امروزه با عرضه دوربین های عکاسی جدید که سنسورهایی با تفکیک پذیری زیاد (High Resolution) دارند، لزوم بکارگیری لنزهای با کیفیت بالا، بیشتر شده است، زیرا کیفیت یک عکس دیجیتال علاوه بر کیفیت و رزولوشن سنسور دوربین به کیفیت و تفکیک پذیری لنز نیز بستگی دارد.
بنابراین هنگامی که قصد دارید برای دوربین عکاسی خود، لنز تهیه کنید، لازم است در مورد کیفیت آن بررسی کافی به عمل آورید. برای بررسی این موضوع و مقایسه کیفیت لنزها با یکدیگر، از روش های مختلفی استفاده می شود که یکی از مهمترین و پرکاربردترین آنها نمودار ام تی اف (MTF Chart) است که به طور شایع بکار می رود.این نمودار برای نمایش قابلیت عملکرد اپتیکی و ویژگی های لنز در اندازه های مختلف دیافراگم بکار می رود.
هنگام مطالعه مقالات مروری برای لنزهای مختلف یا در وب سایت شرکت های سازنده لنز، ممکن است به نمودار MTF برخورد کرده باشید که در ابتدا بسیار پیچیده و نامشخص به نظر می رسد. ولی خواهید دید که آشنایی با اجزای نمودار مذکور، استفاده از آن را آسان خواهد کرد.
لنزهای مختلف با کیفیت های مختلفی ارائه می شوند.
تفکیک پذیری لنز
تفکیک پذیری (Resolution) یک لنز نشان می دهد که آن لنز چقدر از جزئیات صحنه را می تواند ثبت کند. البته تفکیک پذیری یک لنز، الزاما نشان دهنده کیفیت جزئیات ثبت شده در تصویر نیست و اغلب عوامل دیگری نیز در درک ما از کیفیت یک تصویر دیجیتال مشارکت می کنند.
معمولا یکی از پارامترهای مهم در بررسی یک ابزار دیجیتال، تفکیک پذیری (Resolution) است. برای نمایش و مقایسه آن از عاملی به نام جفت خط (Line Pairs) در واحد میلیمتر (LP/mm) (یا lpm ) استفاده می شود.
یک جفت خط (Line Pairs) شامل یک خط سفید و یک خط سیاه می شود که دارای ضخامت یکسان بوده و در مجاورت هم قرار گرفته اند.
مقایسه دو اندازه مختلف 10LP/mm و 30LP/mm
جفت خط در میلیمتر (LP/mm) نشان می دهد که در هر میلیمتر از سطح سنسور، چه مقدار جفت خط قابل تشخیص وجود دارد. مثلا اگر رزولوشن یا تفکیک پذیری یک لنز به اندازه 100LP/mm باشد به این معنی است که می تواند تصویر تعداد 100 خط سفید و 100 خط سیاه را در یک میلیمتر از سطح سنسور به تفکیک تشکیل دهد. البته باید دقت کرد که این موضوع با رزولوشن سنسور متفاوت است و مثلا ممکن است یک لنز با رزولوشن 100LP/mm تصویر را بر روی سنسور تشکیل دهد ولی سنسور بر اساس میزان رزولوشنی که خودش دارد، نتواند آن را با کیفیت مناسبی ثبت کند.
به همین دلیل، واحد جفت خط در میلیمتر (LP/mm) برای نشان دادن تفکیک پذیری سنسور دیجیتال بکار نمی رود زیرا ماهیت تفکیک پذیری سنسور فقط وقتی که تصویر در مونیتور دیده می شود و یا چاپ می شود قابل توصیف است. پس تاکید می شود توجه کنید که LP/mm در تصاویر دیجیتال و همچنین برای بیان رزولوشن سنسور بکار نمی رود، بلکه از آن برای نمایش رزولوشن لنزها استفاده می شود.
برای نمایش رزولوشن سنسور از واحدهای دیگری همچون جفت خط در پیکسل (LP/pix) یا چرخه در پیکسل(cy/px) و یا جفت خط بر بلندی تصویر (LP/PH) نیز استفاده می شود که می توانید برای مطالعه بیشتر در مورد آنها به مباحث مربوط به سنسورها مراجعه نمایید.
