LENCE MINŐSÉG:MTF, FELBONTÁS ÉS KONTRASZT

Két azonos felbontású objektív esetén a kép látszólagos minőségét leginkább az határozza meg, hogy az egyes objektívek mennyire tartják meg a kontrasztot, ahogy ezek a vonalak fokozatosan szűkülnek. Az objektívek közötti tisztességes összehasonlítás érdekében azonban meg kell határoznunk a képminőség-veszteség számszerűsítésének módját...

MTF:MODULÁCIÓS ÁTVITELI FUNKCIÓ

A modulációs átviteli funkció (MTF) számszerűsíti, hogy a téma regionális fényerejének változásai mennyire maradnak meg, amikor áthaladnak a fényképezőgép lencséjén. Az alábbi példa egy tökéletes* objektív MTF-görbéjét szemlélteti:

Megjegyzés:A fekete és fehér vonalak közötti távolságot eltúlozták a láthatóság javítása érdekében.
Az MTF-görbe kör alakú rekesznyílást feltételez; más rekeszalakzatok némileg eltérő eredményt adnak.

*A tökéletes objektív az, amelynek részleteinek csak a diffrakció szab határt.
A témával kapcsolatos háttérért lásd a diffrakcióról szóló oktatóanyagot.

Az 1,0-s MTF a tökéletes kontrasztmegőrzést jelenti, míg az ennél kisebb értékek azt jelentik, hogy egyre több kontraszt vész el – egészen 0-ás MTF-ig, ahol már egyáltalán nem lehet megkülönböztetni a vonalpárokat. Ez a felbontási korlát minden objektív esetében elkerülhetetlen akadályt jelent; ez csak a fényképezőgép lencse rekeszértékétől függ, és nincs összefüggésben a megapixelek számával. Az alábbi ábra egy tökéletes objektívet hasonlít össze két valós példával:

Az ideális elhajláskorlátozott objektív (kék vonal) és a valós kameralencsék összehasonlítása.
A grafikon alatti vonalpár illusztráció nem a tökéletes objektívre vonatkozik.
Vigye az egeret az egyes címkék fölé. hogy megtudja, miben tér el gyakran a jó és a gyenge minőségű lencsék.

A fenti kék vonal a tökéletes "diffrakciós korlátozott" objektív MTF-görbéjét jelöli. A valós világban egyetlen objektívnek sem szab határt csak a diffrakció, bár a csúcskategóriás fényképezőgépek objektívei sokkal közelebb kerülhetnek ehhez a határértékhez, mint a gyengébb minőségű objektívek.

A vonalpárokat gyakran gyakoriságuk alapján írják le:az adott egységhosszon belüli vonalak száma. Ezt a frekvenciát ezért általában "LP/mm"-ben fejezik ki – a vonalpárok (LP) számában, amelyek milliméterben (mm) vannak koncentrálva. Alternatív megoldásként néha ezt a frekvenciát vonalszélességben (LW) fejezik ki, ahol két LW egy LP-vel egyenlő.

Az a legmagasabb vonalfrekvencia, amelyet az objektív az MTF több mint 50%-ának elvesztése nélkül képes reprodukálni ("MTF-50"), fontos szám, mert jól korrelál az élességérzékelésünkkel. Egy 50 LP/mm-es MTF-50-es csúcskategóriás objektív sokkal élesebbnek tűnik, mint például egy gyengébb minőségű objektív 20 LP/mm-es MTF-50-el (feltételezve, hogy ezeket ugyanazon a fényképezőgépen és a ugyanaz a rekesz; erről később).

A fenti MTF és frekvencia diagram azonban általában nem az objektívek összehasonlítása. Ha csak az (i) maximális felbontást és (ii) az MTF-et ismerjük két különböző vonalfrekvencián, az általában több mint elegendő információ. Gyakran fontosabb, hogy tudjuk, hogyan változik az MTF a kép közepétől való távolság függvényében.

