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

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.

ЧКХ (MTF), разрешение и контраст

Качество объектива на сегодняшний день важно как никогда ранее, в связи с невероятно повысившимся числом мегапикселей в современных цифровых камерах. Зачастую разрешающая способность ваших цифровых снимков в действительности ограничена объективом — отнюдь не разрешением самой камеры. Однако, расшифровать графики зависимости частотно-контрастной характеристики (Modulation Transfer Function — MTF) и сравнить разрешение различных объективов — само по себе наука. Данная глава осуществляет обзор фундаментальных концепций и терминов, используемых при оценке качества объективов. По меньшей мере, она может заставить вас подумать дважды о том, что важнее при покупке вами следующих цифровой камеры или объектива.

Разрешающая способность и контраст

Кажется, каждый знает концепцию разрешения изображения, но к сожалению, этому единственному фактору часто уделяют слишком много внимания. Разрешение описывает только, как много деталей способен передать объектив — и необязательно качество, с которым деталь передана. Есть факторы, которые гораздо более существенно влияют на наше восприятие качества и резкости цифрового изображения.

Чтобы понять это, посмотрим, что происходит с картинкой, когда она проходит через объектив и записывается сенсором камеры. Чтобы упростить иллюстрацию, мы будем использовать изображения, состоящие из чередующихся белых и чёрных полос («пар»). Если разрешения объектива недостаточно, эти пары, разумеется, не будут различимы:

	→		→
Пары высокого разрешения		Объектив	Неразличимые пары

Пример парных линий, более мелких, чем разрешение объектива.

Однако есть кое-что, вероятно, менее доступное пониманию: то, что происходит с другими, более толстыми линиями. Даже если они по-прежнему различимы, по мере того, как они становятся тоньше, нарастает спад как контраста, так и чёткости границы (см. резкость: разрешение и чёткость):

	→		→
Толщина линий уменьшается		Объектив		Контраст и чёткость границ спадают

Для двух объективов с одинаковой разрешающей способностью визуальное качество изображения в-основном будет определяться тем, насколько хорошо каждый из объективов сохраняет контраст по мере сокращения толщины линий. Однако, чтобы сделать честное сравнение объективов, требуется задать количественную метрику потерь качества изображения…

ЧКХ (MTF): частотно-контрастная характеристика

Частотно-контрастная характеристика (ЧКХ), известная также как Modulation Transfer Function (MTF), определяет, насколько хорошо локальные вариации яркости в изображении сохраняются при прохождении через объектив. Следующий пример иллюистрирует кривую ЧКХ для идеального* объектива:

* Идеальным называется объектив, разрешение и контрастность которого ограничены только дифракцией. Основы по этой теме читайте в главе, посвящённой дифракции в фотографии.

	← Максимальное разрешение (дифракционный предел)
Нарастание частоты парных линий →

Примечание: расстояние между чёрными и белыми линиями преувеличено для лучшей визуализации. Кривая MTF подразумевает круговую диафрагму; другие формы диафрагмы

дадут несколько другие результаты.

ЧКХ, равная 1.0, соответствует идеальной контрастности, а снижение значения означает, что всё больше и больше контрастности теряется — пока ЧКХ не достигает значения 0, когда пары более неразличимы. Предел разрешения является непреодолимым барьером для любого объектива; он зависит исключительно от диафрагмы объектива и не имеет отношения к числу мегапикселей. Следующий график сравнивает идеальный объектив с двумя реальными примерами:

Нарастание частоты пар →
Высококачественный объектив (близок к дифракционному пределу)	Низкокачественный объектив (далёк от дифракционного предела)

Сравнение между идеальным объективом (дифракционный предел, синяя кривая) и реальным.

Визуализация пар под графиком не относится к идеальному объективу.
Наведите курсор на подписи, чтобы увидеть пример отличия качества объективов.

Синяя кривая представляет «дифракционный предел», т.е. идеальный объектив. Однако в действительности объективы ограничены не только дифракцией, хотя высококачественные объективы приближаются к этому пределу значительно ближе, чем низкокачественные.

Парные линии часто описывают в терминах их частоты: количества линий на единицу длины. Соответственно, единицей измерения этой частоты является число парных линий на миллиметр (пл/мм). В англоязычной терминологии помимо LP/mm иногда фигурирует также ширина линии (LW), которая является половиной ширины пары (2LW = LP).