نمایشی از مقایسه تشکیل تصویر از جفت خط ها (LP) بر روی سنسور در دو لنز با کیفیت متفاوت
برای درک بیشتر مفهوم رزولوشن یا تفکیک پذیری لنز، به یک مثال توجه فرمایید. یک صفحه را در نظر بگیرید که سطح آن از خطوط موازی سفید و سیاه با ضخامت یکسان و به صورت یک در میان پوشیده شده است. به عبارتی جفت خط های (Line Pairs) متعدد در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. با یک دوربین عکاسی بر روی آن فوکوس می کنیم. اگر کیفیت لنز دوربین و رزولوشن آن کافی باشد، جفت خط ها بر روی سطح سنسور قابل تشخیص خواهند بود، ولی اگر رزولوشن لنز کم باشد، جفت خط ها در تصویری که بر روی سنسور تشکیل شده است قابل شناسایی نبوده و به صورت محو و ناواضح خواهند بود.
هر چه یک لنز بتواند تعداد جفت خط بیشتری را در یک واحد میلیمتر تفکیک کند، رزولوشن آن لنز بیشتر است و می تواند کیفیت تصویری بیشتری ارائه کند.
اکوتانس (Acutance) و کنتراست (Contrast) در لنزها
عامل دیگری که در کیفیت لنزها باید به آن توجه نمود، میزان کنتراست (Contrast) و همچنین شفافیت در لبه ها (Edge Clarity) است.
فرض کنید که دو لنز با رزولوشن یکسان داشته باشیم. وقتی که با هر کدام از آنها بر روی یک صفحه که از خطوط موازی سیاه و سفید تشکیل شده است فوکوس کنید، خواهید دید اگر چه تعداد خطوط سیاه و سفید موازی در تصویری که توسط آنها بر روی سنسور تشکیل شده است یکسان می باشد، ولی در لنزی که کنتراست بیشتری در لبه ها یعنی در مرز بین خطوط سیاه با خطوط سفید ایجاد می کند، وضوح بیشتری در تصویر ایجاد می گردد و به عبارتی کیفیت بیشتری ارائه می کند.
اگر اندازه ضخامت خطوط را باریک تر کنیم، در لنز با کیفیت تر که کنتراست بیشتری ایجاد می کند، به علت شارپ بودن لبه خطوط سیاه و سفید موازی، خطوط واضح تر دیده می شوند و به عبارتی نمایش جزئیات در تصویر افزایش می یابد.
در لنز با کیفیت تر به علت شارپ بودن لبه خطوط سیاه و سفید موازی (کنتراست بیشتر)، خطوط واضح تر دیده می شوند.
این موضوع ارتباط نزدیکی با مفهوم اکوتانس (Acutance) یا درک بصری از وضوح تصویر دارد. اکوتانس به معنی درک وضوح و شارپی یک تصویر بر اساس کنتراست لبه ها در آن تصویر است. به عبارتی سیستم بینایی انسان به شکلی است که با افزایش کنتراست در لبه ها و افزایش تفاوت در تاریکی و روشنی در مرز بین جزئیات موجود در تصویر، آن را واضح تر حس می کند. البته افزایش در اکوتانس الزاما به معنی افزایش در رزولوشن نیست.
در اکثر سیستم های پردازش تصویر در دوربین های عکاسی و همچنین نرم افزارهای پردازش تصویر مثل فوتوشاپ (Photoshop) یا گیمپ (Gimp)، با شارپ کردن لبه ها (مثلا در فیلتر Unsharp mask) و افزایش اکوتانس، بدون اینکه در رزولوشن تصویر تغییری ایجاد شود، حس وضوح و شارپی را در تصاویر افزایش می دهند.
تابع انتقال مدولاسیون (MTF)
تابع انتقال مدولاسیون (Modulation Transfer Function) یا (MTF) نشان دهنده این موضوع است که وقتی نور از داخل یک لنز عبور می کند، تغییرات روشنایی در مناطق مختلف صحنه، به چه میزان حفظ می شود.
وقتی که MTF برابر با عدد یک ( 1.0) است، یعنی کنتراست صحنه پس از عبور از لنز کاملا حفظ شده است. هر چه عدد MTF کمتر باشد، به معنی این است که مقداری از کنتراست موجود در صحنه پس از عبور از داخل لنز کاهش یافته است. اندازه MTF وقتی برابر با صفر باشد، به این معنی است که کنتراست آنقدر پایین آمده که جفت خط ها (Line pairs) اصلا قابل تفکیک نمی باشند.
نمایش مفهومی از حداقل و حداکثر اندازه تابع انتقال مدولاسیون (MTF)
محدودیت در رزولوشن در همه لنزها وجود دارد و میزان آن با تغییر اندازه دیافراگم تغییر می کند. ولی با اندازه تفکیک پذیری و مگاپیکسل سنسور ارتباطی ندارد.
