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调制传递函数(MTF)和主观质量因子(SQF)

发布时间:2017-03-21 09:58:00 点击:

当谈到图像质量时,镜头是链中第一个,也可能是最重要的链接。没有锐利的镜头,不可能得到一个清晰的图像。使用分辨率测试卡可以检测透镜是否锋利和清晰度的MTF,并且适用于所有镜头。多年的“金标准”测试是确定MTF或调制传递函数。这听起来很复杂,但事实上并不是。它仅仅是由被测透镜产生的对象中的调制(对比度)出现多少的量度。

调制传递函数(MTF

MTF最好解释使用下面的图片。在A中,我们看到一组黑白模式的光条,图中有四组距离逐渐减小的条形组。在C,我们看到A”的线轮廓,其基本上是“A”的强度图,其中白色区域具有强度255,黑色区域具有强度0255是最大8位数字图像的强度)。

B中,我们看到那些块的图像可能看起来很像通过镜头成像。黑暗和明亮的区域模糊,并且它们间距越近变得越模糊。 D,我们看到线轮廓和下方图是从该数据计算的MTF


 


MTF定义为

MTF=(最大强度-最小强度)/(最大强度+最小强度)

即使是完美的镜头也会产生镜片,这是因为衍射。 衍射是当光通过孔径时光扩散的趋势。 衍射导致来自光区域的一些光扩散到暗区域中。当亮区和暗区较大时,这没有大的影响(MTF仍然相当高),但是当暗区和亮区小时,即使少量的光扩散也导致MTF的显着下降。 其结果是即使对于完美的透镜,空间频率增加时MTF也降低。当然,存在透镜像差的情况下,模糊的程度可能更差。“空间频率”是用于描述模式中元素的间隔的科学术语。

严格地说,当我们谈到透镜的MTF时,我们必须定义使用的分辨率测试卡图案的类型。从严格的科学分析观点来看,最佳模式不是如上所示其中元素是黑色和白色条的模块。优选的图案被称为正弦波图案,其中光密度在黑色和白色之间平滑地变化,并且线轮廓看起来像正弦波。然而,这样的图案难以制造,并且这种图案的图像难以通过肉眼测量,因此通常分辨率测试卡使用条型图案。条形图案实际上产生比正弦波图案稍高的MTF测量,但是差异小。

当将MTF作为图案间距的函数绘图时,对于条形图案,水平轴以每毫米线对为单位,而对于正弦波图案,水平轴以每毫米周期为单位,通常忽略该区别。 在实际分辨率测试卡可能会看到标签,如“每毫米线数”或“线对/毫米”。注意,线/ mm和线对/ mm通常是相同的。 在前一种情况下,只计算黑线或白线。 在后一种情况下,你计算黑/白线对。

除了测试图案的类型之外,用于照明它的光和用于记录图像的检测器的类型也影响MTF。 这是因为MTF取决于所使用的光波长。例如,使用蓝光给出比使用红光更高的MTF。通常使用白光,但即使这样,日光照明和钨光照明之间也会存在差异。钨光具有比日光更强的长波长分量(红光分量),因此在钨光下测量的MTF将预期低于在日光下测量的MTF。检测器是重要的,因为如果它对蓝光比红光更敏感,则它可以产生比如果它对蓝光更敏感的蓝光比更高的MTF


 


历史上常用于进行MTF和分辨率测量的模式是上面所示的USAF 1951模式。 它是由美国空军(1951年)开发的,因此命名! 在右边是图案本身,在左边是在电影上的图案的图像。 通过测量胶片上的结果,您可以比较镜片,但是你不能轻易确定透镜MTF,因为胶片本身会限制分辨率并降低系统MTF。使用合适的设备,可以测量由透镜形成的空间像的特性,从而直接测量透镜MTF

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