Максимальная частота строк, которую объектив способен воспроизвести, потеряв не более 50% ЧКХ («MTF-50»), является важным числом, поскольку коррелирует с нашим восприятием резкости. Топ-модели объективов с MTF-50 порядка 50 пл/мм покажутся намного более резкими, чем их младшие собратья с MTF-50 на уровне 20 пл/мм, например (при условии использования их на одной и той же камере и с одинаковой ступенью диафрагмы; подробнее об этом позже).

Однако приведенный график зависимости контрастности от частоты в норме не является средством сравнения объективов. Обычно более чем достаточно знать максимальное разрешение, а также ЧКХ при двух различных линейных частотах. Зачастую гораздо важнее знать, как ЧКХ меняется с удалением от центра изображения.

ЧКХ обычно измеряют по направлению удаления от центра изображения к его дальнему углу при фиксированной линейной частоте (обычно 10-30 пл/мм). Эти линии могут быть либо параллельны направлению удаления (сагиттальные), либо перпендикулярны ему (меридианные).

Следующий пример показывает, как эти линии могут быть измерены и показаны на графике ЧКХ для полнокадровой 35мм камеры:

	Меридианные (круговые) парные линии		Расстояние от центра [мм]
	Сагиттальные (радиальные) парные линии

Детали в центре изображения практически всегда будут иметь наивысшую ЧКХ, и с удалением от центра спад ЧКХ достаточно часто нарастает. Вот почему края объективов практически всегда дают наиболее размытую и низкокачественную часть изображения. Ниже мы обсудим, почему сагиттальные и меридианные линии размываются.

Как читать график ЧКХ

Теперь мы можем наконец-то применить все вышеописанные понятия на практике и сравнить свойства вариобъектива (зума) и простого объектива (фиксы):

Расстояние от центра изображения [мм]	Расстояние от центра изображения [мм]
Вариобъектив Canon 16-35мм f/2. 8L II (при фокусном расстоянии 35мм)	Простой объектив Canon 35мм f/1.4L

По вертикальной оси показаны значения ЧКХ, где 1.0 соответствует идеальной передаче парных линий, а 0 означает парные линии, которые более неразличимы. По горизонтальной оси показано расстояние от центра изображения, где 21.6 мм означает дальний угол кадра 35 мм камеры. Для обрезанного сенсора с кроп-фактором 1.6 можно не обращать внимания на всё, что дальше 13.5 мм. Далее, всё, что находится далее 18 мм на полнокадровом сенсоре, будет заметно только на самых краях снимка:

Полнокадровый сенсор 35 мм	Сенсор с кроп-фактором 1.6

Примечание: для кроп-фактора 1.5 дальний угол находится

на расстоянии 14.2 мм, а дальняя граница — 11.9 мм.
О том, как размеры сенсоров цифровых камер влияют на качество изображения,
рассказывает отдельная глава.

Масса кривых на графиках ЧКХ может сперва показаться ошеломляющей; правильный подход состоит в том, чтобы рассматривать их по отдельности. Каждая из кривых представляет отдельную ЧКХ при определённых условиях. Например, одна из кривых может соответствовать значениям ЧКХ при диафрагме объектива f/4.0, а другая — при диафрагме f/8.0. Большим препятствием к пониманию того, как читать график ЧКХ, является изучение того, что означает каждая из кривых.

Стиль каждой из показанных выше кривых имеет три параметра: толщина, цвет и тип. Каждый из них имеет своё значение:

Толщина линии:	Толстая → 10 пл/мм: мелкодетальный контраст Тонкая → 30 пл/мм: мелкодетальное разрешение
Цвет линии:	Синяя → при диафрагме f/8.0 Чёрная → открытая диафрагма
Тип линии:	Пунктир → меридианные (концентрические) пары Сплошная → сагиттальные (радиальные) пары

Поскольку возможна любая комбинация данных параметров, графики ЧКХ содержат 8 кривых. Например, толстая, синяя пунктирная кривая описывает ЧКХ, измеренную по меридианным линиям частотой 10 пл/мм при диафрагме f/8.0.