پراش نوری (Diffraction) پدیده ای است که در اثر کوچک کردن روزنه دیافراگم اتفاق می افتد و موجب می شود کنتراست لبه ها کاهش یافته و منجر به کاهش وضوح تصویر شود. این یک پدیده فیزیکی است و نمی توان از آن جلوگیری نمود.
یک لنز با کیفیت خیلی بالا، لنزی است که کیفیت وضوح آن در محدوده پراش نوری (Diffraction) باشد. به عبارتی کیفیت خروجی لنز فقط تحت تاثیر شدت پراش نوری باشد و فقط وقتی پراش نوری افزایش می یابد، کیفیت آن کاهش پیدا کند. برای توضیح بیشتر این مطلب به نمودار زیر توجه کنید:
مقایسه مقادیر MTF و تفکیک پذیری در دو لنز مختلف با توجه به منحنی MTF ایده آل
در هر دو نمودار در محور عمودی، مقادیر MTF و در محور افقی میزان جفت خط ها(LP) در واحد سطح می باشد.
خط آبی رنگ نشان دهنده منحنی MTF در شرایط ایده آل و منطبق با تغییرات محدود به پراش نوری است و خط قرمز ، منحنی MTF واقعی لنز را نشان می دهد.
در نمودار سمت چپ، منحنی MTF واقعی به منحنی ایده آل نزدیک تر است، بنابراین کیفیت وضوح در آن لنز بیشتر است. ولی در نمودار سمت راست، منحنی تغییرات MTF نسبت به شرایط ایده آل فاصله بیشتری دارد و کیفیت پایین تری را ارائه می کند.
در لنزها، محدوده ای از LP/mm که در آن میزان MTF از 50% کمتر نگردد، تحت عنوان MTF-50 نامیده شده و ناحیه مهمی تلقی می گردد زیرا آن ناحیه با درک انسان از شارپی و وضوح ارتباط زیادی دارد.
به عنوان مثال در شرایطی که دوربین عکاسی و تنظیمات آن یکسان است، در دو لنز مختلف اگر یکی از آنها با کیفیت بالا و یک MTF-50 در محدوده 40LP/mm داشته باشد، نسبت به یک لنز کم کیفیت که یک MTF-50 در محدوده 20LP/mm دارد، وضوح و شارپی بیشتری در تصویر ایجاد می کند.
نمودار ام تی اف (MTF Chart)
نمودار MTF اساسا نمایشی گرافیکی از وضعیت کنتراست و رزولوشن لنز است که عموما در دو اندازه مختلف دیافراگم نمایش داده می شود.
با استفاده از نمودار MTF برای مقایسه کیفیت دو لنز مختلف با یکدیگر، بطور معمول از حداقل دو محدوده مختلف فرکانس جفت خط ها (LP) استفاده می شود (معمولا 10Lp/mm و 30Lp/mm).
جفت خط های با فرکانس 10Lp/mm اصولا برای آزمایش وضعیت کنتراست و جفت خط های با فرکانس 30Lp/mm برای آزمایش رزولوشن در نظر گرفته می شوند.
همچنین در هر یک از محدوده های مذکور، تغییرات اندازه MTF بر اساس اینکه اندازه گیری آن در چه ناحیه ای از لنز نسبت به مرکز لنز انجام پذیرفته است تعیین می گردد. زیرا از نظر اپتیکی، کیفیت لنز در نواحی مرکزی آن نسبت به نواحی حاشیه ای متفاوت است، بطوریکه نواحی مرکزی از کیفیت بالاتری برخوردار می باشد.
بنابراین در نمودار MTF (MTF Chart) در محور عمودی، اندازه MTF و در محور افقی، فاصله نقطه اندازه گیری MTF بر روی لنز نسبت به مرکز لنز نشان داده می شود.
اندازه MTF در هر یک از این نواحی (یعنی نواحی دور و نزدیک به مرکز لنز) بر روی نمودار ثبت می شود و از اتصال آنها خطی منحنی ایجاد می گردد.
بنابراین منحنی MTF در هر یک از محدوده ها (مثلا 30LP/mm ) نشان دهنده تغییرات اندازه آن در نواحی مرکزی لنز و سایر نواحی دور از مرکز لنز می باشد، بطوریکه سمت چپ خط منحنی، اندازه های MTF در مرکز لنز و انتهای سمت راست خط منحنی، اندازه MTF در گوشه های لنز را نشان می دهد.
نحوه نمایش فاصله از مرکز لنز بر روی یک نمودار MTF
برای اندازه گیری MTF در نواحی مختلف لنز (مرکز و حاشیه لنز)، از دو نوع جفت خط (LP) که امتداد آنها در جهات مختلف است، استفاده می شود:
الف) یک نوع آن به صورتی است که خطوط (LP) از ناحیه مرکز لنز به سمت گوشه ها کشیده شده اند. مسیر این خطوط اصطلاحا شعاعی (Radial) یا ساژیتال (Sagittal) است.
