Разрешающая сила объектива | это… Что такое Разрешающая сила объектива?

Разреша́ющая си́ла объекти́ва — характеристики фотографического объектива, отображающие его свойства по передаче чёткого изображения.

Разрешающая способность объектива оценивается по количеству воспроизводимых штрихов на 1 мм изображения, которое тот способен спроецировать на фоточувствительный элемент (плёнку или матрицу цифровой камеры). Само собой разумеется, что при этом снимаемый объект находится в фокусе, а не в зоне резкого изображения для данного объектива. Измерения разрешающей способности проводят с помощью специальных мир.

Содержание 1 Неоднородности разрешающей силы 2 Методы определения 3 Литература 4 Ссылки

Неоднородности разрешающей силы

Разрешающая сила объективов неоднородна по полю изображения, обычно уменьшаясь к краям изображения. Это обусловлено наличием у объектива внеосевых аберраций (кома, астигматизм), которые не наблюдаются в центре поля.

Разрешающая сила у объективов одинаковой конструкции уменьшается с увеличением главного фокусного расстояния: у короткофокусных (широкоугольных) она выше, чем у длиннофокусных.

Для каждого объектива существует относительное отверстие (диафрагма), при котором его разрешающая сила максимальна. Это обусловлено тем, что сначала при диафрагмировании происходит улучшение изображения за счет уменьшения аберраций, а потом ухудшение за счёт дифракции.

Для определения оптимальной по разрешающей силе диафрагмы для конкретного объектива следует обратиться к результатам тестов. В целом, с ростом максимальной разрешающей способности ее максимум смещается в сторону более открытой диафрагмы.

Фотографические объективы служат для получения изображения на фотоматериале или цифровой матрице, которые также обладают определённой разрешающей способностью. Поэтому для полного использования разрешающей силы объектива следует использовать его с соответствующими фотоматериалами или матрицами, разрешающая способность которых равна или выше разрешающей способности объектива, так как разрешающая способность системы объектив + светочувствительный элемент заведомо не выше разрешения каждого компонента.

Методы определения

Для определения разрешающей силы объектива используют различного вида ми́ры — испытательные таблицы с нанесёнными на них штрихами различной ширины и длины.

Разрешающая сила объектива по ГОСТ в СССР измерялась в линиях на 1 мм, она всегда больше в центральной части изображения и меньше на его краях. Современные данные могут оперировать иным способом оценки числа линий, когда учитываются как чёрные, так и белые линии. Разрешение при этом численно удваивается, не меняясь по сути.

Разрешающая способность системы объектив + светочувствительный элемент приближенно определяется по формуле:

,

где – разрешающая сила объектива в линиях на 1 мм; — разрешающая сила светочувствительного элемента в линиях на 1 мм. Данная формула непригодна для матричных фотоприемников в связи с их дискретным характером.

Литература

• Яштод-Говорко В. А. Фотосъёмка и обработка. Съёмка, формулы, термины, рецепты. 4-е изд., сокр. — М.: «Искусство», 1977.

Ссылки

• Страница «Характеристики качества изображения» на сайте НТЦ Красногорского завода им. С. А. Зверева — понятия разрешающей силы, изобразительной способности, пограничной нерезкости и др.

Разрешающая способность объектива: понятие, формула расчета

Разрешение — это способность системы изображения воспроизводить детали объекта, которое зависит от таких факторов, как тип используемого освещения, размер пикселя датчика и возможности оптики. Чем меньше детали объекта, тем выше требуемая разрешающая способность объектива.

Введение в процесс разрешения

Качество изображения камеры зависит от сенсора. Попросту говоря, цифровой датчик изображения — это чип внутри корпуса камеры, содержащий миллионы светочувствительных пятен. Размер датчика камеры определяет, сколько света может быть использовано для создания изображения. Чем больше датчик, тем лучше качество изображения, так как собирается больше информации. Обычно в торговой сети цифровые камеры рекламируют размеры датчика: 16 мм, Super 35 мм, а иногда и до 65 мм.

По мере увеличения размера датчика глубина резкости будет уменьшаться при заданной диафрагме, так как больший аналог требует приблизиться к объекту или использовать более длинное фокусное расстояние для заполнения кадра. Чтобы поддерживать ту же глубину резкости, фотограф должен использовать меньшие размеры диафрагмы.

Эта небольшая глубина резкости может быть желательной, особенно для достижения размытия фона для портретной живописи, но для пейзажной фотографии требуется большая глубина, которая легче снимается с гибким размером диафрагмы компактных камер.

Разделение количества горизонтальных или вертикальных пикселей на датчике укажет, сколько места занимает каждый из них на объекте, и может использоваться для оценки разрешающей способности объектива и разрешает сомнения покупателя о размере элементов цифрового изображения у устройства. В качестве отправной точки важно понять, что может фактически ограничить разрешение системы.

Это утверждение можно продемонстрировать на примере пары квадратов на белом фоне. Если квадраты на датчике камеры отображаются на соседние пиксели, то они будут казаться одним большим прямоугольником на изображении (1a), а не двумя отдельными квадратами (1b). Чтобы отличить квадраты, между ними требуется определенное пространство, по крайней мере, один пиксель. Это минимальное расстояние является предельным разрешением системы. Абсолютное ограничение определяется размером пикселей на датчике, а также их количеством.

