六大镜头特性,MTF未曾透露的秘密-电子发烧友网

1. 镜头耀光 (flare)

2. 色彩传输 (color transmission)

3. 近摄光学表现 (close-up performance)

4. 畸变 (distortion)

5. 暗角 (Vignetting)

6. 散景 (bokeh)

MTF测试是价值中立的量化工具，分数则否

业余摄影玩家们对手边的器材，多少都有一点好奇心，总想知道这只镜头的表现，能否符合自己心中的那一把尺。往昔有专业杂志提供严谨的「测试报告」 (Test report) ，详列各种客观科学测量数据，都是在严格控制参数下进行调查，像是日文摄影期刊《アサヒカメラ》在1957年开辟的「ニューフェース诊断室」专栏，本身就是相当具有参考价值的专业测试报告。

日文摄影期刊アサヒカメラ于1957年开辟了「ニューフェース诊断室」专栏，直到停刊为止，都是相当具有参考意义的专业测试报告。报告中的「コントラスト减少率」曲线图表，即为MTF。除此之外，还有更多项目都需要利用专门的科学仪器进行客观测试。图片来源：アサヒカメラ，1999年11月

另一种比较轻松休闲的内容，名为「试用报告」 (field review) ，大多偏向使用者个人实际体验。像是：试用新功能、新介面，通常会在短短几天之中内景外景拍一轮人像与街景照片，附带大量官方规格数据，或仅仅只是开箱展示外观与配件。看似客观，文字论述却多半具有强烈心证。

因此，「测试」和「试用」两者意义差异很大，区隔也相当明显，但汉语中文的模糊性产生了「可以被操作」的暧昧不明。

举例来说，有些玩家仅仅只是把玩试拍过某器材，便兴冲冲地发表了他个人所谓的「测试报告」，内容除了抄录硬体规格之外，都是一些异想天开式的聊天闲扯淡，随喜好任意给予「几颗星星」或打分数排行，或发明「〇大机王」、「〇大镜后」、「〇剑客」的浑号，词藻固然华丽，但仅仅只是个人心境的抒发，你很难分辨这样的文章和广告有何差别。

当你接触到大量冲刷的垃圾资料时，最忌讳的一点就是主客混淆。如果你不习惯严谨的逻辑思考，很容易做出偏差诠释，所谓的「迷思、神话」就这样从一团人造迷雾中诞生了。

微妙的是，这些似是而非的形容词堆叠，反倒具有一种文青魅力，足以麻醉许多同类，仿佛只要全盘接纳这套神话，就能保证个人一生平安幸福。

然而，没有经过思考检证与时间洗礼的传说与神话，终究经不起批判与考验。当传奇不再，神话破灭后，也造成了价值混乱、怀疑、与知识传播的阻碍。未经查证的错误资讯，传播速度往往比更正情报来得更快、更凶猛。

回到正题。

MTF全名为「调制传递函数」 (Modulation Transfer Function) ，在繁体汉字圈中没有固定翻译，因此也译为「调变传递函数」、「调制变换函数」，或各种任意排列组合，不同学界有各种不同的说法。为了方便沟通，MTF是最简单的方式。

虽是专业术语，但历年来数据派业余玩家相当热中，甚至还能拿几张图表来交叉比较其曲线的斜率与「弯曲度」，自得其乐一番。

但是我们首先要问的是：此一函数，「调制传递」的是什么？

答案是：被摄主体的反差对比 (Contrast)。现代光学设计目标之一是「完整传达主体反差对比」。日本媒体测试报告中的MTF图表垂直坐标 (Y轴) ，往往直接标明为「反差对比减少率」 (コントラスト减少率) ，当然你也可以反过来理解为「还原率」。

换言之，减少率越小，曲线数值越接近100％，表示主体反差对比还原能力越高。

物体发散的光束通过光学系统后产生的像差，成像位置各有不同。图为描述光学成像的各种名词汇整。根据维基百科「像散」条目附图 (作者Michael Schmid) 在CC BY-SA 3.0规范下重新绘制。

光束通过光学系统后，在成像平面上产生像差。根据J. Geary, Introduction to Lens Design with practical Zemax examples, Fig. 7.1 图重新绘制。

全画幅 (35mm底片或称135底片) 上的影像高度，意指中心至底片对角线43.2mm的距离长度。

调制传递函数 (MTF) 的示意图。水平Ｘ轴单位为mm，是影像中心 (本图为35mm底片) 至角落边缘的距离。Ｙ轴显示的是测试目标的反差对比 (日文惯称反差对比还原率) ，通常以百分比 (或０到１) 表示。本图根据ZEISS官网的PLANAR T50mm f1.4 ZF技术文件重新绘制并重新标示上色。*

特别要强调的是，在此「反差对比」是一个完整概念，不要拆解成「反差」、「对比」分别加以诠释。很多业余玩家被汉字的模糊性误导，结果理解为两种截然相反的意义，造成严重的沟通障碍，要注意。