بر اساس رفتار اپتیکی لنز بر روی این خطوط، MTF در نواحی مختلف مرکز تا گوشه های لنز ثبت شده و به صورت منحنی در نمودار MTF ثبت می گردد و به آن، منحنی ساژیتال (منحنی S) گفته می شود.
ب) نوع دوم جفت خط ها (LP) که برای اندازه گیری MTF بکار می رود، امتداد خطوط در مسیری دایره ای (Circular) یا نصف النهاری (Meridional) نسبت به مرکز لنز قرار گرفته است که بر اساس آن، اندازه MTF در نواحی مختلف مرکز تا گوشه های لنز اندازه گیری و ثبت می گردد. منحنی ایجاد شده به این طریق، تحت عنوان منحنی مریدیونال (Meridional) (منحنی M) نامیده می شود.
در بررسی لنزها، در نمودار MTF، در هر محدوده فرکانس جفت خط ها (LP) هر دو منحنی ساژیتال و مریدیونال در کنار هم نمایش داده می شوند تا تغییرات اندازه MTF در هر دو نوع LP بطور همزمان قابل مقایسه باشد.
اصولا در لنزها که ساختاری اپتیکال دارند، کیفیت تصویر در مرکز لنز بیشتر از گوشه های آن بوده و بنابراین اندازه MTF در مرکز لنز نیز بیشتر از گوشه های آن است. این مسئله معمولا در بررسی عکس ها قابل ملاحظه است و معمولا نواحی گوشه های عکس نسبت به نواحی مرکزی آن، نرم تر و دارای وضوح کمتری می باشد.
موقعیت جفت خط های ساژیتال و مریدیونال در محدوده سطح لنز و منحنی MTF برای هر یک از آنها
نحوه خواندن نمودار MTF
همانطور که قبلا اشاره شد، محور عمودی نمودار نشان دهنده اندازه MTF است که از عدد 0 تا عدد 1 را شامل می شود. عدد 1 به این معنی است که MTF حداکثر بوده و لنز در این حالت حداکثر تفکیک پذیری را برای جفت خط ها (LP) دارد و عدد 0 یعنی MTF در کمترین اندازه است و قابلیت تفکیک پذیری لنز برای جفت خط ها در کمترین حد است.
در محور افقی نمودار، فاصله محل اندازه گیری MTF در سطح سنسور نسبت به مرکز تصویر، قرار دارد و از عدد 0mm تا 21.6mm را شامل می شود.
به علت اینکه اصولا در نمودار MTF ، سنسور فول فریم به عنوان استاندارد در نظر گرفته شده است، بنابراین اندازه فاصله نقاطی که محل اندازه گیری MTF است از مرکز یک سنسور فول فریم در نظر گرفته می شود. دورترین نقطه در یک کادر سنسور فول فریم تا مرکز کادر، 21.6mm است، به همین دلیل در محور افقی نمودار، اعداد مشخص شده از عدد 0 تا عدد 21.6 می باشد. البته در مورد دوربین های کراپ سنسور مثلا در مدل های کانن با ضریب برش 1.6 به جای 21.6mm ، منحنی را تا 13.5mm در نظر می گیرند و یا مثلا در مدل های نیکون با ضریب برش 1.5 ، اندازه محور افقی نمودار 14.2mm در نظر گرفته می شود.
نمایش دورترین فاصله سطح کادر سنسور تا مرکز آن در دوربین های فول فریم و کراپ سنسور و محور افقی نمودار MTF متناسب با آنها
در هنگام بررسی یک نمودار MTF بهتر است که هر یک از منحنی ها را جداگانه در نظر بگیرید زیرا هر کدام از آنها تغییرات MTF را در شرایط مختلفی نمایش می دهد.
قبل از بررسی نمودار MTFبرای یک لنز خاص، توجه کنید که نمودار مذکور مربوط به چه اندازه ای از دیافراگم (مثلا f/8.0 یا f/2.8 یا ... ) است. همچنین در لنزهای زوم، نمودار مورد نظر برای چه فاصله کانونی از آن لنز می باشد.
استاندارد هایی برای خطوط منحنی موجود در نمودار MTF تعریف شده است که هنگام استفاده در لنزهای مختلف بتوان آنها را با یکدیگر مقایسه نمود.