Измерение характеристик объектива

Связь между чередующимися черными и белыми квадратами описывается, как линейная пара. Как правило, разрешение определяется частотой, измеренной в парах линий на миллиметр — lp/mm. К сожалению, разрешающая способность объектива в см не является абсолютным числом. При заданном разрешении способность видеть два квадрата в виде отдельных объектов будет зависеть от уровня шкалы серого. Чем больше разделение в серой шкале между ними и пространством, тем более устойчивой является способность разрешать эти квадраты. Это разделение серой шкалы известно, как контраст с определенной частотой.

Пространственная частота задается в lp/mm. По этой причине вычисление разрешения в терминах lp/mm чрезвычайно полезно при сравнении линз и определении наилучшего выбора для данных датчиков и приложений. Первый находится там, где начинается расчет разрешения системы. Начиная с датчика, легче определить, какие характеристики объектива нужны для соответствия требованиям устройства или других приложений. Самая высокая частота, разрешенная датчиком, — Найквиста, фактически равна двум пикселям или одной линейной паре.

Разрешающая способность объектива по определению, также называемая разрешением пространства изображения для системы, ее можно определить, умножив размер в μm на 2, чтобы создать пару, и разделив его на 1000 для преобразования в мм:

lp/mm = 1000/ (2 Х pixel)

Датчики с большими пикселями будут иметь более низкие предельные разрешения. Датчики с меньшими пикселями будут иметь более высокие показатели, согласно вышеприведенной формуле разрешающей способности объектива.

Активная область датчика

Можно рассчитать предельное разрешение для объекта, подлежащего просмотру. Для этого необходимо различать такие показатели, как соотношение между размером датчика, полем обзора и количеством пикселей на датчике. Размер последнего относится к параметрам активной области датчика камеры, обычно определяемому размером его формата.

Тем не менее точные пропорции будут варьироваться в зависимости от соотношения сторон, а номинальные форматы датчиков следует использовать только в качестве ориентира, особенно для телецентрических линз и больших размеров увеличения. Размер датчика можно непосредственно рассчитать по размеру пикселей и их активному количеству, чтобы выполнить проверку разрешающей способности объектива.

В таблице показан предел Найквиста, связанный с размерами пикселей, найденными на некоторых очень часто используемых датчиках.

Размер пикселя (мкм)	Связанный предел Найквиста (lp / mm)
1,67	299,4
2,2	227,3
3,45	144,9
4,54	110,1
5,5	90,9

По мере уменьшения размеров пикселей, связанный предел Найквиста в lp/mm увеличивается пропорционально. Чтобы определить абсолютное минимальное разрешаемое пятно, которое можно увидеть на объекте, необходимо рассчитать отношение поля зрения к размеру датчика. Это также известно, как первичное увеличение (PMAG) системы.

Отношение, связанное с системным PMAG, позволяет масштабировать разрешение пространства изображений. Как правило, при разработке приложения оно не указывается в lp/mm, а скорее в микронах (мкм) или долях дюйма. Можно быстро перейти к предельному разрешению объекта, используя вышеуказанную формулу для упрощения выбора разрешающей способности объектива z. Также важно иметь в виду, что есть много дополнительных факторов, и вышеназванное ограничение намного меньше дает погрешности, чем сложности учета многих факторов и расчета их с помощью уравнений.

Вычисление фокусного расстояния

Разрешение изображения — это количество пикселей в нем. Обозначается в двух измерениях, например, 640X480. Расчеты могут выполняться отдельно для каждого измерения, но для простоты это часто сводится к одному. Чтобы сделать точные измерения на изображении, нужно использовать минимум два пикселя на каждую самую маленькую область, которую требуется обнаружить. Размер датчика относится к физическому показателю и, как правило, не указан в паспортных данных. Лучший способ определить размер датчика — посмотреть параметры пикселя на него и умножить его на формат, в этом случае разрешающая способность объектива разрешает проблемы плохого снимка.

Например, камера Basler acA1300-30um имеет размер пикселя 3,75 x 3,75um и разрешение 1296 x 966 пикселей. Размер датчика составляет 3,75 мкм x 1296 на 3,75 мкм x 966 = 4,86 х 3,62 мм.

Формат датчика относится к физическому размеру и не зависит от размера пикселя. Этот параметр используется для определения того, с каким объективом камера совместима. Для того чтобы они совпадали, формат объектива должен быть большим или равным размеру датчика. Если используется объектив с меньшим форматом, изображение испытывает виньетирование. Это приводит к тому, что области датчика вне края формата объектива становятся темными.

Пиксели и выбор камеры

Чтобы увидеть объекты на изображении, должно быть достаточно места между ними, чтобы они не сливались с соседними пикселями, иначе они будут неотличимы друг от друга. Если объекты по одному пикселю, разделение между ними также должно быть не менее одного элемента, именно благодаря этому образуется пара линий, которая фактически имеет два пикселя в размере. Это одна из причин, по которой некорректно измерять разрешение камер и линз в мегапикселях.

На самом деле проще описать возможности разрешения системы в терминах частоты пар линий. Из этого следует, что при уменьшении размера пикселя разрешение увеличивается, поскольку можно поместить меньшие объекты на более мелкие цифровые элементы, иметь меньше пространства между ними и по-прежнему разрешать расстояние между снимаемыми предметами.

Это упрощенная модель того, как датчик камеры обнаруживает объекты, не принимая во внимание шум или другие параметры, и является идеальной ситуацией.