水平坐标 (X轴) 则表示从画幅中心到边缘的位置。由于镜头的光学表现是旋转对称的，因此测试图表只需标示从中心到边缘的距离即可，在全画幅的35mm电影底片画幅上，这段长度标准为21.6mm，有些图表仅标示至21.0mm。如果测试的镜头属于M43阵营，画幅缩小，采用的测试范围以及标准也会相应变化。

对一位镜头设计者来说，MTF是非常有效的测量工具，它可以用来检证设计理念是否能在光学表现之中体现。

这里要再度强调的是：MTF图表有其专业性，应该交给专业人士来判读。一只严谨设计、制造组装的镜头，做完MTF测试后至少会产生一两百张以上的图表数据，厂商公布的MTF图表，通常只有区区三、四张。单张图表有其先天限制。一般人则未必了解，只取自己想看的漂亮数据，容易曲解事实，不可不慎。

除了google搜索结果告诉你的解读方法之外，你还应该知道MTF「不能告诉你」的事情。这里简短介绍其中的六大特性：

1. 镜头耀光 (flare)

镜头由复杂的光学玻璃镜片与支持机构组合而成，少则四片，多则十余片，材质、折射率各不相同。如果没有完善措施 (如使用遮光罩、镜片边缘涂墨、镜筒内部的消光涂布) ，即使有多层镀膜提高透光率，光线通过镜片群组，仍会发生鬼反射。

这些不规则的光线到达底片或感光元件上时，造成程度不一的雾翳感，称为耀光 (flare) 。

有些耀光形成强烈光斑或鬼影，有些则遍布整个成像圈，让影像对比下降。尽管耀光造成的光斑可能会形成有趣的图案，甚至有人刻意要拍出光斑，但大多数场合耀光只会使影像品质劣化，应尽量避免。如果遇到逆光场合，建议使用有效遮光的物件 (遮光罩或者你的手掌) ，避免强烈点光源从画面边角进入镜头内部。

2. 色彩传输 (color transmission)

仪器产生MTF图表时，一般输入信号是1:1000的高反差黑白线对(line pairs) ，光源是白光 (white light) ，往昔测试时采用极微粒干板底片，现代则以CCD作为数位感光侦测元件。

实作测试 (或用电脑推算数值) 的结果，很可能会与使用的白光品质、使用光线的波长数量以及加权比重不同而产生差异。

此外，底片制造厂商则会测试底片感色层对不同波长的特殊调制传递函数。以柯达正片E100VS为例，其测试结果显示：红光波长随着「空间频率」 (Spacial frequency) 增加而较绿、蓝光波长出现更显著的衰减，但这在镜头厂商提供的MTF图并不会告诉你。

所谓的空间频率 (或称空间周波数) ，Wiki维基百科的解释如下：

不同的空间频率代表图像中不同的讯息，高空间频率出现在空间剧烈变化的位置，例如物体的边界，或是比较细腻的纹路。低空间频率则是物体整体的形状。

用比较直白的话解释：高空间频率看重的是「细节纹理」，低空间频率看重「主体轮廓」。

各家镜头厂商在设计光学器材时，有各自不同的理念和主张，在MTF测试中也就会有不同的曲线表现。举例来说，LEICA公司的镜头测试大多「额外」提供一条5 lp/mm的MTF数据，是有意为之的。这意味着原厂重视主体轮廓的重现，同时也会呈现不同的影像风格。

3. 近摄光学表现 (close-up performance)

实验室进行MTF测试时，无论是实测镜头或者以电脑数据推算，镜头对焦距离都统一设定在无限远处。产生出来的报表，无法代表镜头在近距离内的表现。这对近摄表现重于一切的近摄镜头 (Macro lens) 来说，这个设定就令人困惑。

这也表示：如果镜头在无限远处与最近对焦距离的光学表现差别很大时，只看一张图表是不够的。

海外有位资深摄影玩家罗杰・西卡拉 (Roger Cicala) ，也有相同的苦恼。他想进一步了解近摄镜头的光学素质的客观化数据，于是利用改装手法，让近摄镜头对焦距离设定在无限远处也能实测近摄的MTF图表。

不过，镜头制造厂商已经察觉到问题所在。近年发表的新款具有近摄功能的镜头，部分产品会提供多张MTF图表，我们可以发现：同一只镜头的「无限远处vs. 近摄」的光学表现明显不同。

哈苏为数位机身设计的系列新镜头，有微距功能，因此提供了近距离的MTF测试图表 (部分) 。

4. 畸变 (distortion)

此处所指的「畸变」，是德国数学家赛德尔 (Philipp Ludwig von Seidel) 于1856年提出的五种像差之一。这五种像差分别是：

球差 (spherical abberation)、彗差 (coma)、像散 (astigmatism)、畸变 (distortion)、场曲 (curvature of field)

许多畸变都无法从MTF图表上得知其程度，像是下图的两种畸变模式就是。

两种典型畸变：桶型畸变 (barrel distrotion) ；枕型畸变 (Pincushion distortion)

像场弯曲则跟整个成像平面的平整度有关，MTF图表成像平面则是完整的切面，两者有相当差别。严格说来，像场弯曲会反映到MTF数值，但MTF数值却无法告诉你真正的像场弯曲程度为何。

5. 暗角 (Vignetting)