Чёрные графики наиболее важны при использовании объектива в условиях малой освещённости, для замораживания быстрого движения или когда нужна малая глубина резкости. Чёрные кривые ЧКХ отражают наихудший сценарий (если вы не используете необычно сильно закрытые диафрагмы).

На примере выше чёрные кривые, к сожалению, не являются инструментом абсолютно точного сравнения, поскольку максимальная диафрагма у выбранных объективов отличается (f/2.8 на зуме и f/1.4 на фиксе). Это основная причина, по которой чёрные графики для простого объектива выглядят настолько хуже. Однако, с учётом такого неравенства условий простой объектив показывает превосходные результаты — особенно на частоте 10 пл/мм в центре и на 30 пл/мм по краям изображения. Следовательно, весьма вероятно, что простой объектив превзойдёт вариобъектив при диафрагме f/2.8, но сказать это наверняка на основе вышеприведенных графиков нельзя.

Синие кривые наиболее важны для пейзажно-ландшафтной фотографии или других ситуаций, где требуется максимальная глубина резкости и чёткость. Они также более полезны для сравнения, поскольку всегда будут измерены при одинаковой диафрагме: f/8.0.

На примере выше простой объектив демонстрирует лучшую ЧКХ по всем позициям, как для высоко-, так и для низкочастотных деталей (30 и 10 пл/мм). Его превосходство даже более выражено на краях изображения.

Толстые и тонкие кривые. Толстые графики описывают выраженность мелкодетального контраста, тогда как тонкие описывают детальность разрешения. Толстые кривые зачастую более важны, поскольку высокие значения в них означают, что ваши изображения будут иметь более объёмный вид, аналогично результатам улучшения локального контраста.

На примере выше оба объектива демонстрируют аналогичную контрастность при f/8.0, хотя простой объектив выглядит несколько лучше. Вариобъектив практически теряет контрастность при открытой диафрагме по сравнению f/8. 0. С другой стороны, простой объектив значительно теряет в контрастности при переходе от f/8.0 к f/1.4, но это, вероятно, вызвано тем, что интервал f/1.4-f/8.0 значительно больше, чем f/2.8-f/8.0.

Астигматизм: радиальные и меридианные линии

Сплошные и пунктирные кривые. К этому моменту вы, вероятно, задаётесь вопросом, зачем показывать ЧКХ как для сагиттальных (S), или радиальных, так и для меридианных (M) парных линий? Они разве не будут одинаковыми? Да, в центре изображения они всегда одинаковы. Однако по мере удаления от центра всё становится несколько интереснее. Там, где сплошные и пунктирные кривые начинают расходиться, это означает, что степень размытия более не является одинаковой по всем направлениям. Этот дефект качества называется «астигматизм» и проиллюстрирован ниже:

Оригинал				Астигматизм: ЧКХ S > M
				Астигматизм: ЧКХ M > S
				Астигматизма нет: ЧКХ M = S

Наведите курсор на подписи справа, чтобы увидеть эффект астигматизма.
S = сагиттальные линии, M = меридианные линии
Примечание: технически показанные выше S будут иметь несколько лучшую ЧКХ, поскольку они расположены ближе к центру изображения; однако, в целях данного примера мы принимаем
удаление M и S от центра за одинаковое.

Когда ЧКХ S больше M, объекты размываются больше по линиям, исходящим из центра изображения. На примере выше это приводит к тому, что белые точки кажутся протяжёнными по направлению из центра изображения, как если бы они были размыты движением. Аналогично, объекты размываются в противоположном (концентрическом) направлении, если ЧКХ M больше, чем S. Многие из тех, кто читает эту главу, возможно, носят очки с коррекцией астигматизма…

Техническое примечание: широкоугольные объективы как правило имеют меньшие ЧКХ M, чем S, в частности потому, что пытаются сохранить прямоугольную проекцию изображения. Следовательно, по мере увеличения угла зрения предметы на периферии становятся более растянутыми/искажёнными по направлению удаления от центра изображения. Широкоугольные объективы со значительной «бочкой», как следствие, могут достигнуть лучшей ЧКХ, поскольку объекты на периферии оказываются растянуты значительно меньше, чем могли бы. Однако обычно при съёмках архитектуры это недопустимо.