MTF контрастных диаграмм

Большинство объективов — не идеальные оптические системы. Свет, проходя через линзу, подвергается определенной степени деградации. Вопрос в том, как можно оценить эту деградацию? Прежде чем ответить на этот вопрос, нужно определить понятие «модуляции». Последняя является мерой контраста len на заданной частоте. Можно было бы попытаться проанализировать изображения реального мира, сделанные через объектив, чтобы определить модуляцию или контрастность для деталей разных размеров или частоты (интервал), но это очень непрактично.

Вместо этого намного легче измерить модуляцию или контрастность для пар чередующихся белых и темных линий. Они называются прямоугольной решеткой. Интервалом линий в прямоугольной волновой решетке является частота (v), для которого измеряют функцию модуляции или контраста объектива и разрешающую способность в см.

Максимальное количество света будет поступать из световых полос, и минимальное из темных полос. Если свет измеряется по яркости (L), можно определить модуляцию в соответствии со следующим уравнением:

модуляция = (Lmax — Lmin) / (Lmax + Lmin),

где: Lmax — максимальная яркость белых линий в решетке, а Lmin — минимальная яркость темных.

Когда модуляция определяется с точки зрения света, ее часто называют контрастом Майкельсона, поскольку принимают соотношение освещенности от светлого и темного полос для измерения контраста.

Например, есть квадратная волновая решетка определенной частоты (v) и модуляции, а также присущий контраст между темными и светлыми областями, отражающийся от этой решетки через объектив. Модуляция изображения и, таким образом, контрастность линзы измеряют для данной частоты решетки (v).

Функция передачи модуляции (MTF) определяется как модуляция M _i изображения, деленное на модуляцию стимула (объекта) M _o , как показано в следующем уравнении.

MTF (v) = M i / M 0

Тестовые решетки USF печатаются на 98% яркой лазерной бумаге. Черный лазерный тонер для принтера имеет коэффициент отражения около 10%. Таким образом, значение для M ₀ составляет 88%. Но поскольку пленка имеет более ограниченный динамический диапазон по сравнению с человеческим глазом, можно с уверенностью предположить, что M ₀ составляет по существу 100% или 1. Таким образом, приведенная выше формула сводится к следующему более простому уравнению:

MTF (v) = Mi

Таким образом, MTF len для данной частоты решетки (v) представляет собой просто измеренную модуляцию решетки (M_i) при фотографировании через линзу на пленку.

Разрешение микроскопа

Разрешающая способность объектива микроскопа — это кратчайшее расстояние между двумя отдельными точками в поле зрения его окуляра, которое все еще можно отличить как разные объекты.

Если две точки ближе друг к другу, чем ваше разрешение, они будут казаться нечеткими, а их позиции будут неточными. Микроскоп может предлагать высокое увеличение, но, если объективы имеют низкое качество, получившееся плохое разрешение ухудшит качество изображения.

Ниже приведено уравнение Аббе, где разрешающая способность объектива z микроскопа — это разрешающая сила, равная длине волны используемого света, деленная на 2 (числовая апертура объектива).

На разрешение микроскопа влияют несколько элементов. Оптический микроскоп, установленный с большим увеличением, может создавать изображение, которое размыто, тем не менее оно все еще находится на максимальном разрешении объектива.

Цифровая апертура объектива влияет на разрешение. Разрешающая способность объектива микроскопа — это число, указывающее на способность линзы собирать свет и разрешать точку на фиксированном расстоянии от объектива. Наименьшая точка, которая может быть разрешена объективом, пропорциональна длине волны собираемого света, деленной на число числовой апертуры. Следовательно, большее число соответствует большей способности линзы определять отличную точку в поле обзора.Числовая апертура объектива также зависит от величины коррекции оптической аберрации.

Разрешающая способность объектива телескопа

Подобно световой воронке, телескоп способен собирать свет пропорционально площади отверстия, это свойство является основной линзы.

Диаметр темного адаптированного зрачка человеческого глаза составляет чуть менее 1 сантиметра, а диаметр крупнейшего оптического телескопа составляет 1000 сантиметров (10 метров), так что самый большой телескоп в один миллион раз по площади сбора больше человеческого глаза.

Поэтому телескопы видят более слабые объекты, чем люди. И имеют приборы, которые накапливают свет, используя электронные датчики обнаружения в течение многих часов.

Существует два основных типа телескопа: рефракторы на основе линз и отражатели на основе зеркал. Большие телескопы — это отражатели, потому что зеркала не должны быть прозрачными. Зеркала телескопа — одни из наиболее точных конструкций. Разрешенная ошибка на поверхности равна примерно 1/1000 ширине человеческого волоса — через 10-метровое отверстие.

Раньше зеркала были сделаны из огромных толстых стеклянных плит, чтобы они не провисали. Сегодняшние зеркала тонкие и гибкие, но поддерживаются компьютерным управлением или иначе сегментируются и выравниваются с его помощью. Кроме задачи поиска слабых объектов, цель астронома также заключается в том, чтобы видеть их мелкие детали. Степень, в которой детали могут быть распознаны, называется разрешением:

• Нечеткие изображения = плохое разрешение.
• Четкие изображения = хорошее разрешение.

Из-за волновой природы света и явлений, называемых дифракцией, диаметр зеркала или линзы телескопов ограничивает ее предельную разрешающую способность по отношению к диаметру телескопа. При этом разрешение означает наименьшую угловую деталь, которая может быть распознана. Маленькие значения его соответствуют отличной детализации изображения.