Az MTF-et általában a kép közepéből kivezető vonal mentén mérik egy távoli sarokba, rögzített vonali frekvenciával (általában 10-30 LP/mm). Ezek a vonalak lehetnek párhuzamosak a középponttól távolodó iránnyal (sagittalis), vagy merőlegesek erre az irányra (meridionális). Az alábbi példa bemutatja, hogyan lehet ezeket a vonalakat mérni és megjeleníteni egy MTF diagramon egy teljes képkockás 35 mm-es kamera esetén:

A kép közepén lévő részletek gyakorlatilag mindig a legmagasabb MTF-értékkel rendelkeznek, a középponttól távolabbi pozíciók pedig gyakran fokozatosan alacsonyabb MTF-értékkel rendelkeznek. Ez az oka annak, hogy a fényképezőgép lencséinek sarkai gyakorlatilag mindig a legpuhább és leggyengébb minőségű részei a fényképeknek. Később megvitatjuk, miért térnek el a sagittális és a meridionális vonalak.

HOGYAN KELL OLVASNI AZ MTF-diagramot

Most végre a gyakorlatba is átültethetjük a fenti fogalmakat, ha összehasonlítjuk a zoomobjektív tulajdonságait egy elsődleges objektívvel:

A függőleges tengelyen a korábbi MTF érték áll rendelkezésünkre, ahol az 1.0 a vonalpárok tökéletes reprodukálását, a 0 pedig az egymástól már nem megkülönböztethető vonalpárokat jelenti. A vízszintes tengelyen van a kép közepétől való távolság, 21,6 mm a távoli sarok egy 35 mm-es kamerán. Egy 1,6-szoros vágott érzékelő esetén figyelmen kívül hagyhat mindent, ami meghaladja a 13,5 mm-t. Továbbá a teljes képérzékelővel rendelkező, körülbelül 18 mm-en túli dolgok csak a fotó legszélső sarkaiban láthatók:

Megjegyzés:1,5-szeres szenzor esetén a távoli sarok 14,2 mm, a távoli él pedig 11,9 mm.
A digitális fényképezőgép-érzékelők méreteiről szóló oktatóanyagban többet megtudhat arról, hogy ezek hogyan befolyásolják a képminőséget.

A fenti MTF-diagramok különböző megjelenésű vonalai elsőre elsöprőek lehetnek; a kulcs az, hogy egyenként nézzük meg őket. Minden sor egy külön MTF-et jelent különböző feltételek mellett. Például az egyik vonal az MTF-értékeket jelenítheti meg, amikor az objektív f/4,0 rekesznyílásnál van, míg egy másik vonal az MTF-értékeket f/8,0-nál. Az MTF-diagram olvasásának megértésében nagy akadályt jelent az, hogy megtanuljuk, mire utalnak az egyes sorok.

Minden fenti sornak három különböző stílusa van:vastagság, szín és típus. Az alábbiakban bemutatjuk, hogy ezek mit képviselnek:

Mivel egy adott vonalnak tetszőleges vastagsága, színe és típusa lehet, a fenti MTF diagramon összesen nyolc különböző típusú vonal található. Például egy félkövér, kék és szaggatott görbe leírná a 10 LP/mm-es meridionális vonalak MTF-jét f/8.0 rekesznyílás mellett.

A fenti példában a fekete vonalak sajnos nem megfelelőek az alma és az alma közötti összehasonlításhoz, mivel a szélesre nyitott rekesznyílás a fenti objektívek mindegyikénél eltérő (f/2.8 a zoomnál, illetve f/1.4 a prime objektíven). Ez a fő oka annak, hogy a fekete vonalak sokkal rosszabbul jelennek meg az elsődleges objektívnél. Tekintettel azonban arra, hogy a prime objektívnek ilyen hátránya van, egészen csodálatosan teljesít – különösen 10 LP/mm-nél a közepén, és 30 LP/mm-nél a kép szélei felé. Ezért nagy a valószínűsége annak, hogy az elsődleges objektív jobban teljesít, mint a zoomobjektív, ha mindkettő f/2,8-on van, de csak a fenti táblázatok alapján nem tudjuk biztosan megmondani.

