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镜头的性能评估

镜头的性能评估

1、解像力[resolution] 
    镜头的解像力指的是镜头对于被摄体的点像,它的再现能力。摄影作品的最终解像力,基于下列三个因素,即镜头解像力、胶片解像力和放大纸解像力。解像力的评估是将逐渐变细的黑白条纹图表,以一定的倍率拍摄后,使用50倍的显微镜检视底片影像来进行的。我们常听到解像力到达50线、100线这种数值表示,指的是底片上一毫米的宽度中,可以清晰地再现出来的黑白条纹的线数。如果只是单纯地测试镜头的解像力的话,可以在相当于底片面位置的地方,配置精细的解像力测试表,然后透过被测试的镜头,投影到银幕上再加以评析。解像力的数值,仅仅是表示解像程度的数据而上,和解像的清晰度和反差的好坏没有关系。
2、反差
    摄影作品的鲜锐度,亦即明暗对比的程度。例如,黑与白的再现比很清晰,反差就大,不清晰时反差就小。解像度和反差都很大的镜头,具备高鲜锐度和高清晰度的优点,就是一般公认的高性能镜头。
3、MTF[modulation transfer function] 
    MTF是modulation transfer function的头一个字母的简称,是一种测定镜头反差再现比或鲜锐度的镜头评估方法。音响设备之类的电气系的特性评估时,有所谓周率特性(frequency response)。这个是表示原音经过麦克风之后录音,然后经过音响剌叭再生时,再生音与原音的忠实度。忠实度非常高时,称为hi-fi(high fidelity 之简称)。镜光学系和电气系非常相似,差别只是一个是[光学信号的传达系统]而另一个是[电气信号的音频传达系统]。因此,只要光学系的频率特性可以测定出来,就可以知道光学信号是否正确地传送出去。在光学系上所谓的频率,指的是一毫米的宽度中,正弦的浓度变化图案有几线的意思,因此,单位和电气系的Hz有别,叫做line per mm或是线/mm。图25A表示在某一个空间频率的理想hi-fi镜头的MTF特性的概念,输出与输入完全相同,这种状况下它的反差是1:1。可是实际的镜头因为残余像差仍然存在的缘故,反差都在1:1以下。再者如果把空间频率更加提高(黑白的正弦波图案更细),如图25D一样反差低落,不久全部变成灰色,黑白都无法区分(没有反差/1:0),已经到了空间频率的极限。像这样,横轴代表空间频率数,纵轴代表反差,就形成了如图表4的情况。换言之,图表4上面,解像力和反差再现性(意即变调的程度modulation),就可以连续地确认出来。可是图表4只不过是表示画面上某一点的特性而上,如果希望知道画面整体的MTF特性,除了从复数点资料去判断外别无他法。因此,一般的MTF特性图上,选择两种代表性的空间频率(10线/mm和30线/mm)经由庞大的电脑虚拟工程的进行,横轴为画面对角线到画面中心的距离,纵轴相当于反差,画面整体的MTF特性一目了然.
4、各种MTF特性
    MTF特性图中,横轴为以画面中心0开始的像高,纵轴为反差大小,MTF特性以10线/mm和30线/mm来表示。测试表的空间频率数,镜头的光圈值、画面上的方向等都揭示在以下图表中。
    MTF特性图上,10线/mm的曲线愈接近1时,即属于反差特性良好,清晰度高的镜头,30线/mm的曲线愈接近1时,就是高解像力、高鲜锐度镜头。鲜锐度与清晰均优的高性能镜头,两者的平衡固然重要,一般而言,10线/mm的MTF特性在0.8以上属于优秀镜头,。S和M的特性如果一致的话,松蒙的影像也会以自然的形状呈现出来。
5、色彩平衡[color balance]
    透过镜头被拍摄的作品,与原被摄体相较它的色彩再出的忠实度。所有EF镜头的色彩平衡,均以ISO规格的推荐基准值为中心,统一在此ISO的CCI容许值更狭窄的范围之中。
6、CCI[color contribution index]