Радио телескопы должны быть очень большими, чтобы обеспечить хорошее разрешение. Атмосфера Земли является турбулентной и размывает изображения телескопа. Земные астрономы редко могут достичь предельной разрешающей способности аппарата.Турбулентный эффект атмосферы на звезде называется видением. Эта турбулентность заставляет звезды «мерцать». Чтобы избежать этих атмосферных размытых объектов, астрономы запускают телескопы в космос или помещают на высокие горы со стабильными атмосферными условиями.

Примеры расчета параметров

Данные для определения разрешающей способности объектива Canon:

1. Размер пикселя = 3,45 мкм x 3,45 мкм.
2. Количество пикселей (H x V) = 2448 x 2050.
3. Желаемое поле зрения (по горизонтали) = 100 мм.
4. Ограничение разрешения датчика:1000/2х3,45=145 lp / mm.
5. Датчик Размеры:3,45Х2448/1000=8,45 mm3,45Х2050/1000=7,07 мм.
6. PMAG:8,45/100=0,0845 мм.
7. Измерение разрешающей способности объективов:145 х 0,0845 =12,25 lp/mm.

На самом деле эти расчеты довольно сложные, но они помогут создавать изображение на основе размера датчика, формата пикселя, рабочего расстояния и поля зрения в мм. Вычисление этих значений определит лучший объектив для изображений и приложения.

Проблемы современной оптики

К сожалению, удвоение размера сенсора создает дополнительные проблемы для линз. Одним из основных параметров, влияющих на стоимость объектива изображений, является формат. Проектирование объектива для более крупноформатного датчика требует многочисленных отдельных оптических компонентов, которые должны быть больше, а перенос системы — более жестким.

Объектив, предназначенный для 1-дюймового датчика, может стоить в пять раз больше, чем объектив, предназначенный для датчика ½ «, даже если он не может использовать те же характеристики с ограниченным разрешением в пикселях. Стоимостную составляющую нужно учитывать перед тем, как определить разрешающую способность объектива.

Сегодня оптическая обработка изображений сталкивается с большими проблемами, чем десять лет назад. Датчики, с которыми они используются, имеют гораздо более высокие требования к разрешению, а размеры форматов одновременно управляются как меньшими, так и большими, в то время как размер пикселей продолжает сокращаться.

В прошлом оптика никогда не ограничивала систему обработки изображений, сегодня она это делает. Там, где типичный размер пикселя составляет около 9 мкм, гораздо более распространенный размер составляет около 3 мкм. Это увеличение плотности точек в 81 раз не прошло бесследно для оптики, и, хотя большинство из устройств хорошие, процесс выбора объективов сейчас более важен, чем когда-либо раньше.

Качество объектива камеры: MTF, разрешение и контрастность

Качество объектива сейчас важнее, чем когда-либо, в связи с постоянно растущим числом мегапикселей в современных цифровых камерах. Часто разрешение ваших цифровых фотографий на самом деле ограничено объективом камеры, а не разрешением самой камеры. Тем не менее, расшифровка графиков MTF и сравнение разрешения различных объективов может стать настоящей наукой. В этом учебном пособии представлен обзор основных понятий и терминов, используемых для оценки качества линз. По крайней мере, надеюсь, это заставит вас дважды подумать о том, что важно при покупке следующей цифровой камеры или объектива.

РАЗРЕШЕНИЕ И КОНТРАСТ

Вероятно, все знакомы с понятием разрешения изображения, но, к сожалению, этому единственному показателю часто уделяется слишком много внимания. Разрешение описывает только то, сколько деталей способен запечатлеть объектив, и не обязательно качество деталей, которое соответствует . Поэтому другие факторы часто в большей степени влияют на наше восприятие качества и резкости цифрового изображения.

Чтобы понять это, давайте посмотрим, что происходит с изображением, когда оно проходит через объектив камеры и записывается датчиком камеры. Для простоты мы будем использовать изображения, состоящие из чередующихся черных и белых линий («пары линий»). За пределами разрешения вашего объектива эти линии, конечно, уже не различимы:

	→		→
Пары линий высокого разрешения		Линза		Неразрешенные пары линий

Пример пар линий, разрешение которых меньше, чем разрешение объектива камеры.

Однако менее понятно, что происходит с другими, более толстыми линиями. Несмотря на то, что они все еще разрешены, они постепенно ухудшаются как в контрасте, так и в четкости краев (см. Резкость: разрешение и резкость) по мере того, как они становятся тоньше:

	→		→
Постепенное уточнение линий		Объектив		Постепенно уменьшающаяся контрастность и четкость краев

Таким образом, для двух объективов с одинаковым разрешением видимое качество изображения будет в основном определяться тем, насколько хорошо каждый объектив сохраняет контраст по мере того, как эти линии становятся все более узкими.

Однако для того, чтобы провести объективное сравнение между объективами, нам необходимо установить способ количественной оценки этой потери качества изображения…

MTF: ФУНКЦИЯ ПЕРЕДАЧИ МОДУЛЯЦИИ

Функция передачи модуляции (MTF) определяет, насколько хорошо сохраняются региональные вариации яркости объекта, когда они проходят через объектив камеры. Пример ниже иллюстрирует кривую MTF для идеального* объектива:

Увеличение частоты пары линий →
Крайний правый угол = максимальное разрешение / предел дифракции.

