隨著當今數位相機像素數量的不斷增加，鏡頭的質量也變得越來越重要。通常，數碼照片的解析度實際上是受相機鏡頭的限制，而並非相機本身。然而，有效讀取MTF圖表是客觀評估鏡頭光學系統成像能力的重要輔助手段。
許多攝影師都會花費大量的時間，精力和金錢來購買設備實現高品質的圖像，但是對於評估鏡頭質量的基本概念卻很少了解。為了更好看清鏡頭質量的本質，我希望在本文中可以徹底解釋MTF圖表以及相關內容。
了解鏡頭質量的基本概念
要正確定義MTF（調製傳遞函數），必須首先了解定義圖像性能所需的四個術語：解析度和對比度以及色差和場曲。
了解鏡頭解析度：
解析度是成像系統區分對象細節的能力。它通常以線對進行表示（線對是一條黑線和一條白線的序列）。這種線對的測量也稱為頻率，以毫米為單位。所有成像光學器件，在對這樣的圖案進行成像時，完美的線對條邊緣會產生一定程度的模糊。高解析度圖像是由於最小模糊而顯示大量細節的圖像。相反，低解析度圖像缺乏細節。
但是解析度僅描述鏡頭能夠捕獲的細節數量，而不一定是捕獲細節的質量。因此，其他因素通常對圖像的質量和清晰度的感知做出更多貢獻。
了解鏡頭對比度：
對比度代表鏡頭區分不同光強度的能力。查看示例您可以輕鬆閱讀上部分的內容，而無需眼睛過度專注圖像。這裡的對比度非常高，黑色和白色之間有明顯的區別。然而，在下方的低對比度的示例中，我將白色背景更改為淺灰色，字體改為深灰色，這導致我們需要專注才能區分示例文本。它仍然是完全可讀的，因為文字很大眼睛仍然可以看到兩種灰色之間的邊界。
但是，如果相同的圖像縮小了300％，您仍然可以讀取高對比度文本（因為它具有足夠的解析度）。雖然具有同樣的解析度，但是您將很難閱讀底部示例文本（因為他沒有足夠的對比度）。這表明，鏡頭的解析度和對比度同樣重要，一個好的鏡頭必須能夠解析足夠的細節，同時具有合理的對比度來區分這些細節。
了解鏡頭的色差：
色差，也稱為「色邊」或「紫邊」，通常是當鏡頭無法將所有波長的色彩帶到同一焦平面，或者是當對焦波長發生的常見光學問題在焦平面的不同位置。色差是由鏡頭色散引起的，不同顏色的光具有不同的波長以及不同的傳播速度。因此，圖像可能看起來模糊或明顯的彩色邊緣（紅色，綠色，藍色，黃色，紫色，洋紅色）出現在物體周圍，特別是在高對比度的情況下。這種色差分為兩種分別為「縱向色差」和「橫向色差」
縱向色差：當不同波長的顏色在通過鏡頭後不會聚在同一點時發生，通常在整個圖像的物體邊緣顯示紅色和綠色以及藍色的色邊，通常情況下通過縮小光圈可以得到緩解。
橫向色差：當不同波長的顏色以一定角度聚焦在沿同一焦平面的不同位置時發生，橫向色差從不出現在圖像的中心，只出現在高對比度區域的圖像邊緣。在一些魚眼鏡頭或廣角鏡頭和低質量鏡頭上，通常產生藍色和紫色的色邊，橫向色差僅可以通過後期處理進行緩解。
了解鏡頭的場曲：
場曲是一種常見的光學問題。由於鏡頭光學元件的彎曲性質，以及數位相機傳感器呈現為一種成像平面，因此無法完美的捕捉整個圖像。我們也可以認為它是由大角度光線的「功率誤差」引起的。
大多數現代鏡頭在鏡頭內部結合了許多不同的光學元件，一些光學元件專門用來減少場曲的影響。因此，場曲可以以不同的形式出現，大多數都具有「波浪」曲率。具有波浪場曲的鏡頭可以產生優質的中心和邊緣性能，但是具有較差的中段性能。
