技术科普丨MTF

MTF概念简介

高考体检！一同学眼睛近视高度近视，为不让体检医生知道，故在体检前一个礼拜痛下决心要背完视力表。

一个礼拜过去了，体检当天他走进体检中心的时候胸有成竹。体检完毕，我们一伙围住他问详情。

他满脸羞涩的说：哎，视力表是背下来了，可是我看了半天竟然看不见指挥棒。杯具！杯具！

众所周知，通过视力表的测验，我们可以很容易地知道自己眼睛的视力好坏。镜头就是手机摄像头的眼睛，它也有自己的视力表—MTF

MTF是调制传递函数（Modulation Transfer Function）的简称。简单来说，就是画面中图像明暗亮度的对比及分辨程度，用一个公式可以表示成：

其中，I是光照强度

Imax为照片中光线照射最多的光照强度。

Imin为照片中光线照射最少的光照强度。

比如在黑白相间的MTF标板中，黑色部分为Imin，白色部分为Imax。

MTF值处于0~1的范围，理想情况当Imax无限大，Imin无穷小时，黑白分明到理想程度，MTF才可能等于1。然而实际设计中，光学系统通常会有衰减，MTF很难达到1的上限值。

如下图，指示了MTF从0.4衰减到0.05，图像清晰程度带给人的直观感受。前辈们做了一定研究，认为MTF一般可以接受的下限在0.2~0.15之间。

镜头MTF规格解读

分辨率和对比度两者相辅相成，用以评价图像清晰通透程度，这两个指标都可以用MTF值的高低来鉴别。

之前文章中提及过，在图像领域，万事万物都有着自己的频率，拥有更多细节的物体频率高，细节单一的物体频率低。黑白相间条纹的频率最具代表性，当然斑马线的频率比条纹衫的频率更低，因为条纹衫的黑白条纹更加细密，拥有了更多细节。

通常用低频率的MTF测验镜头的对比度，低频图像的MTF值高，则说明镜头对比度高；

高频率的MTF检验镜头的分辨率，高频图像的MTF值高，则说明镜头分辨率高。

所以通常说起的MTF并不是一个独立数值，需要标示对应的测试频率才赋予其实际意义，或者干脆标示出低频到高频的MTF值变化过程。

举个例子，下图为某镜头厂商的MTF规格：

图片纵轴为MTF值（范围从0到1），MTF值越高就表示成像越好；

横轴为测试图像的像高（从左往右依次为图像中心到图像四角）；

图中的红色，绿色，蓝色三种曲线分别对应不同的空间频率，实线和虚线是两个拍摄角度的不同。

蓝色组曲线为Nyquist频率本身，是高频率，蓝色曲线更多反映了镜头的分辨率表现，蓝色曲线值越高，分辨率越好；

红色为1/4 Nyquist频率，是低频率，红色曲线更多反映了镜头的对比度表现，红色曲线值越大，对比度越好。

MTF的实际应用

那么分辨率和对比度的高低到底给图像带来什么实际影响呢？

分辨率表示照片描述物体细节的能力，分辨率越高，照片所含的细节越多。

比如下图中，左图在900线对的位置依然能分辨清楚每条线，而右图在900线对的位置却一团模糊，那么左图比右图拥有更多的细节，左图的分辨率相对更高。

左右两边对应的MTF曲线如下图，紫色（右图：低分辨率），红色（左图：高分辨率）。

横坐标表示空间频率，从左到右频率依次增大；纵坐标为MTF值，处于0~100%的区间内，数值越大表示MTF值越高。

明显可以看到红色和紫色在低频阶段，MTF的值差异并不大，随着频率慢慢增大，红色的MTF比紫色的值更大。

实际拍照中，细节的分辨能力是非常重要的，比如自拍中的头发丝，毛绒玩具的细绒毛，衣物的纹理，等等，都需要高分辨率才能清楚成像。

对比度表示照片对于色彩分配的好坏。低对比度的图像不能很好的分辨不同的物体因为他们的色彩相近且边界不明显。高对比度的图像则黑白分明，能很简单的分辨不同的物体且他们的边界线十分分明，画面通透感更强，色彩生动而丰富。

左右两边对应的MTF曲线如下图，红色曲线（左图：对比度高），绿色曲线（右图：对比度低）。

明显可以看到，在低频阶段，红色曲线比绿色的MTF值要高得多，而两者在高频阶段的MTF值差异不大。

对比度对拍照效果的影响更大，如果说分辨率是对于照片细节的分辨率，而对比度则决定了这张照片的整体氛围，决定了一张照片的直观效果。比如下图，左边图片比右边图片给人更通透，颜色丰富无杂质的感觉。

原文链接：https://blog.csdn.net/zyfzhangyafei/article/details/117708132?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522166549223916782427432005%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fblog.%2522%257D&request_id=166549223916782427432005&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~blog~first_rank_ecpm_v1~times_rank-19-117708132-null-null.nonecase&utm_term=%E7%A7%91%E6%99%AE