هر خط منحنی در نمودار MTF دارای سه ویژگی اصلی می باشد:
1) ضخامت خط (ضخیم یا نازک)
2) نوع خط ( صاف یا نقطه چین)
3) رنگ خط (آبی یا مشکی)
در جدول زیر مشخصات خطوط منحنی و مفهوم کاربردی آنها در یک نمودار MTF استاندارد آمده است:
مشخصات خطوط منحنی در یک نمودار MTF استاندارد
البته نمودار MTF که توسط شرکت های مختلف ارائه می شود ممکن است رنگ ها یا مشخصات منحنی مورد استفاده توسط آنها با نمودار MTF استاندارد متفاوت باشد. مثلا شکل نمودار MTF ارائه شده توسط شرکت نیکون با کانن و یا فوجی فیلم متفاوت است. ولی اصول منحنی ها و نمودارهای مذکور مشابه با نمونه استاندارد می باشد و اگر هر کسی با جزئیات نمودار استاندارد آشنا باشد، می تواند از آنها نیز به سادگی استفاده کند.
هر خط منحنی در نمودار MTF استاندارد، از هر یک از ویژگی های ذکر شده در بالا، یکی را دارد. به عنوان مثال یک خط منحنی ضخیم که نقطه چین است و به رنگ آبی می باشد، نشان دهنده اندازه های MTF در جفت خط های دایره ای (مریدیونال) با فرکانس 10Lp/mm و در دیافراگم f/8.0 می باشد.
یک نکته در مورد خطوط منحنی نمودار MTF این است که اصولا خطوط آبی نشان دهنده بهترین شرایط کیفی برای لنز (یعنی در دیافراگم f/8.0) می باشد. عموما خطوط مشکی برای شرایطی است که لنز در نور کم و یا برای عمق میدان باریک بکار می رود و روزنه دیافراگم در بیشترین حد خود است. این خطوط، عموما بدترین شرایط کیفی لنز را به نمایش می گذارد.
در هنگام مقایسه دو لنز مختلف که دارای عدد f متفاوتی هستند، یعنی در حالتی که حداکثر اندازه روزنه دیافراگم آنها با یکدیگر متفاوت است، با مقایسه خطوط منحنی مشکی در نمودار MTF آنها، خیلی نتایج قابل قبولی به دست نمی آید زیرا این خطوط در دو لنز مورد نظر، در دیافراگم های متفاوتی اندازه گیری شده اند و در نتیجه هنگام اندازه گیری MTF در شرایط غیرهمسانی بوده است و مسلما مقایسه دو لنز در شرایط غیر همسان، مطلوب نمی باشد.
مثلا یک لنز زوم 35mm ـ 16 با f/2.8 در حالتی که فاصله کانونی آن بر روی 35mm قرار گرفته است را با یک لنز پرایم 35mm با f/1.4 در نظر بگیرید. خطوط مشکی در نمودار MTF برای لنز اول در شرایطی است که دیافراگم f/2.8 و در لنز دوم f/1.4 است.
برای مقایسه نمودار MTF در دو لنز مختلف كه عدد f متفاوتی دارند، خطوط آبی رنگ که نشان دهنده اندازه های MTF در دیافراگم f/8.0 است، ملاک مطمئن تری می باشد.
نمودار MTF مربوط به لنز زوم 35mm ـ 16 با f/2.8 و لنز پرایم 35mm با f/1.4
منحنی های ضخیم و نازک (Bold and Thin)
در نمودار MTF ، خطوط منحنی نازک، نشان دهنده اندازه گیری MTF با استفاده از جفت خط های نازک تر (یعنی 30 LP/mm ) است و کیفیت رزولوشن و تفکیک پذیری جزئیات کوچک را در لنز نمایش می دهد. همچنین خطوط منحنی ضخیم، نشان دهنده اندازه های MTF در جفت خط های با فرکانس 10LP/mm می باشد و بیشتر نشان دهنده وضعیت کنتراست لنز است.
در نمودار MTF وقتی خطوط منحنی ضخیم (یعنی در شرایط 10LP/mm) در سطوح بالای نمودار قرار می گیرد، می تواند به این معنی باشد که تصاویر شما حالت سه بعدی را بیشتر نمایان می سازد. این وضعیت شبیه به اتفاقی است که در هنگام پردازش تصویر در فرایند افزایش کنتراست موضعی (Local Contrast Enhancement) رخ می دهد و کنتراست (تقابل ناحیه تاریک و روشن) در اندازه های بزرگتری ظاهر می شود. به همین دلیل قرارگرفتن منحنی های ضخیم در سطوح بالای نمودار MTF ، معمولا در لنزهای با کیفیت و مرغوب مشاهده می شود.