Примечание. Расстояние между черными и белыми линиями увеличено для улучшения видимости. Кривая
MTF предполагает круглую апертуру; другие формы апертуры дадут несколько иные результаты.

*Идеальная линза — это линза, детализация которой ограничена только дифракцией.

См. учебник по дифракции в фотографии для получения дополнительной информации по этой теме.

MTF, равная 1,0, представляет собой идеальное сохранение контраста, в то время как значения меньше этого означают, что все больше и больше контраста теряется — до тех пор, пока MTF не станет равным 0, когда пары линий вообще невозможно различить. Этот предел разрешения является неизбежным барьером для любого объектива; это зависит только от апертуры объектива камеры и не связано с количеством мегапикселей. На рисунке ниже идеальный объектив сравнивается с двумя реальными примерами:

Увеличение частоты пары линий →

Объектив камеры очень высокого качества (близок к дифракционному пределу)

Объектив камеры низкого качества (далеко от дифракционного предела)

Сравнение идеального объектива с ограничением дифракции (синяя линия) и объективов реальных камер.
Иллюстрация пары линий под графиком не относится к идеальному объективу.
Наведите указатель мыши на каждую из меток, чтобы увидеть, как часто различаются объективы высокого и низкого качества.

Синяя линия вверху представляет кривую MTF для идеальной линзы с «ограничением дифракции». Ни один объектив в реальном мире не ограничен только дифракцией, хотя объективы камер высокого класса могут приблизиться к этому пределу, чем объективы более низкого качества.

Пары линий часто описываются с точки зрения их частоты: количество линий, которые укладываются в заданную единицу длины. Поэтому эта частота обычно выражается в терминах «LP/мм» — количество пар линий (LP), сосредоточенных в миллиметре (мм). В качестве альтернативы иногда эта частота вместо этого выражается в терминах ширины линии (LW), где две LW равны одной LP.

Самая высокая частота строк, которую объектив может воспроизвести без потери более 50% ЧКХ («ЧКХ-50»), является важным числом, поскольку оно хорошо коррелирует с нашим восприятием резкости. Высококачественный объектив с MTF-50 50 LP/мм будет казаться намного более резким, чем, например, объектив более низкого качества с MTF-50 20 LP/мм (при условии, что они используются на одной и той же камере и в такая же диафрагма; об этом позже).

Однако приведенная выше диаграмма MTF в зависимости от частоты обычно не используется для сравнения объективов. Знание только (i) максимального разрешения и (ii) MTF, возможно, на двух разных частотах линии обычно более чем достаточно. Часто важнее знать, как изменяется MTF в зависимости от расстояния от центра вашего изображения.

MTF обычно измеряется по линии, идущей из центра изображения в дальний угол, при фиксированной частоте линии (обычно 10-30 LP/мм). Эти линии могут быть либо параллельны направлению, идущему от центра (сагиттальные), либо перпендикулярны этому направлению (меридиональные). В приведенном ниже примере показано, как эти линии могут быть измерены и показаны на диаграмме MTF для полнокадровой 35-мм камеры:

Пары меридиональных (круговых) линий

Пары сагиттальных (радиальных) линий

→

Расстояние от центра [мм]

Детали в центре изображения практически всегда будут иметь самую высокую ЧКХ, а позиции, расположенные дальше от центра, часто будут иметь все более низкие значения ЧКХ. Вот почему углы объектива камеры практически всегда являются самой мягкой и низкокачественной частью ваших фотографий.

Позже мы обсудим, почему сагиттальная и меридиональная линии расходятся.

КАК ЧИТАТЬ ДИАГРАММУ MTF

Теперь мы можем, наконец, применить все вышеперечисленные концепции на практике, сравнив свойства зум-объектива с объективом с постоянным фокусным расстоянием:

Объектив Canon 16-35mm f/2.8L II
(зум установлен на 35 мм)

Canon 35mm f/1.4L Prime Lens

На вертикальной оси у нас есть значение MTF из предыдущего, где 1,0 представляет идеальное воспроизведение пар линий, а 0 представляет пары линий, которые больше не отличаются друг от друга. По горизонтальной оси отложено расстояние от центра изображения, при этом 21,6 мм — это дальний угол на 35-мм камере. Для датчика кадрирования 1,6X вы можете игнорировать все, что превышает 13,5 мм. Кроме того, все, что превышает 18 мм с полнокадровым датчиком, будет видно только в крайних углах фотографии:

Примечание. Для датчика 1,5X дальний угол составляет 14,2 мм, а дальний край — 11,9 мм.
Подробнее о том, как они влияют на качество изображения, см. в руководстве по размерам сенсоров цифровых камер.

Различные линии на приведенных выше графиках MTF поначалу могут показаться ошеломляющими; главное смотреть на них по отдельности. Каждая строка представляет отдельную MTF при различных условиях. Например, одна линия может представлять значения MTF, когда объектив имеет диафрагму f/4,0, а другая может представлять значения MTF при f/8,0. Большим препятствием для понимания того, как читать график MTF, является изучение того, к чему относится каждая линия.