На показанных выше графиках ЧКХ вариобъектива и простого объектива Canon оба объектива начинают демонстрировать выраженный астигматизм на краях изображения. Однако в случае с простым объективом происходит нечто интересное: тип астигматизма меняется на противоположный, если сравнивать f/1.4 и f/8.0. При диафрагме f/8.0 объектив размывает сильнее в радиальном направлении, что является частым явлением. Однако, при f/1.4 фиксированный объектив размывает сильнее в круговом направлении, что значительно менее распространено.

Что этот астигматизм означает для ваших снимков? Пожалуй, наиболее важным следствием, помимо уникального вида, является то, что стандартные средства повышения резкости могут не работать так, как это было задумано. Они исходят из предположения, что размытие одинаково во всех направлениях, так что может получиться, что в итоге вы избыточно акцентируете резкость одних границ, оставив при этом другие визуально размытыми. Астигматизм может также являться проблемой для снимков звёзд или других точечных источников света, поскольку в этом случае асимметричное размытие становится более заметным.

ЧКХ и диафрагма: поиск «зоны наилучшего восприятия» объектива

ЧКХ объектива обычно повышается по мере закрытия диафрагмы, достигая максимума в средних ступенях, после чего по мере дальнейшего закрытия диафрагмы снова спадает. Следующий график показывает MTF-50 высококачественного объектива при различных диафрагмах:

Диафрагма, соответствующая максимуму ЧКХ, является так называемой «зоной наилучшего восприятия» объектива, поскольку при ней изображения будут в целом иметь наилучшую резкость и контрастность. На полнокадровой камере и на кроп-сенсоре зона наилучшего восприятия обычно находится где-то между f/8. 0 и f/16, в зависимости от объектива. Положение зоны наилучшего восприятия не зависит от числа мегапикселей камеры.

Технические примечания:

• При больших диафрагмах разрешение и контраст в основном ограничены аберрациями света.
  Аберрация возникает, когда несовершенство конструкции объектива приводит к тому, что светлая точка в изображении не сходится в точку на сенсоре камеры.
• При малых диафрагмах разрешение и контраст в основном ограничены дифракцией.
  В отличие от аберраций, дифракция является фундаментальным физическим пределом, вызванным рассеиванием света, которое необязательно вызвано неудачной конструкцией объектива.
• Как следствие, высоко- и низкокачественные объективы весьма похожи при закрытых диафрагмах
  (таких как f/16-32 на полном кадре или кроп-сенсоре).
• На больших диафрагмах высококачественные объективы имеют огромное преимущество, поскольку материалы и сборка объектива оказывают большое влияние. Фактически, у идеального объектива могло бы даже и не быть «зоны наилучшего восприятия»; оптимальной являлась бы полностью открытая диафрагма.

Однако, не стоит приходить к выводу, будто оптимальная диафрагма вообще не зависит от предмета съёмки. Зона наилучшего восприятия по центру изображения может не быть таковой для краёв и углов изображения; зачастую для них потребуется закрыть диафрагму сильнее. Далее, всё это подразумевает, что предмет съёмки находится в идельном фокусе; объекты вне глубины резкости наверняка выиграют в резкости, если ваша f-ступень будет больше, чем требуется для так называемой зоны наилучшего восприятия.

Сравнение различных производителей камер и объективов

Большая проблема концепции ЧКХ состоит в том, что она не стандартизована. Как следствие, сравнение различных графиков ЧКХ может оказаться довольно сложным, а в некоторых случаях просто невозможным. Например, графики ЧКХ Canon и Nikon не могут сравниваться непосредственно, поскольку Canon использует теоретические расчёты, тогда как Nikon использует измерения.

Однако, даже если кто-нибудь соберётся произвести собственные тесты ЧКХ, он столкнётся с проблемами. Типичный график ЧКХ собственного производства в действительности показывает общую ЧКХ для всей оптической системы камеры — отнюдь не ЧКХ одного лишь объектива. Эта общая ЧКХ представляет объединённые результаты для линзы, сенсора камеры и преобразования RAW, вдобавок к повышению резкости или любой другой пост-обработке. Как следствие, измерения ЧКХ будут варьироваться в зависимости от того, какая камера используется для измерений или какая программа используется для преобразования RAW. В итоге практично сравнивать только те графики ЧКХ, которые были измерены с использованием идентичной методологии.