اگر به نمودارهای تصویر بالا توجه کنید، خواهید دید که هر دو لنز در محدوده دیافراگم f/8.0 (خطوط آبی) دارای کنتراست مشابهی هستند( البته لنز پرایم کمی بهتر است). ولی در حالت بازترین دیافراگم (خطوط مشکی)، به علت اینکه در لنز پرایم، اندازه دیافراگم خیلی بازتر می شود (f/1.4)، کاهش سطح بیشتری در منحنی مشکی نسبت به لنز زوم (f/2.8) خواهیم داشت.
منحنی های صاف و نقطه چین (Solid and Dashed)
هنگام اندازه گیری MTF از دو نوع جفت خط استفاده می شود. یک نوع آن که شعاعی (Sagittal) است و راستای خطوط موازی، از مرکز لنز به سمت کناره های آن است و اندازه های MTFدر این حالت با خط منحنی صاف (منحنیS) نمایش داده می شود. در نوع دیگر آن، راستای خطوط موازی در مسیری دایره ای به مرکزیت وسط لنز (Meridional) قرار گرفته است و اندازه های MTF به شکل منحنی نقطه چین ( منحنیM) در نمودار ثبت می شود.
سوالی که معمولا مطرح می گردد این است که چرا وضوح جفت خط های موازی در هر نقطه از لنز، در دو جهت عمود بر هم بررسی شده و مقادیر MTF اندازه گیری می شود؟
علت این موضوع به حالت کروی لنزها بر می گردد، بطوریکه اگر لنز، بطور کامل و از هر جهت کروی باشد، وضوح جفت خط های ساژیتال و مریدیونال کاملا یکسان خواهد بود. ولی اگر حالت کروی لنز در همه جهت حفظ نشده باشد و در یک جهت کمی استوانه ای شکل باشد، در جهت استوانه ای لنز، وضوح جفت خط های ساژیتال و مریدیونال یکسان نخواهد بود. این موضوع خصوصا در کناره های لنز شدیدتر است و در نواحی مرکزی آن حداقل می باشد. به این حالت استوانه ای بودن لنز اصطلاحا آستیگماتیسم (Astigmatism) می گویند.
اگر مختصری آستیگماتیسم در لنز وجود داشته باشد، در نمودار MTF ، منحنی صاف و نقطه چین خصوصا در مناطق کناره لنز، از هم فاصله می گیرند. به عبارتی وقتی وضوح جفت خط های ساژیتال (منحنیS) بیشتر از مریدیونال(منحنی M) است و یا برعکس، اندازه MTF هم در آنها متفاوت خواهد بود و بنابراین منحنی جفت خط هایی که از وضوح بیشتری برخوردارند، در سطح بالاتری از نمودار قرار می گیرند.
به عبارتی دیگر، وقتی منحنی های صاف و نقطه چین در نمودار MTF از هم دور می شوند به این معنی است که مقدار تاری (Blur) ایجاد شده توسط لنز در همه جهت ها برابر نیست و لنز مختصری آستیگماتیسم دارد.
در نمودار MTF ، در بازترین حالت دیافراگم (خطوط مشکی) منحنی صاف و نقطه چین در کناره های لنز از هم فاصله گرفته اند. (آستیگماتیسم)
در لنزهای زاویه باز (وایدانگل) معمولا در منحنی M (نقطه چین) اندازه MTF کمتر از منحنی S (صاف) است. این موضوع به علت خاصیت لنزهای واید در واگرایی خطوط، خصوصا در نواحی حاشیه ای می باشد. بطوریکه هر چه فاصله کانونی لنز کمتر باشد، در عناصر نزدیک به حاشیه تصویر اعوجاج بیشتری ایجاد می گردد.
به مثال قبل در خصوص مقایسه نمودار MTF دو لنز پرایم و زوم در بالا توجه کنید. در هر دو لنز، در ناحیه لبه لنزها آستیگماتیسم واضح دیده می شود.
اگر به لنز پرایم توجه نمایید، در محدوده دیافراگم f/8.0 (خطوط آبی) منحنی نقطه چین (M) کاهش وضوح نشان می دهد ولی در محدوده دیافراگم f/1.4 (خطوط مشکی) برعکس آن است و منحنی صاف(S) کاهش وضوح را نشان می دهد.
منحنی های آبی و مشکی (Blue and Black)
با کاهش اندازه روزنه دیافراگم (Aperture)، بطور معمول اندزه MTF افزایش می یابد. با کوچک تر کردن دیافراگم تا اندازه خاصی (اعداد وسط دیافراگم)، اندازه MTF نیز همزمان بیشتر می شود، ولی از آن به بعد، وقتی که روزنه دیافراگم کوچکتر شود، MTF شروع به کاهش می کند تا به کوچکترین اندازه دیافراگم برسد
در اندازه ای از روزنه دیافراگم (Aperture) که در آن MTF حداکثر است، تصاویر ثبت شده در بالاترین سطح وضوح و کنتراست خواهند بود. به این اندازه از دیافراگم، نقطه مطلوب لنز (Sweet Spot) گفته می شود.