Каждая строка выше имеет три разных стиля: толщина, цвет и тип. Вот разбивка того, что представляет каждый из них:

Толщина линии:	Жирный → 10 LP/мм — мелкомасштабный контраст Тонкий → 30 LP/мм — разрешение или мелкие детали
Цвет линии:	Синий → Диафрагма f/8,0 Черный → Диафрагма широко открыта
Тип линии:	Пары пунктирных → меридиональных (концентрических) линий Пар сплошных → сагиттальных (радиальных) линий

Поскольку данная линия может иметь любую комбинацию толщины, цвета и типа, приведенная выше диаграмма MTF содержит восемь различных типов линий. Например, кривая, выделенная жирным шрифтом, синяя и пунктирная, будет описывать MTF меридиональных линий 10 LP/мм при апертуре f/8,0.

Черные линии . Они наиболее актуальны, когда вы используете объектив при слабом освещении, вам нужно зафиксировать быстрое движение или нужна небольшая глубина резкости. ЧКХ черных линий почти всегда будет наихудшим сценарием (если только вы не используете необычно малую апертуру).

В приведенном выше примере черные линии, к сожалению, не являются честным сравнением яблок с яблоками, поскольку широко открытая диафрагма различается для каждого из вышеупомянутых объективов (f/2,8 на зуме против f/1,4 на фиксе). Это основная причина, по которой черные линии на объективе с фиксированным фокусным расстоянием выглядят намного хуже. Однако, учитывая, что у фикс-объектива есть такой недостаток, он ведет себя весьма превосходно — особенно при 10 LP/мм в центре и при 30 LP/мм по краям изображения. Поэтому весьма вероятно, что объектив с постоянным фокусным расстоянием превзойдет зум-объектив, когда они оба будут иметь f / 2,8, но мы не можем сказать наверняка, основываясь только на приведенных выше диаграммах.

Синие линии . Они наиболее актуальны для пейзажной фотографии или других ситуаций, когда вам нужно максимизировать глубину резкости и резкость. Они также более полезны для сравнения, потому что синие линии всегда должны быть при одной и той же диафрагме: f/8.0.

В приведенном выше примере объектив с постоянным фокусным расстоянием имеет лучшую ЧКХ во всех положениях как для высокочастотных, так и для низкочастотных деталей (30 и 10 LP/мм). Преимущество основного объектива еще более заметно по отношению к внешним областям изображения камеры.

Жирные и тонкие линии . Жирные линии описывают степень резкости или мелкомасштабного контраста, тогда как тонкие линии описывают более мелкие детали или разрешение. Жирные линии часто являются приоритетом, поскольку высокие значения могут означать, что ваши изображения будут иметь более трехмерный вид, подобно тому, что происходит при локальном повышении контрастности.

В приведенном выше примере оба объектива имеют одинаковую контрастность при f/8. 0, хотя фикс-объектив здесь немного лучше. Зум-объектив практически не теряет контрастности при широко открытой диафрагме по сравнению с f/8.0. С другой стороны, объектив с постоянным фокусным расстоянием немного теряет в контрасте при переходе от f/8,0 к f/1,4, но это, вероятно, потому, что f/1,4-f/8,0 — это гораздо большее изменение, чем f/2,8-f/8,0. .

АСТИГМАТИЗМ: САГИТТАЛЬНЫЕ и МЕРИДОНАЛЬНЫЕ ЛИНИИ

Штриховые и сплошные линии . В этот момент вы, вероятно, задаетесь вопросом: зачем показывать MTF как для сагиттальной («S»), так и для меридиональной («M») пар линий? Разве это не то же самое? Да, в прямом центре изображения они всегда идентичны. Однако чем дальше от центра, тем интереснее становится. Всякий раз, когда пунктирная и сплошная линии начинают расходиться, это означает, что степень размытия не одинакова во всех направлениях. Этот артефакт, снижающий качество, называется «9».0133 астигматизм », как показано ниже:

Выберите тип аберрации:

Астигматизм: MTF в S > M

Астигматизм: MTF в M > S

Без астигматизма: MTF в M=S

Наведите указатель мыши на метки на изображении справа, чтобы увидеть эффект астигматизма.
S = сагиттальные линии, M = меридиональные линии
Примечание. Технически S выше будет иметь немного лучшую MTF, потому что она ближе к центру изображения; однако для целей этого примера мы предполагаем, что M и S находятся в одинаковых позициях.

Когда MTF в S больше, чем в M, объекты размыты в основном вдоль линий, исходящих из центра изображения. В приведенном выше примере это приводит к тому, что белые точки кажутся расходящимися наружу от центра изображения, почти как если бы они были размыты в движении. Точно так же объекты размываются в противоположном (круговом) направлении, когда MTF в M больше, чем в S. Многие из вас, читающих этот урок прямо сейчас, возможно, даже используют очки, корректирующие астигматизм…

Техническое примечание : При использовании широкоугольных объективов М-линии с гораздо большей вероятностью будут иметь более низкую ЧКХ, чем S-линии, отчасти потому, что они пытаются сохранить прямолинейную проекцию изображения. Таким образом, по мере того, как угол обзора становится шире, объекты на периферии становятся все более растянутыми/искаженными в направлениях, уходящих от центра изображения. Таким образом, широкоугольный объектив со значительным бочкообразным искажением может обеспечить лучшую MTF, поскольку объекты на периферии растягиваются намного меньше, чем в противном случае. Однако, как правило, это неприемлемый компромисс с архитектурной фотографией.