Кроп-сенсоры и полный кадр. Следует проявлять особую осторожность, сравнивая графики ЧКХ для камер с разными размерами сенсоров. Например, кривая ЧКХ при 30 пл/мм на полнокадровой камере не эквивалентна кривой ЧКХ при 30 пл/мм для сенсора с кроп-фактором 1. 6. Для более честного сравнения следовало бы для кроп-сенсора использовать кривую при 48 пл/мм, поскольку изображение с кроп-сенсора масштабируется больше для получения отпечатка того же размера.

Разнообразие размеров сенсоров привело к тому, что линейную частоту начали измерять в терминах высоты изображения или рисунка (пл/ви или пл/вр) вместо абсолютных единиц, таких как миллиметры. Например, линейная частота 1000 пл/вр будет одинаково представлена в отпечатке, вне зависимости от размеров сенсора камеры. Можно предположить, что производители продолжают демонстрировать графики ЧКХ при 10 и 30 пл/мм для DX, EF-S и других объективов для кроп-сенсоров отчасти потому, что такие графики ЧКХ выглядят лучше.

Ограничения графиков ЧКХ

Несмотря на то, что графики ЧКХ являются исключительно мощным инструментом описания качества объектива, у них есть масса ограничений. Фактически, график ЧКХ ничего не говорит про:

• качество цветопередачи и хроматические аберрации
• искажения изображения
• виньетирование (спад светосилы по направлению к краям изображения)
• подверженность бликам

Далее, другие факторы, такие как состояние оборудования или умение обращаться с камерой, могут зачастую оказывать намного большее влияние на качество ваших снимков, чем незначительные различия в ЧКХ. К факторам, снижающим качество, в частности относятся:

• точность фокусировки
• сотрясения камеры (шевелёнка)
• пыль на цифровом сенсоре камеры
• микроцарапины, влага, отпечатки пальцев или другие пятна на объективе

Самое важное: пусть даже графики ЧКХ являются восхитительно комплексными и характеристическими инструментами на солидной научной основе — практически ничто не заменит визуальный контроль изображения на экране или в отпечатке. В конечном счёте, снимки делают для того, чтобы на них смотрели, так что визуальное впечатление оказывается решающим. Зачастую может быть достаточно сложно различить вследствие чего именно изображение выглядит лучше для другого объектива, на основе ЧКХ, поскольку есть обычно много влияющих факторов: контраст, разрешение, астигматизм, диафрагма, искажения и т.д. Объектив редко бывает превосходен во всех аспектах одновременно. Если вы не можете заметить разницу между снимками, сделанными при помощи разных объективов при сходных условиях, вероятно, разница в ЧКХ между ними не имеет значения.

Наконец, даже если ЧКХ одного объектива однозначно хуже ЧКХ другого, повышение резкости и локальное улучшение контраста могут зачастую сделать этот недостаток качества неразличимым в отпечатке — если исходное различие в качестве не слишком велико.

Протокол тестирования объективов DXOMARK и баллы

В наших обзорах объективов DxOMark мы оцениваем производительность сменных объективов для камер, оснащенных датчиками, которые могут захватывать изображения в формате RAW. В этой статье мы объясним, как мы тестируем по различным критериям в лаборатории тестирования качества изображения DxOMark и как результаты тестирования преобразуются в промежуточные баллы и окончательную оценку объектива DxOMark.

Для тестирования мы устанавливаем объективы на камеры и измеряем их по следующим критериям:

• Разрешение, полученное из измерения MTF (функция передачи модуляции)
• Дисторсия и хроматические аберрации
• Виньетирование
• Светопередача (Т-стоп)

Оценка DxOMark для объективов

Мы используем дополнительные баллы для указанных выше критериев для расчета окончательной оценки линз DxOMark. Оценка показывает количество информации, полученной объективом данной камеры, и то, насколько хорошо камера и объектив работают вместе. Однако оценка не отражает внутреннее качество сенсора камеры.