در اغلب لنزها برای دوربین های فول فریم و همچنین کراپ سنسور، نقطه مطلوب لنز، در حدود فاصله f/7.1 تا f/11 است. این اندازه دیافراگم برای هر لنز فرق می کند و ارتباطی با مگاپیکسل سنسور ندارد. برای مطالعه بیشتر در این خصوص می توانید به مقاله " نقطه مطلوب لنز (Lens Sweet Spot)" در همین وب سایت مراجعه نمایید.
در یک روزنه دیافراگم بزرگ، بطور معمول تفکیک پذیری و کنتراست، با عامل کج نمایی رنگی (Chromatic Aberration) محدود می شود. این کج نمایی در لنزهای نامرغوب بیشتر دیده می شود. کج نمایی رنگی هنگامی پدید می آید که پرتوهای نورانی وقتی از لنز عبور می کنند، نمی توانند مجددا در یک نقطه بر روی سنسور همگرایی پیدا کنند و متفرق می شوند. این امر موجب کاهش کنتراست و وضوح تصویر می گردد. برای مطالعه بیشتر در این خصوص می توانید به مقاله " کج نمایی رنگی (Chromatic Aberration)" در همین وب سایت مراجعه نمایید.
از طرف دیگر وقتی روزنه دیافراگم کوچک می شود، تفکیک پذیری و کنتراست با عامل پراش نوری (Diffraction) محدود می گردد. پراش نوری (دیفراکشن) عاملی است که در اثر پخش شدن پرتوهای نور در لبه دیافراگم ایجاد می شود که در اثر تداخل با یکدیگر موجب کاهش جزئیات و شارپی تصویر می گردد. این عامل ارتباطی با کیفیت و طراحی لنز ندارد و معمولا از ایجاد آن نمی توان جلوگیری نمود. به همین دلیل است که در هر دو لنزهای با کیفیت و انواع بی کیفیت، در دیافراگم های خیلی کوچک (مثلا f بیشتر از 16 ) ، کاهش کنتراست و وضوح خواهیم داشت. برای مطالعه بیشتر در این خصوص می توانید به مقاله "پراش نوری لنز" در همین وب سایت مراجعه نمایید.
مقایسه نمودار MTF در وضعیت بلندترین و کوتاه ترین فاصله کانونی در یک لنز زوم 70-200mm
محدودیت های استفاده از نمودار MTF
متاسفانه نمودار MTF برای شرکت های مختلف سازنده لنز، استاندارد نشده است و مقایسه لنزهای مختلف از دو برند متفاوت، با یکدیگر مشکل است. به عنوان مثال نمودار MTF و طرز محاسبه آن توسط دو شرکت کانن و نیکون با یکدیگر متفاوت است.
مسئله دیگری که باید به آن توجه کرد، یک نمودار MTF خالص، نشان دهنده کل عملکرد سیستم اپتیکال دوربین عکاسی است و فقط به لنز و کیفیت آن مرتبط نمی باشد. این نمودار به لنز، سنسور ، چگونگی تبدیل فایلRAW و همچنین سایر عملیات شارپ سازی و پردازش های پس از ثبت عکس بستگی دارد. اندازه گیری MTF کاملا بر اساس نوع دوربین عکاسی که به کار می رود و همچنین نرم افزار پردازش فایل های RAW تحت تاثیر قرار می گیرد. به همین دلیل برای اینکه بتوان به صورت عملی از این چارت برای مقایسه لنزها استفاده کرد، بایستی برای آن یک روش مندی مشخصی اتخاذ نمود.
به عنوان مثال نمی توان نمودار MTF یک لنز را که بر روی یک دوربین فول فریم بسته شده است را با نمودار یک لنز دیگر که بر روی یک دوربین کراپ سنسور 1.6x قرار داده شده است، مقایسه نمود. زیرا اگر بخواهیم شرایط مشابهی برای آنها ایجاد کنیم، به عنوان مثال اگر جفت خط های مورد استفاده در دوربین فول فریم با فرکانس 30LP/mm در نظر گرفته شده است، بایستی جفت خط های دوربین کراپ سنسور را در حدود 48LP/mm در نظر بگیریم تا نتایج قابل مقایسه ای بدست آوریم، زیرا اگر تصاویر حاصل از دوربین فول فریم و کراپ سنسور را در یک سایز مشابه چاپ کنیم، تصویر دوربین کراپ سنسور ابعاد بزرگتری از جزئیات صحنه را نمایش می دهد. به همین دلیل است که برای بیان اندازه رزولوشن سنسور، از واحد جفت خط در تصویر (LP/PH) یا جفت خط در بلندای تصویر (LP/IH) استفاده می شود، زیرا با این کار بدون توجه به اندازه سنسور، وضعیت رزولوشن آن نشان داده می شود.
