Die Qualität von Objektiven beurteilen mithilfe von MTF
Auswahl des besten Objektivs mithilfe eines MTF-Diagramms
Die Auswahl des richtigen Objektivs ist oft eine Herausforderung, da dessen Leistung nicht einfach durch spezifische Messungen wie Kamera- oder Computerspezifikationen bestimmt werden kann. Aus diesem Grund haben die Objektivhersteller Standardmethoden zur Messung der Objektivleistung in einer kontrollierten Umgebung entwickelt und bieten die Testergebnisse als MTF-Informationen für ihre Produkte an.'
Das MTF-Diagramm (Modulationsübertragungsfunktion) ist nicht nur für industrielle, sondern auch für gewerbliche Anwender nützlich. Die folgende Abbildung ist ein Beispiel für ein MTF-Diagramm, das typischerweise von gewerblichen Kunden, sowie von Hobby- und Berufsfotografen verwendet wird. Diese Benutzer verwenden das MTF-Diagramm in der Regel für eine schnelle Beurteilung von Kontrast und Schärfe eines Objektivs und nicht für präzise Messungen.'
Für industrielle Anwender empfiehlt sich eine proaktivere Nutzung des MTF-Diagramms (Modulationsübertragungsfunktion), um die Auflösung, die Kontrastleistung und die gleichbleibende Bildqualität des Objektivs besser beurteilen zu können. In diesem Artikel gehen wir näher auf MTF-Diagramme ein und zeigen Ihnen, wie Sie sie für bessere Objektivvergleiche nutzen können.'
Was ist MTF (Modulationsübertragungsfunktion)?
MTF (Modulationsübertragungsfunktion) ist ein Maß für die Fähigkeit eines optischen Systems, Kontrast vom Objekt auf das Bild zu übertragen. Sie beschreibt den Grad des Kontrasts, den ein Objektiv bei einer bestimmten Auflösung liefert, z. B. Y % bei X lp/mm.
Linienpaare pro Millimeter (lp/mm) sind eine Maßeinheit, die sich auf Paare abwechselnder dunkler und weißer Linien (Linienpaare) bezieht, die auf einem Millimeter eines Bildes zu erkennen sind.
Zum Beispiel:
1 lp/mm bedeutet 1 Linienpaar in einem Abstand von 1 mm, wobei jede Linie einen Abstand von 0,5 mm hat.'
10 lp/mm bedeuten, dass es innerhalb von 1 mm 10 Paare oder 20 Linien gibt, wobei jede Linie einen Abstand von 0,05 mm hat.
Nach der gleichen Logik würde der Abstand der Linien bei 100 lp/mm 5 µm (0,005 mm) betragen.
Im Zusammenhang mit der Auflösung bedeuten höhere Werte von lp/mm, dass das optische System feinere Details erfassen kann. Daher wird die Anzahl der Zeilen, die aufgelöst werden können, zu einem wichtigen Leistungskriterium für das optische System.
In Wirklichkeit ist es für optische Systeme (wie Objektive und Kameras) umso schwieriger, die Streifen wiederzugeben, je kleiner der Abstand zwischen ihnen ist, wie die folgende Abbildung zeigt. Objektive erfassen diese Linienmuster und projizieren sie auf einen Sensor. Je kleiner der Linienabstand wird, desto schwieriger wird es, sie präzise wiederzugeben. Folglich verringert sich der Kontrast der schwarzen und weißen Linien, die durch das Objektiv dargestellt werden, je enger der Zeilenabstand wird. Das MTF-Diagramm stellt dieses Phänomen visuell dar und hilft zu verstehen, wie gut ein Objektiv feine Details in Bezug auf den Kontrast wiedergeben kann.
Arten von MTF-Diagrammen
MTF-Informationen werden zur einfachen Visualisierung bei der Beurteilung der Auflösung eines Objektivs in MTF-Diagramme eingetragen und können auf unterschiedliche Weise dargestellt werden. Im Allgemeinen gibt es zwei Haupttypen von MTF-Diagrammen. Bei der ersten Art, dem MTF-Diagramm nach Frequenz, wird die X-Achse in lp/mm (Linienpaare pro Millimeter) dargestellt. Dieser Diagrammtyp hat jedoch den Nachteil, dass er die MTF-Leistung eines Objektivs über den gesamten Sensor hinweg nicht genau abbildet. Aus diesem Grund wurde eine zweite Art von Diagramm eingeführt, das MTF-Diagramm nach Bildkreis. In diesem Diagramm stellt die X-Achse die Position dar, beginnend in der Mitte des Sensors und sich zu den Rändern hin bewegend. Dies ermöglicht eine genauere Bewertung der Leistung des Objektivs über den gesamten Sensor. Es hat jedoch die Einschränkung, dass nur bestimmte lp/mm-Werte untersucht werden können. Aus diesem Grund zeigen diese Diagramme in den meisten Fällen repräsentative lp/mm-Werte gleichzeitig an.