而且，場曲率可以隨距離而變化。一些鏡頭在短距離內看起來很好，幾乎沒有可見的場曲，但是在無窮遠表現出相當強的場曲問題。場曲率的影響也因鏡頭設計而異，低於50mm的短焦距鏡頭通常最容易出現場曲問題。另一方面，遠攝鏡頭通常具有非常小或沒有可見的場曲。
什麼是MTF圖表？
由於感知清晰度總是主觀的，因此僅通過查看圖像中的細節來量化鏡頭性能是不可能的。正因為如此，製造商提出了客觀的方法來測量鏡頭性能，而不依賴於人類的感知。這種普遍接受的鏡頭性能測量稱為MTF，它代表「調製傳遞函數」。
由於沒有透鏡在透射光線方面是完美的，因此MTF在量化對比度和解析度的損失方面非常有用。您今天看到的大多數MTF圖表都是使用專門的計算機軟體來測量或模擬鏡頭性能並輸出的結果。
MTF的優點是它能夠在單個圖表中提供以下這些代表鏡頭只質量的重要信息：
鏡頭解析度（鏡頭中心到邊緣以及最大光圈和f/8光圈）鏡頭對比度（鏡頭中心到邊緣以及最大光圈和f/8光圈）散光與橫向色差場曲率這些數據可以揭示有關鏡頭整體性能的大量信息。也可用於比較來自同一製造商的不同鏡頭之間的解析度和對比度。但是，不能在不同品牌之間比較MTF數據。
MTF的測量規則
大多數鏡頭通常都經過一定的特殊優化，使其中心畫質表現非常好，但是邊緣畫質會發生很大的變化，即使是昂貴的專業鏡頭這種光學問題也是普遍存在的。因此，僅通過圖像的一部分進行整體評估是極不嚴謹的，所以MTF數據的測量是由中心至邊緣的多個點組成。在上圖中的紅點即為圖像中需要測試的位置。在全畫幅相機中，這些位置分別距離傳感器中心5mm，10mm，15mm和20mm。在APS-C尺寸傳感器（以尼康為例）測量的間隔為3mm，6mm，9mm和12mm。
鏡頭性能的評估使用簡單的線對進行，通常是白色背景上的黑線。如您所見，線對分別以不同的間隔放置，較粗的線對用於測量對比度，通常為10線/ mm，而用於測量解析度的較細線對為30線/ mm。
同時也存在兩個不同的角度。一個角度從圖像的中心向外傾斜，平行於鏡片的半徑並指向中心，在圖表中被稱為弧矢曲線，標為S（Sagittal）。另一個角度在相反方向，被稱為子午曲線，標為M（Meridional）。這樣做的主要原因是，由於鏡頭像差一些鏡頭可以非常好的解析一個方向的細節，但沒有那麼好解析另一個方向的細節。這有助於輕鬆識別出鏡片的散光。
如何閱讀MTF圖表
我們已經大致了解了MTF的基礎測量方式，現在可以開始嘗試解讀典型的MTF圖表了。不過我們需要注意，所有製造商都有自己的顯示MTF數據的繪製方式。但是這些方式萬變不離其宗，一旦掌握典型的MTF，就可以理解其他製造商的讀取方式。
圖表的軸數據：
在我們進入曲線之前，首先需要了解X軸和Y軸的用途。以上是一個簡化的MTF圖表，上面沒有數據。
X軸（水平）表示從畫面中心到邊緣的距離。值0表示中心，而5,10,15和20表示我之前談到的全畫幅傳感器中心的距離（mm）。如果是針對較小的APS-C尺寸傳感器，則數字將為0,3,6,9和12，對於不同的製造商而言，APS-C傳感器的間隔可能不同。例如佳能使用0,5,10和13用於APS-C鏡頭。Y軸（垂直）表示鏡頭能夠傳輸的光量。不是繪製表示傳輸光量的百分比（0％到100％），而是將數據從0（0％）簡化為1（100％）。圖表中的每條水平線以0.1（10％）為增量繪製。圖表的線數據：
