На главную страницу www.afanas.ru

Измеряем MTF самостоятельно

Автор: Афанасенков М.А., http://www.afanas.ru,   Е-mail:mike@afanas.ru

Видеостраницы на afanas.ru >Измеряем MTF самостоятельно

Оглавление.

  1. Предисловие. Что такое MTF и её связь с разрешением.
  2. Самостоятельное измерение MTF - пошаговая инструкция.
  3. Некоторые результаты и их обсуждение.
  4. Выводы.

Предисловие. Что такое MTF и её связь с разрешением.

(если Вы точно знаете что такое MTF, можно смело переходить к следующей части)

Несколько слов о разрешении

Способность передать мелкие детали изображения называют обычно разрешением. Ранее, в плёночной фотографии, принято было выражать его в линиях на мм, считая (в отличие от телевидения и видео) чёрную линию на белом фоне за ОДНУ линию. Таким образом, если в кадре (24*36мм) можно было различить 1200 горизонтальных чёрных линий, а 1300 уже сливались, говорили что разрешение 50 линий на мм. С появлением цифровой фотографии связано два принципиальных изменения - во-первых, для унификации с теле-видео-стандартами стали считать одну линию за две ("чёрная+белая") и говорить "пар линий"; во-вторых - в связи с разными размерами кадра(матрицы) приводить число линий не к миллиметру, а к короткой стороне кадра. В вышеупомянутом примере разрешение составило бы 2400 линий/высоту кадра. Типичным способом измерения служит так называемая радиальная мира - как бы веер из сходящихся линий. В центре все линии сливаются, на окраине - хорошо различимы. В зависимости от разрешения аппарата меняется место "начиная с которого" отдельные линии переходят в серый фон.

Проблемы в измерении разрешения. Введение MTF.

В учебнике всё выглядит достаточно гладко и понятно. Но кавычки в конце предыдущего абзаца поставлены не случайно. В реальности выясняется, что
На иллюстрации приведён типичный (не самый сложный) пример. В зависимости от "строгости" наблюдателя колебания разрешения легко достигают 20-40%. В результате ценность цифр, приводимых в обзорах становится сомнительной.

Лирическое отступление.
Похожая ситуация складывается с другими "паспортными" парметрами бытовой техники - например мощностью и частотным диапазоном недорогих аудиосистем. Мощность можно измерять при разных значениях искажений, а нижнюю границу частотного диапазона - при разном падении АЧХ, чем изготовители активно пользуются. В результате мы часто видим пластиковые компьютерные колонки за 50уе с диапазоном от 40Гц и качественные HiFi колонки за 600 уе с диапазоном от 45Гц. Угадайте, у кого из них басы глубже на самом деле?

Аналогия с акустикой не случайна. Действительно, если принять звуковое давление на средних частотах за единицу ("нормировка АЧХ"), то с понижением частоты оно будет плавно падать до нуля и обычно нижней границей называют ту частоту, при которой давление равно либо 0,5, либо 0,25, либо 0,1 (в зависимости от методики, соответственно и результаты - разные). При этом сама АЧХ(Амплитудно-Частотная Характеристика) достаточно объективна и даёт гораздо бОльшее представление чем сухая цифра "границы". Нельзя ли и в оптике вместо "границы" разрешения снять плавную кривую падения контраста при росте частоты штрихов? Именно эта кривая и получила название Modular Transfer Function (MTF) - функция передачи модуляции. Более подробно (на английском) можно почитать здесь, а кратко я изложу ниже. Итак, если вместо "классических" штрихов с прямоугольным графиком яркости использовать "синусоидальные", а функцию "контраста" от частоты определить как (Iw-Ib)/(Iw+Ib), где Iw и Ib - яркости изображений "самой белой" и "самой тёмной" точки на данной частоте линий, то MTF(частоты)=КОНТРАСТ(частоты)/КОНТРАСТ(низкой частоты). Таким образом, на низкой частоте MTF равна единице, а с ростом плавно падает до нуля (когда изображения линий сливаются, контраст становится нулевым). Классически определяемое "разрешение" соответствует частоте при которой MTF становится равной примерно 0,1.

Как и АЧХ в акустике, MTF способна дать гораздо больше информации. Так, два объектива, имеющие одинаковое разрешение (скажем, 40пар_линий (pl)/мм в 35мм-эквиваленте) могут иметь разные графики MTF - у одного график опускается сразу от 1pl/mm вниз, плавно достигая 0,1 при 40 pl/mm, а у другого держится возле 0,95 "до последнего", и лишь начиная с 30pl/mm круто падает вниз. При частоте 20-25pl у первого будет MTF 0,25, а у второго - 0,95. В результате снимки первого будут заметно более вялыми ("мыльными"). Тем не менее формальное разрешение у них действительно одинаково.

Разные графики MTF

Самый естественный график MTF - зависимость от частоты линий при фиксированном месте в кадре (с краю и в центре графики разные). Однако получил распространение и наиболее часто публикуется другой тип графиков - зависимость от положения в кадре при фиксированной частоте линий, обычно при 10, 20 и 40 pl/mm. При этом откладывается обычно расстояние до центра кадра в миллиметрах. Если первый (от частоты) график наглядно показывает "частотное" поведение, то второй - "геометрическое", т.е. более наглядно видно (не)равномерность "замыливания" по полю кадра. Мы далее будем снимать "частотный" вариант.