Diese Diagramme sind keine unterschiedlichen MTFs, sie stellen die Informationen nur auf unterschiedliche Weise dar. Das MTF-Diagramm nach Frequenz gibt an, wie viel des Objektkontrasts im Bild als Funktion der Ortsfrequenz erfasst wird. Das MTF-Diagramm nach Bildkreis zeigt die Wertänderungen von der Mitte des Bildkreises des Objektivs nach außen bei einem bestimmten lp/mm. Dies kann insbesondere bei großen Sichtfeldern äußerst nützlich sein. Schauen wir uns nun beide Arten von MTF-Diagrammen genauer an.
Was sind die Tangentiallinien (T) und Sagittallinien (S)?
Ein typisches MTF-Diagramm enthält sowohl tangentiale Linien (T) als auch sagittale Linien (S). Die tangentiale Linie (T) - auch als meridional bekannt - wird als durchgezogene Linien dargestellt, die die tangentialen MTF-Messungen zeigen, während die gepunkteten Linien die sagittale MTF zeigen. Sagittal bedeutet, dass die Testmusterlinien parallel zu einer Linie verlaufen, die von der Bildmitte zur Ecke verläuft, während die tangentialen Linien senkrecht zu dieser Diagonale verlaufen. In der Regel ist der MTF-Wert der durchgezogenen Linie höher, da das Objektiv im Allgemeinen auf der Grundlage der tangentialen Richtung hergestellt wird.
Im Allgemeinen erzeugen ähnliche sagittale und tangentiale Merkmale ein einheitlicheres Bild. Das heißt, wenn die sagittalen und tangentialen Linien in einem MTF-Diagramm näher beieinander liegen, haben die vom Objektiv erzeugten Bilder sowohl auf der X-Achse (horizontal) als auch auf der Y-Achse (vertikal) eine gleichmäßigere Bildleistung. Wenn die sagittale und die tangentiale Linie hingegen über ein Bild hinweg divergieren, deutet dies auf ein ungleichmäßiges Bild mit Abbildungsfehlern hin - das Objektiv ist also astigmatisch. Im Idealfall sollten die Kurven näher beieinander liegen, um eine gleichmäßigere Bildqualität zu erzielen.
Verwendung von MTF-Diagrammen zur Beurteilung der Auflösungsfähigkeit von Objektiven
Üblicherweise deuten MTF-Kurven mit hohen Werten auf einen guten Kontrast und eine gute Auflösung hin. Das bedeutet, dass das optische System in der Lage ist, feine Details im Bild wiederzugeben. Andererseits deutet ein niedriger MTF-Wert bei einer bestimmten Ortsfrequenz auf einen Verlust an Kontrast und Auflösung bei einem bestimmten Detailgrad hin.
Mit einem besseren Verständnis der MTF-Diagramme sind Sie nun in der Lage, die Qualität von Produkten verschiedener Hersteller zu bewerten und zu vergleichen oder verschiedene Modelle desselben Herstellers zu vergleichen.
Werfen Sie einen Blick auf die MTF-Diagramme der unten aufgeführten Objektivmodelle. Was können Sie über deren Auflösungsvermögen feststellen?
Zusammenfassung
MTF-Diagramme sind ein guter Indikator für die Leistung von Objektiven und helfen bei der Auswahl des richtigen Objektivs. Hier sind einige Vorteile:
Bewertung der Auflösung: MTF-Diagramme bieten ein quantitatives Maß für die Fähigkeit eines Objektivs, feine Details wiederzugeben. Höhere MTF-Werte weisen auf eine bessere Auflösung hin und helfen Ihnen bei der Auswahl von Objektiven, die Ihren Anforderungen an die Schärfe entsprechen.
Kontrastleistung: MTF-Diagramme zeigen die Kontrastwerte bei verschiedenen Raumfrequenzen. Ein hoher Kontrast ist entscheidend für die Bildklarheit, und MTF-Diagramme helfen Ihnen, die Kontrastleistung eines Objektivs unter verschiedenen Bedingungen zu beurteilen.
Leistung über den Bildsensor: MTF-Diagramme geben einen Einblick in die Leistung eines Objektivs über den gesamten Bildausschnitt. Dies hilft Ihnen bei der Auswahl von Objektiven, die Ihren Anforderungen an eine gleichbleibende Bildqualität von der Bildmitte bis zu den Ecken entsprechen.
Durch den Vergleich der MTF-Diagramme verschiedener Objektive können Sie fundierte Entscheidungen auf der Grundlage der optischen Eigenschaften treffen, die für Ihre spezifischen Anforderungen am wichtigsten sind. In einer realen Anwendung können auch zusätzliche Faktoren wie die Bildgröße des Sensors, die Vergrößerung und die F/#-Sensorspezifikationen zu berücksichtigen sein.
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