正如您在本文中所看到的那樣，我們需要測量兩組線數據。分別是測量解析度的30線/ mm和測量對比度的10線/ mm。在上圖中我們使用紅線顯示對比度（10線/ mm），使用藍線顯示解析度（30線/ mm）。因此，在MTF圖表上會看到對比度和解析度兩條曲線。
在Y軸的數字常用於理解對比度和解析度的「好」或「壞」，一般情況下對比度都會高於圖表中的解析度。在圖表中任何高於0.9的值都表示優異的對比度，0.7到0.9之間通常表示非常好，0.5到0.7之間是平均值，而低於0.5的任何值表示為差。但這是大多數人的主觀意見，被認為是優秀或平衡的範圍可能因人而異。
之前我我們看到的是非常簡單的MTF圖表，因為它只顯示兩條曲線。不過由於MTF測量包括弧矢曲線和子午曲線，因此標準圖表實際上至少包含四條線甚至更多，這就取決於不通的製造商了。
尼康MTF圖表讀取方式：
尼康MTF圖表沒有提供f/8光圈下圖像質量狀態，默認為所有參數為最大光圈。如您所見，上表為尼康50mm f/1.8G在f/1.8的最大光圈下MTF圖表狀態。在各項參數中：
紅線：10線/毫米藍線：30線/毫米實線：弧矢方向虛線：子午方向在圖表中無論是在鏡頭的中心還是中段弧矢線和子午線都有很好的對比度。解析度在中心也有著非常好的表現，但是邊緣解析度下降較為嚴重。對於較粗的10線/毫米空間頻率（對比度），弧矢線和子午線在邊緣是分開的，但對於30線/毫米（解析度）就不那麼明顯了，這意味著散光和橫向色差在精細圖案上不那麼明顯，不是一個整體問題。這是可以從上面的MTF圖表中得到的總結。
佳能MTF圖表讀取方式：
佳能的MTF圖表與尼康的類似，我們可以在佳能的MTF圖表上找到目前已知的尼康鏡頭的所有MTF數據。但不同的是，佳能還顯示了f/8光圈下的MTF參數（f/8光圈通常是大多數鏡頭的最高畫質體現），這是非常有用的。因此，以下是你可以從佳能的MTF圖表中得到的數據為：
黑線：在最大光圈下藍線：f/8下實線：子午方向虛線：弧矢方向粗線：10線/毫米細線 ：30線/ 毫米佳能的MTF圖表看起來比尼康的更混亂，但它實際上提供了更多有用的信息。
首先，我們來看看黑色的線條，它們代表了鏡頭在最大光圈f/1.8時的對比度和解析度。看起來鏡頭的對比度在中心很好，但在邊緣明顯會變差。解析度是相當平均的，但是邊緣也存在明顯的衰減。弧矢線和子午線在中心位置相當接近，這一點表現得不錯，但在邊緣大部分是分開的，這意味著有散光和橫向色差得出現。曲線的波動說明並存在有一定的場曲率，但它或多或少在控制之中。
光圈縮減到f/8時，鏡頭的性能顯著提高。從中心到邊緣的對比度都很好，解析度也很好，儘管存在一些場曲率。子午解析度保持相當均衡，但弧矢方面急劇下降。因此散光和橫向色差的跡象明顯存在，但只是在邊緣畫質出現。由於提供了大光圈和小光圈性能，您還可以評估嚴重的焦點偏移問題。當鏡頭在不同的光圈下，如果銳度從中心移開，這通常意味著鏡頭存在焦點偏移的問題。
結語
雖然MTF圖表是非常複雜的描述性工具，但是有著非常完善的科學依據支持著它。不過我們還是要理解，即使一個鏡頭的MTF確實比另一個鏡頭更差，但只要原始質量差異不是太大。我們都可以或多或少的通過一些方式進行彌補，這就是為什麼很多人都會談到，f/8之下狗頭，以及狗定賽牛變的說法。其實對於攝影師而言，並不一定極致的追求一個漂亮的MTF圖表，更多的是在質量和價值中間做出最大的權衡。