На графиках MTF для зум-объектива Canon по сравнению с объективом с фиксированным фокусным расстоянием оба объектива начинают проявлять выраженный астигматизм по самым краям изображения. Однако с основным объективом происходит кое-что интересное: тип астигматизма меняется на противоположный при сравнении объектива с f/1,4 и с f/8,0. При f/8.0 объектив в основном размывает в радиальном направлении, что является обычным явлением. Однако при f/1.4 объектив с постоянным фокусным расстоянием в основном дает размытие в круговом направлении, что встречается гораздо реже.

Что означает астигматизм для ваших фотографий? Вероятно, самое большое значение, помимо уникального внешнего вида, заключается в том, что стандартные инструменты для заточки могут работать не так, как предполагалось. Эти инструменты предполагают, что размытие одинаково во всех направлениях, поэтому вы можете чрезмерно повысить резкость некоторых краев, оставив при этом другие края размытыми. Астигматизм также может быть проблематичным на фотографиях, содержащих звезды или другие точечные источники света, поскольку это сделает асимметричное размытие более заметным.

ЧКХ и ДИАФРАГМА: ПОИСК «ЗОНА НАСЛАЖДЕНИЯ» ОБЪЕКТИВА

ЧКХ объектива обычно увеличивается при последовательном уменьшении апертуры, затем достигает максимума при промежуточной апертуре и, наконец, снова снижается при очень узкой апертуре. На рисунке ниже показана ЧКХ-50 для различных значений диафрагмы высококачественного объектива:

Диафрагма, соответствующая максимальному ЧКФ, является так называемой «зоной наилучшего восприятия» объектива, поскольку изображения, как правило, имеют наилучшую резкость и контрастность. при этой настройке. На полнокадровой камере или камере с кропнутой матрицей этот диапазон обычно находится где-то между f/8.0 и f/16, в зависимости от объектива. Расположение этой точки также не зависит от количества мегапикселей в вашей камере.

Технические примечания :

• При больших значениях диафрагмы разрешение и контраст обычно ограничены световыми аберрациями.
  Аберрация — это когда несовершенная конструкция объектива приводит к тому, что точечный источник света на изображении не сходится с точкой на сенсоре вашей камеры.
• При малых апертурах разрешение и контраст обычно ограничиваются дифракцией.
  В отличие от аберраций, дифракция является фундаментальным физическим ограничением, вызванным рассеянием света, и не обязательно связана с конструкцией объектива.
Таким образом, объективы высокого и низкого качества
• очень похожи при использовании с малой диафрагмой
  (например, f/16–32 на полнокадровой или кропнутой матрице).
• Высококачественные объективы действительно выделяются при больших значениях диафрагмы, поскольку материалы и конструкция объектива имеют гораздо большее значение. На самом деле у идеального объектива не было бы даже «золотого пятна»; оптимальная диафрагма будет просто широко открыта.

Однако не следует делать вывод, что оптимальная установка диафрагмы полностью не зависит от того, что фотографируется. Лучшее место в центре изображения может не совпадать с тем, где края и углы изображения выглядят лучше всего; это часто требует перехода к еще более узкой апертуре. Кроме того, все это предполагает, что ваш объект находится в идеальном фокусе; Объекты за пределами глубины резкости, вероятно, по-прежнему улучшат резкость, даже если ваш f-stop больше, чем так называемая зона наилучшего восприятия.

СРАВНЕНИЕ ФОТОКАМЕР И ОБЪЕКТИВОВ РАЗНЫХ БРЕНДОВ

Большая проблема с концепцией MTF заключается в том, что она не стандартизирована. Поэтому сравнение различных графиков MTF может быть довольно сложным, а в некоторых случаях даже невозможным. Например, графики MTF от Canon и Nikon нельзя сравнивать напрямую, потому что Canon использует теоретические расчеты, а Nikon использует измерения.

Однако, даже если бы кто-то проводил свои собственные тесты MTF, они все равно столкнулись бы с проблемами. Типичная самостоятельная диаграмма MTF фактически отображает чистую общую MTF оптической системы вашей камеры — и не только ЧКХ объектива. Этот чистый MTF представляет собой объединенный результат от объектива, сенсора камеры и преобразования RAW в дополнение к любой резкости или другой постобработке. Поэтому измерения MTF будут различаться в зависимости от того, какая камера используется для измерения или типа программного обеспечения, используемого для преобразования RAW. Поэтому целесообразно сравнивать только графики MTF, которые были измерены с использованием идентичных методологий.

Кропнутые и полнокадровые датчики . Нужно быть особенно осторожным при сравнении графиков MTF для камер с разными размерами сенсоров. Например, кривая MTF при 30 LP/мм на полнокадровой камере не эквивалентна другой кривой MTF 30 LP/мм на датчике с кадрированием 1,6X. Вместо этого обрезанный датчик должен показывать кривую на уровне 48 LP/мм для справедливого сравнения, потому что обрезанный датчик увеличивается больше при печати того же размера.

Разнообразие размеров сенсоров является причиной того, что некоторые начали перечислять линейную частоту с точки зрения изображения или высоты изображения (LP/PH или LP/IH), а не использовать абсолютную единицу измерения, такую ​​как миллиметр. Например, линейная частота 1000 LP/PH выглядит одинаково при заданном размере отпечатка — независимо от размера сенсора камеры. Можно предположить, что одна из причин, по которой производители продолжают показывать диаграммы MTF при 10 и 30 LP/мм для DX, EF-S и других объективов с кроп-сенсором, заключается в том, что это делает их диаграммы MTF лучше.