• Оценка объектива DxOMark соответствует среднему значению оптимального  количества информации, которое камера может зафиксировать для каждого фокусного расстояния. Количество информации рассчитывается для каждой комбинации фокусного расстояния/диафрагмы и самых высоких значений для каждого фокусного расстояния. взвешиваются для подсчета баллов.
• Оценка объектива DxOMark основана на условиях низкой освещенности (150 люкс и время экспозиции 1/60 с). Мы выбрали эти условия освещения, потому что считаем, что качество съемки при слабом освещении очень важно в современной фотографии, а также потому, что фотографам необходимо знать, насколько хорошо объективы работают при самой широкой диафрагме. Объективы с высоким числом f, как правило, дороги, и фотографы хотят знать, стоит ли их производительность дополнительных затрат. В оценке не учитывается глубина резкости, а учитываются только характеристики объектива при идеальном фокусе.
• Оценка объектива DxOMark — это линейная шкала , относящаяся к самому большому размеру отпечатка, который обеспечивает превосходное качество изображения. Удвоение размера отпечатка требует удвоения оценки DxOMark. Разница в баллах менее 10% может считаться несущественной.
• Оценка объектива DxOMark представляет собой открытую шкалу , ограниченную разрешением объектива и камеры, а также шумом сенсора. Поскольку мы можем ожидать, что со временем они улучшатся, максимальный балл DxOMark будет увеличиваться по мере развития технологий.

Подробнее о том, почему мы основываем наше тестирование на формате RAW, можно прочитать здесь. Но теперь давайте подробнее рассмотрим настройки и методологии для отдельных критериев тестирования и то, как рассчитываются дополнительные баллы, которые учитываются в окончательном балле.

MTF и резкость

Функция передачи модуляции (MTF) камеры (корпус и объектив) измеряется в соответствии со стандартным методом SFR ISO 12233 (см. определение измерения MTF). Мишень представляет собой узор из белых и черных квадратов, наклоненных под углом 5° и заполняющих поле камеры. DxO Labs разработала мишень и изготовила ее с помощью принтера с высоким разрешением, чтобы добиться резких переходов между черными и белыми областями без наложения. Мишень крепится к раме, изготовленной из алюминиевых профилей, чтобы обеспечить необходимую жесткость мишени в сборе.

Мишень равномерно освещается галогенными лампами, которые фильтруются для обеспечения цветовой температуры дневного света 5500K.

Чтобы гарантировать абсолютную стабильность и предотвратить размытость изображения при движении, камера установлена ​​на штативной головке с редуктором, которая закреплена на прочной студийной стойке. Градуированная направляющая на шарикоподшипниках позволяет очень точно регулировать расстояние между камерой и целью. Чтобы свести к минимуму вибрации, мы используем функцию блокировки зеркального зеркала, когда она доступна, и спускаем затвор с помощью пульта дистанционного управления или автоспуска. Перед съемкой мы проверяем, чтобы сенсор камеры и плоскости цели были параллельны, используя зеркало, расположенное заподлицо с целью. Идеальное выравнивание достигается, когда отраженное изображение объектива появляется в центре видоискателя камеры.

Отраженное изображение объектива в центре видоискателя камеры указывает на идеальное выравнивание.

Мы выбираем самую низкую реальную чувствительность ISO камеры, чтобы получать изображения с минимальным уровнем шума. Мы устанавливаем экспозицию так, чтобы белые квадраты цели были чуть ниже насыщения датчика в формате RAW, чтобы гарантировать использование всей динамики датчика. Разумеется, мы деактивируем все опции повышения резкости и системы стабилизации камеры или объектива. Для каждого фокусного расстояния и диафрагмы объектива мы делаем снимки в 60 различных положениях фокусировки вокруг точки фокусировки, установленной системой автофокусировки камеры. Затем мы используем самое четкое изображение для измерения MTF камеры.

Мы используем эти результаты для получения оценки разрешения DxOMark. Оценка представляет собой показатель резкости комбинации объектив-камера, усредненный по всему диапазону фокусного расстояния и диафрагмы, и рассчитывается следующим образом:

углы менее критичны, чем центр изображения. Это приводит к числу для каждой комбинации фокусного расстояния / диафрагмы. Затем мы выбираем максимальное значение резкости из диапазона диафрагмы для каждого фокусного расстояния. Затем эти значения усредняются по всем фокусным расстояниям, чтобы получить показатель разрешения DxOMark, который сообщается в P-MPix (перцептивные мегапиксели).