A fenti példában a prime lencse minden helyzetben jobb MTF-et mutat, mind a magas, mind az alacsony frekvenciájú részletek (30 és 10 LP/mm) esetén. A prime objektív előnye még hangsúlyosabb a fényképezőgép képének külső részei felé.

A fenti példában mindkét objektív hasonló kontrasztot mutat f/8.0 értéknél, bár itt a primer lencse egy kicsit jobb. A zoomobjektív alig veszít kontrasztból, ha tágra nyíltan használják az f/8.0-hoz képest. Másrészt az elsődleges objektív eléggé elveszíti a kontrasztot f/8.0-ról f/1.4-re, de ez valószínűleg azért van, mert az f/1.4-f/8.0 sokkal nagyobb változás, mint az f/2.8-f/8.0 .

ASTIGMATIZMUS:NYILAS vs. MERIDIONÁLIS VONALAK

Szaggatott vonalak és folytonos vonalak . Ezen a ponton valószínűleg azon tűnődsz, hogy miért kell az MTF-et a szagittális ("S") és a meridionális ("M") vonalpároknál is megjeleníteni? Ezek nem ugyanazok lennének? Igen, a kép közvetlen közepén mindig azonosak. A dolgok azonban a központtól távolodva egyre érdekesebbé válnak. Amikor a szaggatott és a folytonos vonalak elkezdenek eltávolodni, ez azt jelenti, hogy az elmosódás mértéke nem egyenlő minden irányban. Ezt a minőséget csökkentő műterméket "astigmatizmusnak nevezik ”, ahogy az alábbi ábrán látható:

Az asztigmatizmus hatásának megtekintéséhez mozgassa az egeret a képen látható címkékre jobbra.
S =szagittális vonalak, M =meridionális vonalak
Megjegyzés:Technikailag a fenti S-nek valamivel jobb MTF-je lesz, mert közelebb van a kép közepéhez; azonban ebben a példában azt feltételezzük, hogy az M&S hasonló pozícióban van.

Ha az MTF S-ben nagyobb, mint M-ben, az objektumok elsősorban a kép közepéből kisugárzó vonalak mentén elmosódnak. A fenti példában ez azt eredményezi, hogy a fehér pontok a kép közepétől kifelé csíkoznak, mintha mozgás közben elmosódott volna. Hasonlóképpen, a tárgyak az ellenkező (kör alakú) irányban homályosodnak el, ha az MTF-érték M-ben nagyobb, mint S-ben. Sokan közületek, akik most olvassák ezt az oktatóanyagot, akár olyan szemüveget is használnak, amely korrigálja az asztigmatizmust...

A korábbi Canon zoom és a prime objektív MTF diagramjain mindkét objektív kifejezett asztigmatizmust mutat a kép szélein. A primer lencsével azonban érdekes dolog történik:az asztigmatizmus típusa megfordul, ha összehasonlítjuk az f/1,4 és az f/8,0 lencséket. F/8.0-nál az objektív elsősorban radiális irányban homályosodik el, ami gyakori jelenség. Azonban f/1.4-nél a primer lencse elsősorban körkörös irányban homályosodik el, ami sokkal kevésbé gyakori.

Mit jelent az asztigmatizmus a fotóinál? Valószínűleg a legnagyobb következmény az egyedi megjelenésen kívül az, hogy a szabványos élezőszerszámok nem biztos, hogy a rendeltetésszerűen működnek. Ezek az eszközök azt feltételezik, hogy az elmosódás minden irányban egyenlő, így előfordulhat, hogy egyes élek túlélesednek, míg más élek továbbra is elmosódottnak tűnnek. Az asztigmatizmus problémát jelenthet a csillagokat vagy más pontszerű fényforrásokat tartalmazó fotókon is, mivel ez az aszimmetrikus elmosódást még nyilvánvalóbbá teszi.

