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分辨率测试卡MTF和边缘

日期:2019-05-20 08:16 人气:

关于分辨率测试卡MTF,我们知道正弦条纹图案的调制随着光学成像中空间频率的增加而减少,这种反比的规律在图像生成的进一步阶段也是这样的。不过,这些数字无法直接给出真实图片的质量。光度、细节分辨率与这些数字之间有什么关系?正弦函数即使在实验室中,也只能作为近似值产生,然后用数学推导出正弦调制的其他测试对象,用于评估镜头和相机的特殊分辨率测试卡,使用具有矩形强度分布的黑色和白色突变之间的条纹图案,并确定有效的分辨率。

有的时候,矩形图案的调制传递比相同空间频率的正弦图案好一点。其实这些精确的矩形形状很少在真正的摄影对象中发现。

精细周期性图案仅代表我们的眼睛识别成像质量的主体属性的一小部分。对于分辨率测试卡检测最重要的是真实的边缘,两个区域之间的边界具有不同的亮度或颜色。我们现在想了解分辨率测试卡测试MTF和边缘再现之间的关系,这又使我们再次回到了我们的起点,即点扩散功能。

以下图像从左到右分别对应显示:

1、点扩散函数的强度分布,以对数刻度下降到中心最大强度的1/1000。点扩散函数的宽度单位为μm,1μm为1 / 1000mm。

2、两个边缘图像的强度分布,亮度大小以及步长。垂直刻度是摄影师熟悉的对数孔径尺度:每个级别都表示强度的一半。水平刻度也是以μm为单位的图像中的距离的量度。边缘的明暗面分别在左侧和右侧。

3、五个空间频率5,10,20,40和80lp/mm的相应调制传输显示为条形图(图像中的第三个)。

 

扩散函数强度分布图

 

这是35mm格式非常好的成像性能的例子;点扩散窄,从白色到黑色的边缘的转变不大于10μm,即非常陡峭。反应到实际摄影中,摄影师会说:这张图像边缘的很锋利。在调制传输语言中,这一特性被认为重要的空间频率上的所有值都非常高,并且不会对较高频率强烈降低的示例。

对于具有这种成像性能的镜头,实际的图像质量通常会受传感器或其他因素限制,例如聚焦精度,相机移动等。

 

扩散函数图1

 

从图中可以看出,这个实例点扩散函数的直径明显较大;边缘从白色到黑色的图像并不锐利,也就是说边缘轮廓是较为平坦的,因为从最大亮度到黑色的转变,取决于亮度步长的大小,该实例中这个值在30和50μm之间。在这个距离之后函数进入了深黑色,因此上述尺度的两端之间的对比度很高。分辨率测试卡MTF值通过快速向较高的空间频率下降而显示出这些特征,而与先前的示例相比,MTF值在最低频率下略微不同。

 

扩散函数图2

 

较宽的盒形线图像自然会产生较差的边缘定义。低至20lp/mm的低等和中等空间频率的分辨率测试卡MTF值是正常的,即使在60lp/mm,仍然有可接受的调制传递。如果只想看这些频率,就会有一个非常可观的成像性能的印象。

但是,在40lp/mm没有对比度!调制传递的曲线可以下降到零,然后再次增加。这被称为“伪分辨率”,因为具有60lp/mm的结构以清晰的分辨率再现。通常没有注意到黑白互换(西门子星除外),下一个零点将会再次以80lp mm再次出现,分辨黑色和白色再次处于正确的位置。术语“伪分辨率”旨在表示在单一的、符合偶然的有利空间频率下,高分辨率的孤立测量可以模拟甚至不存在的图像质量。在发布的MTF曲线中找不到这种类型的成像,但是它们对于焦点误差和运动引起的模糊,却是非常重要的。

 

扩散函数图3

 

这个上面实例中,点扩散函数与第一个例子中的一样窄,但被弱光环包围。边缘定义是高的部分,但同时宽阔明亮的边缘,延伸到了黑暗的区域。现实摄影拍摄中,摄影师会说镜头中展现出了耀斑。这是因为边缘附近的对比度较低而导致的。