing Area)-- 两种 不同频率的同心圆,协助对焦。
⑤.水平解像力条 (Horizontal Res) ---可目测 镜头对水平影像的解像力。 ISO12233 标准解像力测试图
WG18 就是很好的例子,这个时期的解像力 图已针对模仿实际场景做了调整,不仅线 条改以双曲线逼近制作,格式也不再清一 色是直线和横线了。请注意到上面用红色 号码标记的五个点,为此图特有用于目测 解像力之性能:
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①.垂直解像力条 (Vertical Res)--- 可目测镜 头对垂直影像的解像力。
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?SFR 美系测量的新标准 新名词 SFR!Spatial frequency response
测试解像力的基本理论MTF
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?镜筒测试有两大项目:解像力和色彩。 测试解像力简单的说就是量度,计算影像 从清晰→模糊之间的转换点,受光学,材 料和其他种种的因素,每一个镜头,每一 台相机都有其分辨能力的极限。解像力测 试就是应用科学的方法将这个极限找出来。
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?首先,我们来看看几个重要的基础理论。 为了可以清楚的计算解像力的数据,目前 使用历史最悠久,也同时是最多人采用的 就是MTF=Modulation Transfer Function(调 制传输函数)为基础的测试程序。MTF主要 是引进反差对比的概念来测定镜头解像力。 使用者必须对『空间频率/Spatial frequency 』这个概念进行了解。所谓空间 频率就是1mm的宽度中(或是等宽的其他单 位),正弦浓度变化反复有几次的意思。 (请想象空间频率如同海浪一样的波型变 化)。
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? 新版 Digital CINE Camera Resolution Chart 加上了 Sector Star Target 可以测试散光 效果。 WG18图不仅可以满足直接目测来评估 解像力的效果(部分线条细达0.1mm,几乎 等同人发粗细),也同样的可借用计算机 软件的协助,计算出不同位置的SFR值。