MTF és REKESZ:AZ OBJEKTÍV "ÉDES HELYÉNEK" MEGTALÁLÁSA

Az objektív MTF értéke jellemzően növekszik egymás után szűkebb rekesz esetén, majd eléri a maximumot a köztes rekeszeknél, és végül ismét csökken a nagyon szűk rekesznyílásoknál. Az alábbi ábra az MTF-50-et mutatja különböző rekeszértékekhez kiváló minőségű objektíven:

A maximális MTF-nek megfelelő rekesznyílás az objektív úgynevezett "sweet spot"-ja, mivel a képek általában ennél a beállításnál lesznek a legjobb élességgel és kontraszttal. Teljes képkockás vagy levágott szenzoros kamerákon ez az édes pont általában valahol f/8.0 és f/16 között van, az objektívtől függően. Ennek az édes pontnak a helye szintén független a fényképezőgép megapixeleinek számától.

• Nagy rekesznyílások esetén a felbontást és a kontrasztot általában a fény aberrációja korlátozza.
  Aberrációról akkor beszélünk, ha a tökéletlen lencsekialakítás miatt a képen látható pontszerű fényforrás nem konvergál a fényképezőgép érzékelőjén lévő ponthoz.
• Kis rekesznyílások esetén a felbontást és a kontrasztot általában a diffrakció korlátozza.
  Az aberrációkkal ellentétben a diffrakció a fényszóródás által okozott alapvető fizikai határ, és nem feltétlenül az objektív kialakításának hibája.
• A jó és gyenge minőségű objektívek ezért nagyon hasonlóak, ha kis rekesznyílással használják
  (például f/16-32 teljes képkocka vagy körbevágott érzékelő esetén).
• A nagy rekesznyílások az, ahol a kiváló minőségű objektívek igazán kitűnnek, mivel az objektív anyaga és tervezése sokkal fontosabb. Valójában egy tökéletes objektívnek még "édes foltja" sem lenne; az optimális rekesznyílás csak tárva legyen.

Nem szabad azonban azt a következtetést levonni, hogy az optimális rekesznyílás-beállítás teljesen független a fényképezett tárgytól. Előfordulhat, hogy a kép közepén lévő édes pont nem felel meg annak, ahol a kép szélei és sarkai a legjobban néznek ki; ehhez gyakran még szűkebb rekeszre kell menni. Továbbá mindez azt feltételezi, hogy a téma tökéletes fókuszban van; a mélységélességen kívüli tárgyak élessége valószínűleg még akkor is javul, ha az f-stop nagyobb, mint az úgynevezett édes pont.

KÜLÖNBÖZŐ FÉNYKÉPEZŐGÉPEK ÉS OBJEKTÍV MÁRKÁK ÖSSZEHASONLÍTÁSA

Az MTF koncepciójával az a nagy probléma, hogy nincs szabványosítva. A különböző MTF-diagramok összehasonlítása ezért meglehetősen nehéz, sőt bizonyos esetekben lehetetlen is lehet. Például a Canon és a Nikon MTF-diagramjait nem lehet közvetlenül összehasonlítani, mivel a Canon elméleti számításokat, míg a Nikon méréseket használ.

Azonban még ha valaki elvégezné is a saját MTF-tesztjét, akkor is problémákba ütközne. Egy tipikus önfutó MTF diagram valójában a fényképezőgép optikai rendszerének nettó teljes MTF-jét ábrázolja - és nem csak az objektív MTF-je. Ez a nettó MTF az objektív, a kameraérzékelő és a RAW konverzió együttes eredményét képviseli, az élesítés vagy egyéb utófeldolgozás mellett. Az MTF mérések ezért a méréshez használt kamerától vagy a RAW-konverzióhoz használt szoftver típusától függően változnak. Ezért csak olyan MTF diagramokat célszerű összehasonlítani, amelyeket azonos módszerekkel mértek.