光本身是一种粒子，也是一种波。光线在穿透镜片组时会损耗能量，特别是斜射光进入镜头内时，遇到机构组件的遮挡，也会损失边缘的亮度，这在任何光学镜头 (即便是神镜) 中都会发生。在大多数场合，亮度由画面中心向外逐渐递减，但衰减程度分布均匀或者远超过底片或感应器画幅的状况下，暗角，或称「边角失光」并不容易察觉。

超广角镜头则因为像场弯曲明显，边角光线没有全部集中在焦平面上，能量分布不均匀，就更容易形成极为明显的暗角。

全画面亮度均匀当然是一件美事，但有暗角并非全然不好：有些暗角的存在，甚至是设计者刻意为之，目的是为了要减少画面边缘的杂乱光源造成更多难以校正 (或者要花更多成本才能校正) 的光学像差。

测量镜头边角失光或各种像差、变形，都有专用的测试方法，MTF不是万灵丹。

6. 散景 (bokeh)

另一个不是MTF图表所能观察到 (但很多人在乎) 的镜头特性，就是「散景」 (bokeh) 了。

这一词从日语的「晕け」 (写作ボケ或者ぼけ) 而来，意为「模糊不清」。日本摄影界频繁使用ボケ来描述照片中「被摄主体在焦平面之外逸出景深范围的模糊成像」，并且给予主观的美感经验评价。藉由强势的相机产业以及文化渲染下向外传播，最后成为全球爱好摄影玩家的共通字汇。

繁体中文世界最早并没有公认翻译，因此除了直接引用英文之外，各有不同的说法。大约在2000年前后不久，由几位热爱摄影的玩家密集讨论后，提出「散景」一词的译法，此后获得大多数摄影玩家认可并使用至今。

从定义上可知，散景是描述被摄主体在景深范围之外模糊成像的主观感受，没有科学量化的根据。这和MTF专注于焦平面上的精确成像，两者关注的重点大相径庭，八竿子打不着。你从MTF图表及其数据，也无从推断镜头的散景表现。一只MTF表现极佳的镜头，其散景可能中规中矩，也可能不怎么讨喜。

散景随着镜头的光学结构设计、焦距长度、光圈大小、孔径的形状、甚至光圈叶片位置、主体与相机之间的相对位置、或者逸出景深外物体的形状、高低光位差异……等等，都有关系，呈现出来的散景样貌，也各异其趣。

专业人员的确能从一些镜头光学测试报表中「预测」出一款镜头是否具有「比较柔和的散景」。蔡司公司的史蒂芬鲍曼博士 (Dr. Stefan Ballmann) 指出：

球差过度校正的镜头呈现的影像从清晰到模糊之间的渐变过程比较快速明显；反之，球差校正不足的镜头，其渐变过程比较和缓，这些可以很清楚地从MTF图表中看出。

当然，你必须要先知道这款镜头是属于球差过度校正，或是校正不足。一款镜头的完整测试，至少会产生数百张图表，包括MTF以及球差测试，并不是每一张图表都会公开。

下面这段论述，来自蔡司相机镜头分部的技术工程师胡伯特・纳斯 (HH Nasse) 的解释，显得更加清楚有力：

在底片或感光元件的整个可见区域中的同心方向与放射方向的曲线几乎完全相同，被认为是一种理想完美的MTF曲线，因为在这类情况下，散景 (即明显脱焦部位的表现) 会十分理想。上述说法必须审慎以对。MTF只能描述关于焦平面或其周围环境部分的事实。因此，点扩散函数 (point spread function) 的确是一项优势，它尽其所能忠实重现微小的细节以及正确性，举例来说，这种特性对于书写字体的易读性就十分重要。然而，我们不可能用MTF的数据推算出「强烈的失焦点光源扩散后的亮度分布」的结论。有些镜头的MTF曲线的同心曲线和放射曲线几乎是平行的，但球差却严重地校正过度 (overcorrected) 。这种校正过度的状态会造成一种「环状失焦的点扩散函数」 (annular defocused point spread functions) ，并成对出现环形光圈，造成一种令人焦躁不安的背景。这种令人不快的特性，你无法从MTF的数据中判断出来。

MTF测试是价值中立的量化工具，分数则否

《LEICA LENS COMPENDIUM》一书作者欧文・普兹 (Erwin Puts) 指出：如果你的摄影计画必须使用高感光度粗粒子底片加上慢速快门来完成，那么镜头MTF图表中40 lp/mm的反差对比还原率对你而言帮助就不大，反而更要注意手持稳定性以及场景中光源造成的耀光问题；如果你追求的是高倍率放大尺寸保持极致细节，那么拍照时选用颗粒细腻的底片、稳固的脚架、选择反差对比还原率高、景深充足的光圈，就要特别注意MTF图表中20 lp/mm与40 lp/mm的曲线特性。

日系与德系厂商对于高低空间频率的看法经常不一致，日系厂商全画幅镜头倾向于提供10 lp/mm与30 lp/mm的MTF曲线图表；M43阵营画幅较小，为了和全画幅比较，基准点会提高，厂商会提供20 lp/mm与60 lp/mm的测试结果。