    决定彩色照片色彩再现的因素有三:胶片的发色特性、投射在被摄体的光源色温度,以及镜头的光线透光特性。CCI乃指标准胶片特性及光源确定时,镜头因滤片效果的不同,表示色彩变化的指数,三个数值分别为0/5/4。这三个数值是对于彩色胶片的三种感色层<蓝紫、绿、红>的波长,以对数来表示镜头透光率的一种相对值,数值愈高透光率愈高。普通的摄影镜头因为几乎把紫外线全部吸收,所以表示蓝色紫色透光率的数值,一般为0。因此,镜头的色彩平衡,必须比较ISO所订的绿色和红色的数值的标准镜头来判断。ISO 标准镜头的透光特性,是由日本提案后通过的,有包括日本在内的代表性厂商的标准镜头5种,共57支的平均值0/5/4成为推荐基准值,这也是胶片制造厂商,彩色胶片发色特性设计基准的数值。换句话说,如果不是和ISO标准镜头的透光特性的镜头,彩色胶片就无法获得厂商所设计的发色品质。
7、周边光量[Peripheral illumination] 
    镜头明亮度取决于F值(即光圈值),这表示在镜头的光轴上,也就是画面中心的影像的明亮度。到于书面旁边的明亮度(像面的照度),则称为周边光量,以百分比来表示。周边光量因受到镜头渐晕现象及余弦四次方定律的影响,与中心部相比,明亮度必然减少。
8、渐晕现象[Vignetting]
    投射到画面旁边的光线,没有全部通过有效口径(即光圈直径),被光圈前后的镜片框所遮挡,因而导致周边部光量低落的现象。这种现象只要缩小光圈即可消除。
9、余弦四次方定律[Cos4law] 
    即使视角很广,完全没有渐晕现象的镜头,它的周边光量仍然比书面中心少。画面周边的影像,是经由和光轴有着某种倾斜角度的入射光束所形成的,它的明亮度和倾斜角的馀弦的四次方成比例而降低。这是物理学的法则,没有辩法避免。不过,对于倾斜角度比较大的广角镜头,只要在设计上提升开口效率(轴上的射瞳轴外入射瞳的面积比),就可以防止周边光量的降低。
10、遮蔽[shading] 
    最典型的例子是,由于遮光罩的前端或滤片框把射入镜头的光线遮掉一部份,使得画面角落的影像发暗,或画面整体变淡的现象。原本是指应该进来的光线,因为受到某种妨疑,而使成像产生不良影响的现象之总称。
11、光斑[flare] 
    镜片的表面反射或镜筒、反光镜组的内面所引起的反射光,到达底面后造成画面整体或一部份产生了朦翳,降低了图像的鲜锐度。这种有害反射光称之为光斑或耀光。镜片的镀膜及内面防反射处理的加强,固然可以大幅度地减少光斑,但被摄体的状况并不相同,不可能完全消除。因此,选用合适的遮光罩是绝对必要的。此外,因球面像差和慧星像差的影响所引起的松蒙(blurring)和光晕(halo),也叫做光斑。
12、鬼影[ghost image]
    光斑的一种。当太阳光或强光进入画面内时,在镜片表面重复引起复杂的反射后,在光源相对的位置所形成的清晰映像。为了与光斑区分,取其像幽灵之特微而称为鬼影(英文应为ghost image)。光圈前的镜片表面反射所引起的鬼影,形状一如光圈开口,光圈后的反射则形成失焦的光晕状鬼影。画面外的强光也常常造成鬼影的产生,使用遮光罩遮挡有害光线,摄影时利用景深钮的功能,在实际光圈下确认画面的情况,是预防鬼影出现的不二法门。
13、镀膜[coating] 
    光线在射入或射出镜片时,由于折射率的不同,在各个镜片与空气界面上,约有5%的光线反射出去。这不单单是镜片的透过光线减少而已,表面的重复反射也是造成光斑和鬼影产生的主要原因。为了防止这种反射所做的处理称为镀膜。基本上是针对镜片的折射率n,给予 n的物质(如氟化镁等),并以真空蒸著法(vacuum vapor deposition)使之增加波长的1/4厚度。对于优良镜头,并非只是针对单一波长而已,而是实施可视光域整体均有优越效果的多重镀膜处理(multi-layer coating多层蒸著膜,反射率降低为0.2-0.3%)。镀膜的目的不只是防止反射,最重要的是由于构成镜头的各个镜片,均给予不同性质的合适镀膜,赋予镜头系统整体,最佳的色彩平衡特性,才是它的终极使命。

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