Стоит отметить, что для объективов с широким диапазоном зума различия в резкости на разных фокусных расстояниях могут быть весьма значительными. Для большинства объективов резкость в P-Mpix обычно составляет от 50% до 100% от количества пикселей сенсора, а различия менее 1 P-Mpix обычно незаметны. Лучшее разрешение обычно достигается с помощью объективов с фиксированным фокусным расстоянием при диафрагме от f/2,8 до f/8.

Дисторсия, LCA и виньетирование

Мы измеряем латеральную хроматическую аберрацию (LCA) и дисторсию на точечной диаграмме DxO Labs, которая представляет собой узор из регулярно расположенных черных точек на стеклянной подставке. (Мы выбрали стекло из-за его плоскостности и стабильности формы.) Точки, напечатанные на диаграмме, имеют круглую форму и идеально выровнены, образуя сетку.

Точечная диаграмма DxO Labs используется для измерения дисторсии, LCA и виньетирования.

Мы измеряем виньетирование по белому фону той же точечной диаграммы. Перед съемкой мы выравниваем датчик камеры на целевой плоскости и проверяем равномерность освещения, чтобы убедиться, что оно остается в пределах +/-4%. Чтобы повысить точность измерения виньетирования, мы используем откалиброванную комбинацию камеры и объектива, чтобы охарактеризовать фактическую однородность освещения диаграммы. Выставляем цветовую температуру 5500К (соответствует дневному свету).

Делаем снимок на каждом фокусном расстоянии и диафрагме. Камера остается на одном и том же расстоянии съемки, чтобы кадрировать одну и ту же область диаграммы, а это означает, что освещение диаграммы одинаково для каждого фокусного расстояния и диафрагмы. Наконец, мы записываем две дополнительные экспозиции на каждом фокусном расстоянии и на двух разных целевых расстояниях. Для этих снимков мы фокусируем объектив на бесконечность, чтобы рассчитать эффективное фокусное расстояние (EFL).

Мы усредняем абсолютное значение максимального искажения в диапазоне фокусных расстояний, чтобы вычислить показатель искажения DxOMark (искажение не зависит от диафрагмы). Объективы с переменным фокусным расстоянием, как правило, имеют отрицательное (бочкообразное) искажение для коротких фокусных расстояний и положительное (подушкообразное) искажение для более длинных фокусных расстояний. Наша оценка наказывает оба типа искажений. Искажение выражается в процентах, где ноль соответствует идеальному случаю, а 1% соответствует высокому уровню. Однако верхнего предела нет. Значение 0,2% указывает на заметное искажение. Также стоит отметить, что широкоугольные объективы обычно имеют больше искажений, чем длиннофокусные.

Чтобы рассчитать показатель хроматической аберрации, мы сначала нормализуем измеренные значения (шкала на датчике 24×36 мм) и взвешиваем их по полю изображения для каждого фокусного расстояния и диафрагмы. Допускаются небольшие аберрации в углах изображения. Для каждого фокусного расстояния мы выбираем самое большое значение аберрации в диапазоне диафрагмы, а затем усредняем их по всем фокусным расстояниям, чтобы вычислить окончательную оценку хроматической аберрации DxOMark. Хроматические аберрации выражены в микрометрах (мкм). Идеальное значение равно 0; значение 30 было бы очень высоким, но верхнего предела нет. Значение 5 мкм заметно и соответствует примерно 1 пикселю для большинства камер.

Мы учитываем только максимально широкую апертуру при расчете оценки виньетирования DxOMark. Мы взвешиваем значения по всему полю изображения с большей допуском к виньетированию в дальних углах. Затем мы усредняем отдельные значения для каждого фокусного расстояния, чтобы получить окончательную оценку виньетирования DxOMark. Виньетирование выражается в значении экспозиции (EV) и является отрицательным числом, так как описывает потерю экспозиции. Отсутствие виньетирования (0 EV) — это идеально. Объективы с очень широкой апертурой, вероятно, будут демонстрировать большее виньетирование (часто выше 2EV). Вариации ниже 1/3 EV едва заметны.

