如何定義鏡頭分辨率？

　　鏡頭的分辨率是指在成像平面上1毫米間距內(nèi)能分辨開(kāi)的黑白相間的線條對(duì)數(shù)，單位是“線對(duì)/毫米”(lp/mm，line-pairs/mm)。

　　鏡頭對(duì)黑白等寬的測(cè)試線對(duì)圖并不是無(wú)限可分辨的。當(dāng)黑白等寬的測(cè)試線對(duì)密度不高的時(shí)候，成像平面處黑白線條是很清晰的。當(dāng)黑白等寬的測(cè)試線對(duì)密度提高時(shí)，在成像平面處還是可以分辨出黑白線條，但是白線已不是那么白了，黑線也不是那么黑了，白線黑線的對(duì)比度就會(huì)下降。當(dāng)黑白等寬的測(cè)試線對(duì)密度提高到某一程度，在成像平面處黑白線的對(duì)比度非常小，黑白線條都變成了灰的中間色了，這就到了鏡頭分辨的極限。

　　好的鏡頭和差的鏡頭的分辨率是有很大不同的。測(cè)試鏡頭分辨率的一種方法是將待測(cè)鏡頭裝在一個(gè)膠片照相機(jī)上，去拍攝黑白條紋圖(分辨率圖版)，然后用高倍放大鏡(鏡頭分辨率檢測(cè)儀)檢測(cè)底片上每毫米范圍內(nèi)能清晰分辨的線條對(duì)數(shù)，能分辨得越多則分辨率越高。按照我國(guó)照相機(jī)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(JB745-65)，一般135照相機(jī)的鏡頭中心視場(chǎng)達(dá)到37線對(duì)/毫米、邊緣視場(chǎng)達(dá)到22線對(duì)/毫米，就算是一級(jí)鏡頭。

　　用數(shù)線條的方法確定分辨率是一種方法，還有一種更為客觀的方法是測(cè)量鏡頭的MTF函數(shù)。

　　MTF(modulation transfer function 調(diào)制傳遞函數(shù))

　　被測(cè)的黑白條紋圖(分辨率圖版)白線最亮處與黑線最暗處的差別，反映了被測(cè)圖形的反差(或稱對(duì)比度)。設(shè)白線最大亮度為Imax，黑線最小亮度為Imin，用調(diào)制度(Modulation)來(lái)表示反差的大小，調(diào)制度M定義如下：

　　M=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)

　　同樣通過(guò)鏡頭成像的圖形白線最亮處與黑線最暗處的差別，反映了成像圖形的反差(對(duì)比度)。設(shè)白線最大亮度為I*max，黑線最小亮度為I*min，調(diào)制度M*如下：

　　M*=(I*max-I*min)/(I*max+I*min)

　　如果原來(lái)圖像的調(diào)制度M和經(jīng)過(guò)鏡頭后成像的調(diào)制度M*，那么MTF值為：

　　MTF=M*/M

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　　當(dāng)然希望原來(lái)圖像的調(diào)制度M和經(jīng)過(guò)鏡頭后成像的調(diào)制度M*能“原汁原味”，M*=M即MTF=1。這時(shí)經(jīng)過(guò)鏡頭后成像的反差(對(duì)比度)和原圖像一樣，但實(shí)際情況是經(jīng)過(guò)鏡頭成像的M*要小于原來(lái)圖像的M。當(dāng)被測(cè)的黑白條紋圖密度不高時(shí)，M*和M幾乎相等。隨著被測(cè)的黑白條紋圖密度逐漸提高時(shí)，I*max和I*min會(huì)逐漸接近，M*會(huì)逐漸變小，直到為0，MTF也同樣逐漸變小，直到為0。

　　當(dāng)改變測(cè)試圖的黑白條紋圖密度時(shí)，所成圖像的條紋密度即所代表的分辨率或稱每毫米線對(duì)(lp/mm)也在改變。

　　將lp/mm值作為橫坐標(biāo)將鏡頭MTF值作縱坐標(biāo)連成圖，就得到了MTF-lp/mm圖，參見(jiàn)圖1。

　　在圖1中最上面是一組逐漸變密的黑白測(cè)試線條，中間是一組通過(guò)鏡頭成像的線條。

　　下圖2中紅色曲線就是鏡頭所成圖像的亮度變化曲線，藍(lán)色曲線就是MTF-lp/mm曲線。[nextpage]

　　當(dāng)黑白線條很粗時(shí)(分辨率很低<10 lp/mm)測(cè)試圖和成像的黑白線條的亮度一樣，都很黑或很白，體現(xiàn)在紅色曲線就是曲線上下幅度很大，藍(lán)色這部分MTF-lp/mm曲線都接近100%。

　　當(dāng)測(cè)試線條變密通過(guò)鏡頭成像的白線條就會(huì)變暗，黑線條也不怎么黑了(40lp/mm處)，代表黑白亮度的紅線幅度變小，即反差變小(I*max-I*min)，調(diào)制度M*變小，所以藍(lán)色的MTF值下降到50%。

