Modulační přenosová funkce (MTF)

 

Difrakční limit - Airyho disk

Airyho disk je popis nejlépe zaostřeného bodu světla, který může vytvořit dokonalá čočka s kruhovým otvorem, omezený difrakcí světla.

 

Když světlo prochází jakýmkoli otvorem (každá čočka má konečný otvor), dochází k difrakci. Výsledný difrakční vzor, jasná oblast ve středu společně se sérií soustředných kruhů klesající intenzity kolem ní, se nazývá Airyho disk

Průměr tohoto vzoru souvisí s vlnovou délkou (λ) osvětlujícího světla a velikostí kruhového otvoru, což je důležité, protože Airyho disk je nejmenší bod, do kterého může být světelný paprsek zaostřen. Když se zaostřené Airyho vzory z různých detailů na objektu přiblíží k sobě, začínají se překrývat. Když překrývající se vzory vytvoří dostatečnou konstruktivní interferenci ke snížení kontrastu, nakonec se stanou navzájem nerozlišitelnými. Obrázek ukazuje rozdíl ve velikosti bodu mezi objektivem nastaveným na f/5,6 a objektivem nastaveným na f/16.

 

 

Jak se pixely nadále zmenšují, tento efekt se stává větším problémem a nakonec je velmi těžké ho překonat. Airyho disk, nebo minimální velikost bodu, lze vypočítat pomocí clonového čísla f/# a vlnové délky v μm:

Tabulka ukazuje vypočtený průměr Airyho disku pro různá clonová čísla f/# při použití zeleného světla (520 nm). Nejmenší dosažitelná velikost bodu může rychle překročit velikost malých pixelů. To vede k obtížím při snaze dosáhnout plné rozlišovací schopnosti snímače s jakoukoli použitelnou úrovní kontrastu. Navíc to nebere v úvahu žádná omezení návrhu objektivu a výrobní chyby spojené s výrobou čočkových prvků a optických sestav, což může vést ke snížení schopnosti vytvořit nejmenší fyzicky dosažitelný bod, a tím ke snížení úrovně rozlišení a kontrastu.

 

Poznámka: Toto je vše teoretické a je to výchozí bod pro omezení v optickém systému.

 

 

Graf MTF

Ostrost fotografického zobrazovacího systému nebo jeho komponenty (objektiv, film, obrazový snímač, skener, zvětšovací objektiv atd.) je charakterizována parametrem nazývaným Modulační přenosová funkce (MTF), známým také jako odezva prostorové frekvence.

 

 

 

MTF je odezva prostorové frekvence zobrazovacího systému nebo komponenty; je to kontrast při dané prostorové frekvenci vzhledem k nízkým frekvencím.

Prostorová frekvence se obvykle měří v cyklech nebo párech čar na milimetr (lp/mm), což je analogické cyklům za sekundu (Hertz) v audiosystémech. Lp/mm je nejvhodnější pro filmové fotoaparáty, kde jsou formáty relativně pevné (tj. 35mm full frame = 24x36mm), ale cykly/pixel (c/p) nebo šířky čar na výšku obrazu (LW/PH) mohou být vhodnější pro digitální fotoaparáty, které mají širokou škálu velikostí snímačů.

Vysoké prostorové frekvence odpovídají jemným detailům obrazu. Čím rozšířenější je odezva, tím jemnější je detail - tím ostřejší je obraz.

Jak číst grafy MTF

Graf MTF zobrazuje kontrast a rozlišení objektivu od středu k jeho okrajům ve srovnání s "dokonalým" objektivem, který by měl 100% kontrast. Kontrast objektivu je důležitý, protože pracuje v korelaci s rozlišením objektivu.

Použití grafu MTF je preferovanou metodou pro studium optického výkonu objektivu, protože využívá teoretické rovnice k vykreslení grafu výkonu a nespoléhá se na subjektivní názor, předmět, funkce fotoaparátu, software nebo jiné faktory.

Osa y (vertikální osa) grafu MTF zobrazuje přenos světla (kontrast) objektivem s maximální hodnotou "1,0", což by znamenalo 100% propustnost (kontrast) světla, ačkoli 100% propustnost světla není možná, protože sklo není 100% průhledné.

Osa x (horizontální osa) ukazuje vzdálenost od středu obrazu směrem k jeho okrajům. Takže "0" v levém dolním rohu představuje střed objektivu a čísla podél dolní osy představují vzdálenost směrem k okraji objektivu v milimetrech.

Na grafu MTF jsou vykresleny dvě skupiny dat: Sagitální a Meridiánové čáry.

"Sagitální čáry" (plné čáry) představují měření kontrastu párů čar, které běží rovnoběžně s centrální diagonální čárou procházející středem objektivu od levého dolního rohu k pravému hornímu rohu.

"Meridiánové čáry" (tečkované čáry) představují páry čar také umístěné podél imaginární čáry od středu objektivu k okraji, ale tyto páry čar jsou kolmé k diagonální čáře.

Pro každou Sagitální a Meridiánovou hodnotu existují dvě skupiny testovacích čar: jedna skupina nebo páry čar při 10 čarách na milimetr a druhá skupina při 30 čarách na milimetr. Nižší páry čar (10 čar/mm) budou obecně vykresleny výše na grafu než náročnější jemné rozlišení 30 čar/mm.

 

Obecně platí, že čím vyšší a plošší jsou čáry, tím lépe. Vyšší čáry indikují lepší kontrast (10 čar/mm) nebo rozlišení (30 čar/mm), zatímco plošší (zleva doprava) čára ukazuje, že optický výkon je téměř stejný na okraji obrazu ve srovnání se středem.

Níže je graf MTF pro objektiv AF-S DX NIKKOR 35mm f/1,8G. Při měření výkonu objektivu pro graf MTF, testy Nikon jsou prováděny s objektivem při jeho maximální (nejširší) cloně. Kontrast Sagitálních a Meridiánových párů čar v různých bodech od středu objektivu je měřen a vykreslen na grafu.

Graf MTF se skládá z měření Sagitálních a Meridiánových čar při 10 čarách na milimetr i 30 čarách na milimetr. To vytváří graf se 4 samostatnými čarami.

Červená 10 čar/mm (10 čar na milimetr) indikuje schopnost objektivu reprodukovat nízkou prostorovou frekvenci nebo nízké rozlišení. Tato čára indikuje hodnoty kontrastu objektivu a čím vyšší a rovnější tato čára je, tím lépe; protože čím výše se čára objeví, tím větší množství kontrastu je objektiv schopen reprodukovat.

Modrá 30 čar/mm (30 čar na milimetr) indikuje schopnost objektivu reprodukovat vyšší prostorovou frekvenci nebo vyšší rozlišení; tato čára se vztahuje k rozlišovací schopnosti objektivu a opět platí, že čím výš čára je, tím lépe.

Čára začíná na levé straně grafu, která představuje střed objektivu. Jak se čára pohybuje doprava, indikuje okraj objektivu, takže můžete vidět, jak kontrast a ostrost objektivu klesá od středu k okraji obrazu.

Porovnání dvou objektivů