ОГРАНИЧЕНИЯ ТАБЛИЦЫ MTF

Несмотря на то, что диаграммы MTF являются чрезвычайно мощным инструментом для описания качества объектива, они по-прежнему имеют много ограничений. На самом деле в диаграмме MTF ничего не говорится о:

• Цветовом качестве и хроматических аберрациях
• Искажение изображения
• Виньетирование (ослабление света к краям изображения)
• Восприимчивость к бликам объектива камеры

Кроме того, другие факторы, такие как состояние вашего оборудования и техника вашей камеры, часто могут иметь гораздо большее влияние на качество ваших фотографий, чем небольшие различия в MTF. Некоторые из этих факторов, снижающих качество, могут включать:

• Точность фокусировки
• Дрожание камеры
• Пыль на цифровом датчике камеры (см. руководство по очистке датчика камеры)
• Микропотертости, влага, отпечатки пальцев или другие покрытия на линзе

Что наиболее важно, несмотря на то, что диаграммы MTF представляют собой удивительно сложные и описательные инструменты, подкрепляемые большим количеством научных данных, в конечном счете ничто не сравнится с простым визуальным просмотром изображения на экране или в распечатанном виде. В конце концов, фотографии созданы для того, чтобы на них смотреть, так что это все, что действительно имеет значение в конце дня. Часто бывает довольно сложно определить, будет ли изображение выглядеть лучше на другом объективе на основе MTF, потому что обычно есть много конкурирующих факторов: контрастность, разрешение, астигматизм, диафрагма, дисторсия и т. д. Объектив редко превосходит все эти параметры. аспекты одновременно. Если вы не можете найти различия между снимками с разными объективами, использованными в сходных ситуациях, то любые расхождения MTF, вероятно, не имеют значения.

Наконец, даже если ЧКХ одного объектива действительно хуже, чем у другого, повышение резкости и повышение локальной контрастности часто могут сделать этот недостаток незаметным на отпечатке — если исходная разница в качестве не слишком велика.

Хотите узнать больше? Обсудите эту и другие статьи на наших форумах цифровой фотографии.

Страница не найдена | Imaging and Machine Vision Europe

август/сентябрь 2022 г.

aku.automation использовала датчик C6 для разработки надежного приложения для
проверка компланарности контактов разъемов в автомобильной промышленности (кредит: AT)

3D Vision

3D-датчик: на полной скорости

От тортов до автомобилей: как последние разработки в области 3D-датчиков открывают мир возможностей применения, где скорость имеет решающее значение

Изображение предоставлено: ашаркью/Shutterstock.com

Интерфейсы

В погоне за интерфейсами

Интеграторы сталкиваются с быстро меняющейся картиной, когда дело доходит до выбора правильного интерфейса для их системы машинного зрения, считает Тим ​​Джиллетт

Изображение предоставлено: SkillUp/Shutterstock.com

Линейное сканирование

Пройдите линию к более простому выбору компонентов

Знакомство с некоторыми проблемами, с которыми сталкиваются инженеры, системные интеграторы и все, кто выбирает компоненты для системы камер линейного сканирования, и советы о том, как можно упростить этот процесс

Изображение предоставлено: Zoomik/Shutterstock. com

Освещение

Основы визуального освещения

Почему подготовка к установке освещения принесет свои плоды при построении системы визуального контроля, включая обзор новейших осветительных приборов

Кредит: greenbutterfly/shutterstock.com

Индустрия 4.0

Индустрия 4.0: умные фабрики на основе концепции

В постпандемическом мире потребность в эффективных, оптимизированных фабриках как никогда высока, считает Андрей Михай

Микротрещины могут привести к разрушению всей панели. Кредит: Теледайн Далса

Солнечная энергия, инспекция поверхности

Светлое будущее солнечной энергетики

Как компании уравновешивают требования увеличения скорости инспекции и делают процесс более эффективным. Холли Кейв

Проверка лепешек на высокоскоростной упаковочной линии. Кредит: Scorpion Vision

Упаковка, 3D-видение, продукты питания

Как проверять 45 000 лепешек в час

Упаковочные линии становятся все более автоматизированными благодаря техническому зрению, особенно линии по переработке продуктов питания и свежих продуктов, как выяснила Эбигейл Уильямс

Панельная дискуссия на выставке Embedded World в июне. Кредит: VDMA и Framos

Встроенное зрение, Embedded World

Встроенное зрение: подключи и улыбайся!

Энн Вендель, VDMA Machine Vision, сообщает о том, что было сказано во время панельной дискуссии по машинному зрению в Embedded World ранее в этом году

Фото: gualtiero boffi/shutterstock.com

Логистика

Экономическое обоснование автоматизации склада

Склады работают по цене в долларах за квадратный фут, и движущие силы для технологий технического зрения сильно отличаются от производственных, пишет Том Бреннан, президент Artemis Vision

Кредит: Landesmesse Stuttgart GmbH

Vision Stuttgart, инфракрасный, SWIR, датчик изображения, освещение, линзы, робототехника, 3D Vision, встроенное зрение, искусственный интеллект

Vision Stuttgart собирает лучшие промышленные изображения шоу открывает свои двери

Британская команда Stemmer Imaging празднует 35-летие с Марком Уильямсоном в центре на одном колене.

No related posts.