Vágott és teljes képkocka érzékelők . Különösen óvatosnak kell lennünk az MTF diagramok összehasonlításakor a különböző méretű érzékelőkkel rendelkező kamerák között. Például a 30 LP/mm-es MTF-görbe egy teljes képkocka-kamerán nem egyenértékű egy másik 30 LP/mm-es MTF-görbével egy 1,6-szoros kivágású érzékelőn. A kivágott érzékelőnek ehelyett 48 LP/mm-es görbét kell mutatnia az igazságos összehasonlítás érdekében, mert a kivágott érzékelő jobban megnagyobbodik, ha azonos méretű nyomatot készítenek belőle.

Az érzékelőméretek sokfélesége miatt egyesek elkezdték felsorolni a vonalfrekvenciát a kép vagy a képmagasság (LP/PH vagy LP/IH) szerint, szemben a milliméterhez hasonló abszolút mértékegység használatával. Például egy 1000 LP/PH vonalfrekvencia egy adott nyomtatási méretnél ugyanolyan megjelenésű – függetlenül a kamera érzékelőjének méretétől. Azt gyanítanánk, hogy a gyártók továbbra is 10 és 30 LP/mm-es MTF-diagramokat jelenítenek meg DX, EF-S és más levágott szenzorlencsék esetén, mert így jobban néznek ki MTF-diagramjaik.

MTF-diagram KORLÁTOZÁSAI

Míg az MTF diagramok rendkívül hatékony eszközt jelentenek az objektívek minőségének leírására, számos korlátjuk van. Valójában egy MTF-diagram semmit sem mond erről:

• Színminőség és kromatikus aberrációk
• Képtorzítás
• Vigneettázás (fényesés a kép szélei felé)
• Fényképezőgép lencsék bevillanására való hajlam

Ezenkívül más tényezők, például a felszerelés állapota és a fényképezőgép technikája gyakran sokkal nagyobb hatással lehetnek a fényképek minőségére, mint az MTF kis különbségei. A minőséget csökkentő tényezők közül néhány a következő lehet:

• Fókuszálási pontosság
• A fényképezőgép remegése
• Por a fényképezőgép digitális érzékelőjén (lásd a kameraérzékelő tisztításáról szóló oktatóanyagot)
• Mikro horzsolások, nedvesség, ujjlenyomatok vagy egyéb bevonatok az objektíven

A legfontosabb az, hogy annak ellenére, hogy az MTF-diagramok elképesztően kifinomult és leíró eszközök – sok jó tudomány támasztja alá őket –, végül semmi sem jobb, ha egyszerűen vizuálisan megvizsgálja a képet a képernyőn vagy nyomtatott formában. Hiszen a képek azért készülnek, hogy megnézzék, szóval ez minden, ami igazán számít a nap végén. Gyakran meglehetősen nehéz megállapítani, hogy egy kép jobban fog-e kinézni egy másik objektíven MTF alapján, mert általában sok versengő tényező van:kontraszt, felbontás, asztigmatizmus, rekesznyílás, torzítás stb. Egy objektív ritkán jobb mindezekben szempontok egyidejűleg. Ha nem tud különbséget tenni a hasonló helyzetekben használt különböző objektívekkel készített felvételek között, akkor az MTF eltérései valószínűleg nem számítanak.

Végül, még ha az egyik objektív MTF-je valóban rosszabb is, mint a másiké, az élesítés és a helyi kontrasztjavítás gyakran észrevehetetlenné teheti ezt a hátrányt a nyomatokon – mindaddig, amíg az eredeti minőségi különbség nem túl nagy.