Светопропускание

Фотометрическая апертура, также известная как «Т-стоп» (Т = пропускание), представляет собой апертуру объектива с поправкой на потери светопропускания (см. определение светопропускания). Чтобы измерить пропускание света, мы делаем снимок равномерно освещенной (+/-1%) опалесцирующей мишени пропускания.

Настройка измерения T-stop.

Мы выбрали источник света из-за его исключительной стабильности. Это точно тот же источник, что и для нашего измерения чувствительности ISO: галогенная лампа с фильтром для достижения цветовой температуры дневного света 5500K. Это стоит отметить, потому что мы используем значения чувствительности ISO при расчете T-stop. Мы измеряем яркость рассеивающей поверхности (около 140 кд/м²) сертифицированным измерителем яркости. Зная входной световой поток, отклик сенсора и выдержку, мы можем затем рассчитать T-stop объектива для заданного расстояния фокусировки.

Размещаем камеру на расстоянии, равном 40-кратному фокусному расстоянию объектива (например, 2 метра для объектива 50 мм). Мы делаем по одному снимку для каждой диафрагмы объектива с шагом в полный стоп.

Чтобы рассчитать показатель передачи, мы измеряем T-stop при максимально возможной апертуре на каждом фокусном расстоянии. Затем мы усредняем эти значения по диапазону фокусных расстояний, чтобы рассчитать окончательный результат. Т-ступени очень похожи на диафрагмы объектива в том смысле, что меньшие значения означают большее количество света, а объективы с фиксированным фокусным расстоянием обеспечивают наилучшую передачу. Зум-объективы обычно не могут иметь очень большую апертуру на больших фокусных расстояниях. Т-ступени косвенно влияют на качество изображения, поскольку обычно изменяют автоматическую экспозицию камеры. Для объектива с низким коэффициентом пропускания может потребоваться более длительное время выдержки и, возможно, размытие при движении, или более высокая чувствительность ISO и более высокий уровень шума, чем для объектива с высоким коэффициентом пропускания. Изменения ниже 10% не заметны.

Видео

Обзор камеры Huawei Mate 30 Pro 5G

6 марта 2020 г.

Разрешение оптики

В случае измерительных приложений, проверки очень мелких деталей изображения, а также оптического изображения на очень маленьких пикселях камеры, разрешение оптики представляет особый интерес.

Существуют явные различия в качестве, которые во многом зависят от используемых очков, покрытий линз и всей оптической конструкции. В частности, оптические ошибки, такие как сферическая или хроматическая аберрация, кома и астигматизм, приводят к размытым изображениям, что приводит к значительному снижению разрешения.

Стандартный объектив

Из-за различных оптических погрешностей и более низкой ЧКХ получаются не особо резкие изображения. Оптика не может отображать тонкие структуры с помощью камеры высокого разрешения с размером пикселя 3,45 мкм. Ошибки очень сильные, особенно в углах изображения.

Объектив высокого разрешения

Даже небольшие структуры четко видны с помощью датчика высокого разрешения. Также в пограничных областях изображение выглядит резким. Вырезка изображения с разрешением 640×480 пикселей 5-мегапиксельного изображения (камера с малыми пикселями сенсора 3,45 мкм)

Ограничение разрешения: эффекты дифракции

Свет с его волновыми свойствами отклоняется на апертуре объектива. Изображение предметного пятна представляется не как идеальное пятно, а как слегка размытое световое пятно, окруженное слабыми концентрическими дифракционными узорами. Чем больше закрывается апертура оптики, тем больше перекрываются дифракционные картины: разрешение изображения уменьшается!

Опустить объектив: ограничение разрешения

Дифракция света на щели не может быть уменьшена никакими корректирующими мерами, она зависит только от ширины щели (апертуры) и длины волны света. Оптика идеального качества не дает никаких ошибок изображения, следовательно, резкость изображения определяется только дифракцией (оптика с ограничением дифракции)

На практике, однако, становится очевидным, что диафрагмирование объектива примерно на 2 шага диафрагмы заметно улучшает качество изображения. Оптические ошибки, такие как кома, астигматизм, сферические продольные ошибки и т. д., уменьшаются за счет диафрагмирования, так что выигрыш в качестве этого эффекта больше, чем снижение разрешения из-за эффекта дифракции на щели.