И ещё пару слов о единицах измерения частоты линий. В 35-мм аппаратуре разумно по-прежнему мерить в pl/mm. В цифромыльницах разумно мерить в линиях на высоту кадра. В цифровых же аппаратах на базе стандартной "плёночной" оптики (типа Canon D60) можно мерить двояко - либо в РЕАЛЬНЫХ pl/mm (таким образом мы можем измерять свойства для традиционных объективов, за исключением самых углов "плёночного" кадра), либо в "цифровых" линиях на высоту. Нетрудно посчитать что при высоте матрицы 15мм эти значения связаны коэффициентом 30. Т.е. 50pl/mm соответствует 1500 линий на кадр. Нижеприведённая методика откалибрована как раз под D60. Все результаты приведены в pl/mm. Однако Вы без труда можете "перевести" полученные на цифрокомпактах результаты в привычные линии на кадр домножив на 30 (строго говоря, не совсем на 30 из-за разной пропорции сторон, но погрешность сопоставима с точностью измерений).

Самостоятельное измерение MTF - пошаговая инструкция.

Готовим и снимаем образцы.

Обрабатываем результаты.

Для обработки можно использовать разные методы. Наиболее, на мой взгляд, доступный и простой (хоть и не самый быстрый и удобный) метод с использованием трёх программ: PixelProfile, Advanced Grapher и MS Excel я и опишу ниже. Отмечу, что первые две программы бесплатны, а последняя имеется на большинстве компьютеров и так.

Некоторые результаты и их обсуждение.

Краткие результаты

По вышеописанной методике я протестировал D60 с тремя разными объективами на одном и том же фокусном расстоянии 28мм (45мм в эквиваленте), а также G2 на "коротком" его конце. Все съёмки велись в RAW, далее конвертировались в 16битный тифф, в фотошопе применялись уровни и затем всё сохранялось в 8битном BMP. Настройки RAW-конвертера стояли все "средние" (ББ "as shot", контраст и шарп - нормал). Справа показаны результаты для угла кадра. Объективы обозначены разным цветом, а диафрагмы - типом линии. О "жирном зелёном пунктире" поговорим чуть позднее...

Хуже всех выступил бюджетный стодолларовый 28-80. Диафрагмирование ему сильно идёт на пользу, но лишь на 8 он догоняет (и незначительно обгоняет) 4-мегапиксельную мыльницу G2. Налицо явное несоответствие качества оптики и матрицы (что и не удивительно, если вспомнить цены того и другого).

G2 не огорчил. Несмотря на бюджетную по "зеркальным меркам" оптику (на объектив приходится явно не больше 200 долларов) и маленькую матрицу он показал сравнимые результаты с D60+бюджетный_зум. Отставание от L-оптики совершенно закономерно.

16-35L показал лучшие результаты, как по MTF, так и по дисторсии. Это тоже совершенно предсказуемо, учитывая его цену. А вот то, что втрое более дешёвый 28-135IS показал практически идентичные результаты с L-оптикой меня очень приятно удивило. Дисторсия у него заметно больше, но иначе L-оптика вообще потеряла бы смысл...Интересно, что MTF практически не меняется на диафрагмах от 4 до 8. И лишь полностью открытая диафрагма 2,8 у 16-35L приводит к довольно хитрому изменению кривой MTF - объектив остаётся резким ( на 30-40pl/mm) но теряет контраст (на 10-20pl/mm).

Тайна "жирного зелёного пунктира".

Вы спросите: а что это за монстр, уверенно обогнавший L-оптику в диапазоне 15-35pl/mm и почти не уступающий ей на более высоких частотах? Наверное, это новый знаменитый 24-70/2,8L? Нет, не угадали - это наш старый знакомый EF28-80/3,5-5,6. Просто в настройках RAW-конвертера я поставил шарп на ступеньку повыше и потом дополнительно в Фотошопе применил UnsharpMask (интенс. 100%, радиус 1,0).

Теоретически на реальных фотографиях подобная обработка может приводить к т.н. "перешарпливанию" и увеличению шумов. Посмотрим, насколько это заметно. Я выбрал недавний портрет одноклассника и обработал его таким же образом. Как известно, портреты хуже всего "реагируют" на перешарпливание.

Это - общий вид кадра. По ссылке откроется "пошарпленный" кадр после ресайза на 50%

Это - без ресайза (если кликнуть), но с кропом "главной" части, в сравнении с необработанным снимком. Все без исключения опрошенные говорят, что как раз справа - нормальный снимок, а слева - какой-то не то мыльный, не то вялый... Шумы же увеличились практически незаметно. Этим примером я не призываю шарпить все кадры без разбора, а лишь хочу показать две вещи:
  • применённый в тесте шарп вполне умеренный, отнюдь не экстремальный, и не приводит к каким-то уж очень катастрофическим побочным эффектам;
  • понятие "нормального", "высокого" и "низкого" шарпа относительно и может трактоваться по-разному у разных производителей или даже в разных линейках камер.
  • Таким образом, умеренное изменение условий обработки влияет на разрешение ничуть не меньше, а иногда и больше чем замена оптики на вдесятеро более дорогую и при этом ни стоит ни копейки. Заманчивый путь для разработчиков, не так ли?

    Выводы.

    2003(11)
    На главную страницу www.afanas.ru Фотокниги artmilena производство фотокниг photomax.ru. , Заказать воздушные шары на день рождения: моншар доставка шаров 1000sharov.ru. Права на все материалы сайта afanas.ru принадлежат Афанасенкову М.А. Перед копированием любых материалов ознакомьтесь с политикой сайта по этим вопросам! Хит-парад читателей сайта:
    Разумно о фото
    Разумно о фото (лайт)
    На главную страницу www.afanas.ru