Клуб любителей Макро / Макрооптика / Макрооптическая теория / Объектив. Разрешение и MTF
Главная
Конкурсы
Выставки
Галерея
Макроистории
Статьи
Макрооптика
Макрошкола
Обзоры
Блоги
Клуб
  Меню
    Новое в Клубе
   Кнопки Клуба
Кнопки нашего клуба, для всех друзей нашего сайта!

    Новое в блогах(RSS)
    Новое в галерее(RSS)
    Новое на форуме(RSS)
    Новое на macroID(RSS)

Объектив. Разрешение и MTF

Формирует изображение на чувствительном материале объектив. Точнее, как правило объектив. Можно обойтись и без него, скажем использовать пинхол, как в камере-обскуре. Можно попробовать, но думаю, что период игры не продлиться долго, т.к. качество картинки, ограниченное, с одной стороны, диаметром дырки, а с другой, дифракцией на этом отверстии вас не впечатлит. А про время экспозиции мы скромно промолчим...

Итак, мы проделали исторический шаг и взяли в руки объектив. Это довольно сложное сооружение, сочитающее сегодня и оптику и механику и , как правило, электронику.

Оптика его относительно сложна - много линз, посмотрев в писания можно увидеть их точное количество, что многие из них из супер стекол, с асферическими поверхностями.

Но что же дают эти все навороты? Они приближают объектив по свойствам к тому старому известному из геометрической оптики идеалу, называемому тонкой линзой. Рассматривая изображение через простую лупу можно видеть, что качество увеличенного изображения "плывет" при больших увеличениях, особенно по краю изображения. Причина тому - простая линза не вполне эквивалентна тонкой линзе и формирует изображение с групой искажений в ходе лучей относительно тонкой линзы. Такие искажения называют умным словом аберрации.

Их делят на 2 основные группы:

  • Аберрации искажения формы изображения
  • Аберрации, влияющие на качество деталей картинки (уменьшая качество передачи мелких деталей, влоть до полного размытия мелких деталей). Часто объективы с сильно выраженными подобными аберрациями называют на жаргоне "мыльными".

Принцип уменьшения аберраций - компенсация их аналогичными аберрациями с обратным знаком. В разных объективах аберрации скомпенсированны в разной степени, остаются остаточные аберрации, которые портят картину. Т.к. многие  аберрации "мыльной" группы зависят от апертурного угла (и не редко даже не в первой степени), то прикрытие апертуры (диафрагмы) помогает уменьшить их влияние. Даже самые лучшие объектива, как правило, дают более качественную картинку при закрытии апертуры на 1-2 "стопа".

Особенно неприятными являются аберрации замыливающие поле изображения. Чем дальше точка изображения от центра изображения, тем сильнее она размыта, а иногда и разложена по цветам (хроматические аберрации ), что сильно портит впечатление о качестве фотографии. Закрытие диафрагмы не спасает от большинства подобных аберраций, тут просто желательно иметь объектив лучшего качества.

Аберрации и борьба с ними достойны большего объема повествования, но они являются лишь одной из составляющих, ухудшающих качество изображения.

Другим фактором является некачественное изготовление оптических и механических элементов объектива, которые частично или полностью перестают выполнять свои функции. Мы говорили, что аберрации компенсируются противоположными аберрациями других элементов, но если эти элементы не сопряжены между собой, то аберрации не только не скомпенсируются, но и могут усилится. Теория точностей изготовления сложна. Все отклонения посчитать сложно, т.к. тут вступает в силу статистика... 

Именно этими отклонениями вызван разброс характеристик между объективами одного типа. Выход части объективов за некие предельно допустимые параметры возможен в процессе изготовления у любого производителя, но далеко не все тщательно контролируют и выбраковывают таких"выскочек". 

Третий фактор, портящий нашу любимую фотографию - это дифракция.

Дифракция возникает при прохождении световых волн через щель, в качестве которой в объективе выступает диафрагма. Чем сильнее мы закрываем диафрагму, тем сильнее  сказывается дествие дифракции.

Когда мы говорили об аберрациях и точностях изготовления, то мы не могли дать какую-либо количественною оценку - все зависело от конкретной схемы в случае аберраций и даже конкретного экземпляра объектива в случае рассмотрения точностей изготовления. В случае же с ограничениями вносимыми дифракцией все подчиняется физическим законам и формулам.

Классической формулой разрешения объектива, ограниченного только дифракцией, является формула Аббе, которая гласит, что минимальное расстояние между двумя точками предмета, которые изображаются как отдельные будет:

r=0,61*WL/NA, где WL - длина волны света, т.е. при использовании визуального диапазона принимается 0,55 микрон, А - числовая апертура.

NA=n*sin (Sigma/2), а т.к. съемка съемка производиться, как правило в воздухе, то

r=0,61*WL/ sin (Sigma/2)

Sigma - апертурный угол, описан во вступлении в макротеорию.

Первый вывод - закрывая диафрагму с целью уменьшить влияние аберраций и увеличить ГРИП, мы одновременно ограничиваем дифракционное разрешение системы.

На практике большинство объективов дают максимальное разрешение при апертутурных числах 5,6 - 8, хотя это и не является правилом (при хорошей компенсации аберраций максимум разрешения может оказаться при 4 и даже меньшей диафрагме). Закрытие же диафрагмы до 16-32 приводит к серьезному ограничению разрешения объектива.

Предел разрешения оптической системы - это важный, но не единственный параметр, характеризующий оптическую систему по качеству картинки. Допустим, что объектив разрешает до 80 линий на милиметр, а как будет выглядеть картинка с деталями до 70 линий на милиметр? Критерий оценки "предел разрешения" отвечает на этот вопрос бинарно - более мелкие, чем предел разрешения, детали мы увидеть не способны, а более крупные увидим. Вопрос о качестве таких деталей этот критерий оставляет открытым.

Более исчерпывающую информацию о качестве изображения фотографического объектива дает Оптическая Передаточная Функция (ОПФ) или ее основная составляющая Функция Передачи Модуляции (ФПМ), пожалуй даже более известная под английской абривиатурой MTF (Modulation Transfer Function).

MTF отвечает на вопрос о контрасте картинки, созданной из идеальной решетки определенной пространственной  частоты. Чем контрастнее картинка - тем выше оптическое качество. Рассмотренный ранее предел разрешения - это падение на определенной частоте контраста до нескольких процентов, за которыми уже невозможно увидеть модуляцию тестовой решетки. На несколько более низких частотах модуляцию видно, но она чуть заметна на сером фоне. Еще более низкие частоты - картинка выглядит контрастнее...

Такие графики сегодня расчитываются для всех разрабатываемых объективов, но далеко не все производители считают нужным показать их потенциальному покупателю...

Примером полноценного отчета может служить фирма SCHNEIDER, которая дает полные данные обо всех выпускаемых ей объетивах, пример смотрите тут

Как на этом, так и на большинстве подобных графиков дана MTF для нескольких определенных частот, хотя можно было график от  нулевыхчастот до предельно разрешимых (скажем в центре картинки и на ее краю). Но производители считают более важной информацией стабильность MTF по полю картинки. Это действительно важная величина, потому что падение качества изображения на краю поля - распростроненная болезнь многих объективов, особенно дешевых...

Продолжим вскоре....

2005-2009 © Клуб любителей макро-
съёмки и макрофотографии
Работает на системе управления
сайтом CMS Cubesystem
На главную / Карта сайта / Поиск по сайту
/ Полезные ссылки / О МакроКлубе