　　進(jìn)一步提高黑白測(cè)試線條密度，如圖1的接尾處200 lp/mm代表黑白亮度的紅線幅度變得非常小，趨于黑白的中間值，成像的黑白線已經(jīng)很不分明而成了中間的灰色，藍(lán)色曲線的MTF=3%，到了這個(gè)鏡頭的分辨率極限。

　　人眼對(duì)反差5%時(shí)尚能察覺(jué)，對(duì)反差低于2%時(shí)就不能察覺(jué)了。所以一般選定MTF值為3%時(shí)的lp/mm值作為鏡頭的目視分辨率。

　　在圖1中有一條水平紅虛線MTF=10% 和藍(lán)線相交處的分辨率大約是120lp/mm。

　　分辨率在較低(如10 lp/mm)時(shí)的MTF值反映了鏡頭的透光性、反差、對(duì)比度。好的鏡頭能達(dá)到95%以上，如圖2中MTF圖的紅色曲線所代表的鏡頭和圖3的實(shí)例。如果分辨率在10 lp/mm時(shí)MTF較小的，如圖2MTF圖的綠色曲線所代表的這個(gè)鏡頭，10 lp/mm處的MTF=84%，它的透光性、反差對(duì)比度就都會(huì)比較差。

　　紅色曲線代表的鏡頭和綠色曲線代表的鏡頭雖然最后的分辨率差不多，但紅色曲線代表的鏡頭的透光性、反差、對(duì)比度要比綠色曲線代表的鏡頭好很多。[nextpage]

　　在分辨率較高，比如30lp/mm時(shí)的MTF值反映了鏡頭的分辨率，好的鏡頭要在70%以上，而普通鏡頭就在40%以下了。如圖3中紅線代表的鏡頭在30lp/mm處MTF=80%，裝在高清攝像機(jī)上能看到1000線，而如圖3

　　中紫色線代表的鏡頭在30lp/mm處MTF=48%，裝在高清攝像機(jī)上能只看到500線，

　　參見(jiàn)圖4

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　　常見(jiàn)的MTF圖

　　上面的MTF圖是鏡頭中心處的MTF值隨分辨率lp/mm變化的曲線圖。但MTF還和很多因素有關(guān)。測(cè)試時(shí)鏡頭的光圈，測(cè)試點(diǎn)偏離中心的距離。

　　另外測(cè)試黑白線條是平行于徑線(弧矢方向)，還是垂直徑線即切線方向(子午方向meridional一般標(biāo)M)，MTF值都不一樣。

　　鏡頭公司往往會(huì)以一個(gè)固定光圈，用10lp/mm分辨率的黑白線條，在偏離鏡頭中心不同距離處測(cè)試MTF值，來(lái)表示鏡頭中心外其他各點(diǎn)反差特性。當(dāng)然也會(huì)用30 lp/mm在偏離鏡頭中心不同距離處測(cè)試MTF值，來(lái)表示鏡頭中心外其他各點(diǎn)的分辨率特性。

　　這種MTF圖一般是F=8(光圈值為8)時(shí)測(cè)得(MTF一般在F=8最好)。有兩組曲線，一組是10lp/mm用粗線表示，另一組是30lp/mm用細(xì)線表示。每組曲線有兩條，弧矢方向(測(cè)試黑白線條是平行于徑線)測(cè)得的MTF曲線一般用實(shí)線表示，子午方向(測(cè)試黑白線條是垂直于徑線)測(cè)得的MTF曲線一般用虛線表示，總共4條曲線。

　　圖7某鏡頭距中心不同距離(mm)處的MTF圖。由圖中線條可以看出，代表反差(10 lp/mm)的藍(lán)色粗線很高，接近于0.97，說(shuō)明該鏡頭在F8的最佳光圈處有著非常好的反差，代表分辨率(30 lp/mm)的藍(lán)色細(xì)線也在0.86以上，說(shuō)明此光圈下分辨率也極優(yōu)。

　　藍(lán)色曲線直到距離中心18毫米左右依然平直，僅在邊緣略有下降，說(shuō)明該鏡頭在整個(gè)成像范圍內(nèi)有著一致的特性，邊角分辨率略有一點(diǎn)下降。

　　實(shí)線與虛線距離很近，反映出該鏡頭像散也很小。對(duì)于MTF圖的判讀可以歸納出以下幾點(diǎn)。

　　1、10 lp/mm的低頻曲線反映了鏡頭的反差特性，這條曲線越高代表鏡頭反差大。

　　2、30 lp/mm的高頻曲線反映鏡頭分辨率特性，這條曲線越高代表鏡頭分辨率越高。

　　3、弧矢曲線與子午曲線越接近兩者距離越較小，代表鏡頭像散越小。

　　4、MTF曲線越平直越好，越平直越說(shuō)明邊緣與中間一致性好。