می توان گفت که نمودار MTF ابزار قدرتمندی برای توصیف کیفیت لنزهاست ولی بعضی از خصوصات لنزها که دارای اهمیت هستند، توسط این نمودار قابل بررسی نمی باشد. مواردی از جمله:
ـ کیفیت رنگی و میزان کج نمایی رنگی (Chromatic Aberration)
ـ اعوجاج تصویر (Distortion)
ـ میزان تاریکی گوشه های تصویر (Vignetting)
ـ استعداد ایجاد شراره نوری (Lens Flare)
لازم است به این نکته توجه شود که نمودار MTF در نهایت بر اساس عملکرد دوربین و لنز حاصل می شود، بنابراین اگر ابزار های مذکور در شرایط مطلوبی نباشند یا تکنیک بکار رفته برای اندازه گیری MTF مناسب نباشد، نتایج قابل استنادی بدست نخواهد آمد.
بعضی از عوامل هستند که می توانند کیفیت لنز را پایین تر از حد آن نشان دهند ، مواردی همچون:
• دقت پایین در فوکوس بر روی سوژه
• لرزش دوربین عکاسی هنگام ثبت تصویر
• وجود گرد و غبار بر روی سنسور دوربین
• وجود لکه، رطوبت یا اثر انگشت بر روی سطح خارجی لنز
اگر چه نمودار MTF ابزار بسیار خوبی برای بررسی کیفیت لنزهاست، ولی در نهایت هیچ چیزی بهتر از بررسی تصویر در صفحه نمایش (مونیتور) یا در یک عکس چاپ شده نمی باشد.
در خیلی از مواقع دشوار است که بر اساس MTF تشخیص بدهید که لنز دیگری برای شما نتایج بهتری به بار می آورد، خصوصا اینکه عوامل مختلفی همچون کنتراست، رزولوشن، استیگماتیسم، اندازه دیافراگم و غیره در کیفیت نهایی لنز موثر است که در لنزهای مختلف، با یکدیگر متفاوت می باشند و به ندرت یک لنز، همه این خصوصیات را در سطح بالا باهم دارد. بنابراین اگر از دو لنز مختلف در شرایط یکسان استفاده کردید و نتایج حاصل از آنها تفاوت معنی داری نداشت، خیلی اختلاف آنها در نمودار MTF اهمیت زیادی نخواهد داشت و نمی توان برتری خاصی برای هیچکدام از آنها قائل شد.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
گردآوری و تألیف: امیر دولتیاری
تاریخ نگارش/آخرین ویرایش: 1397/11/8
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
مراجع:
1_Sean McHugh (2018). Camera Lens Quality: MTF, Resolution & Contrast. Retrieve from www.cambridgeincolour.com on Dec 17.
2_Don Williams (2011). Resolution measurement and its units. Retrieve from www.image-engineering.de on May 20.
3_Editors (2018). What is a Lens MTF Chart & How Do I Read It? Retrieve from www.nikonusa.com on Dec 20.
4_Nasim Mansurov (2013). How to Read MTF Charts. Retrieve from https://photographylife.com on Dec 20.
5_Editors (2018). Lens MTF Test Results. Retrieve from www.the-digital-picture.com on Dec 21.
6_Dan Carr (2015). How to read an MTF chart. Retrieve from https://shuttermuse.com on Mar 11.
7_Editors (2010). Understanding and Using MTF Graphs. Retrieve from www.photoreview.com on Dec 21.
8_Hariharan (2012). Photography: How to Read an MTF Chart. Retrieve from www.tech-recipes.com on Nov 12.
مقالات مرتبط:
- انواع لنزها و طبقه بندی آنها
- نقطه مطلوب لنز (Lens Sweet Spot)
- پراش نوری لنز (Lens Diffraction)
- کج نمایی رنگی (Chromatic Aberration)
- تیره شدن گوشه های تصویر یا وینیِتینگ (Vignetting)
- شراره نوری در عکاسی (Lens Flare)
- مقایسه لنز تک کانونی (پرایم) با لنز زوم
- علائم اختصاری حک شده بر روی لنزها