六大鏡頭特性,MTF未曾透露的秘密

1. 鏡頭耀光 (flare)

2. 色彩傳輸 (color transmission)

3. 近攝光學(xué)表現(xiàn) (close-up performance)

4. 畸變 (distortion)

5. 暗角 (Vignetting)

6. 散景 (bokeh)

MTF測試是價值中立的量化工具，分數(shù)則否

業(yè)余攝影玩家們對手邊的器材，多少都有一點好奇心，總想知道這只鏡頭的表現(xiàn)，能否符合自己心中的那一把尺。往昔有專業(yè)雜志提供嚴謹?shù)摹笢y試報告」 (Test report) ，詳列各種客觀科學(xué)測量數(shù)據(jù)，都是在嚴格控制參數(shù)下進行調(diào)查，像是日文攝影期刊《アサヒカメラ》在1957年開辟的「ニューフェース診斷室」專欄，本身就是相當(dāng)具有參考價值的專業(yè)測試報告。

日文攝影期刊アサヒカメラ于1957年開辟了「ニューフェース診斷室」專欄，直到?？癁橹?，都是相當(dāng)具有參考意義的專業(yè)測試報告。報告中的「コントラスト減少率」曲線圖表，即為MTF。除此之外，還有更多項目都需要利用專門的科學(xué)儀器進行客觀測試。圖片來源：アサヒカメラ，1999年11月

另一種比較輕松休閑的內(nèi)容，名為「試用報告」 (field review) ，大多偏向使用者個人實際體驗。像是：試用新功能、新介面，通常會在短短幾天之中內(nèi)景外景拍一輪人像與街景照片，附帶大量官方規(guī)格數(shù)據(jù)，或僅僅只是開箱展示外觀與配件?？此瓶陀^，文字論述卻多半具有強烈心證。

因此，「測試」和「試用」兩者意義差異很大，區(qū)隔也相當(dāng)明顯，但漢語中文的模糊性產(chǎn)生了「可以被操作」的曖昧不明。

舉例來說，有些玩家僅僅只是把玩試拍過某器材，便興沖沖地發(fā)表了他個人所謂的「測試報告」，內(nèi)容除了抄錄硬體規(guī)格之外，都是一些異想天開式的聊天閑扯淡，隨喜好任意給予「幾顆星星」或打分數(shù)排行，或發(fā)明「〇大機王」、「〇大鏡后」、「〇劍客」的渾號，詞藻固然華麗，但僅僅只是個人心境的抒發(fā)，你很難分辨這樣的文章和廣告有何差別。

當(dāng)你接觸到大量沖刷的垃圾資料時，最忌諱的一點就是主客混淆。如果你不習(xí)慣嚴謹?shù)倪壿嬎伎?，很容易做出偏差詮釋，所謂的「迷思、神話」就這樣從一團人造迷霧中誕生了。

微妙的是，這些似是而非的形容詞堆疊，反倒具有一種文青魅力，足以麻醉許多同類，仿佛只要全盤接納這套神話，就能保證個人一生平安幸福。

然而，沒有經(jīng)過思考檢證與時間洗禮的傳說與神話，終究經(jīng)不起批判與考驗。當(dāng)傳奇不再，神話破滅后，也造成了價值混亂、懷疑、與知識傳播的阻礙。未經(jīng)查證的錯誤資訊，傳播速度往往比更正情報來得更快、更兇猛。

回到正題。

MTF全名為「調(diào)制傳遞函數(shù)」 (Modulation Transfer Function) ，在繁體漢字圈中沒有固定翻譯，因此也譯為「調(diào)變傳遞函數(shù)」、「調(diào)制變換函數(shù)」，或各種任意排列組合，不同學(xué)界有各種不同的說法。為了方便溝通，MTF是最簡單的方式。

雖是專業(yè)術(shù)語，但歷年來數(shù)據(jù)派業(yè)余玩家相當(dāng)熱中，甚至還能拿幾張圖表來交叉比較其曲線的斜率與「彎曲度」，自得其樂一番。

但是我們首先要問的是：此一函數(shù)，「調(diào)制傳遞」的是什么？

答案是：被攝主體的反差對比 (Contrast)?，F(xiàn)代光學(xué)設(shè)計目標之一是「完整傳達主體反差對比」。日本媒體測試報告中的MTF圖表垂直坐標 (Y軸) ，往往直接標明為「反差對比減少率」 (コントラスト減少率) ，當(dāng)然你也可以反過來理解為「還原率」。

換言之，減少率越小，曲線數(shù)值越接近100％，表示主體反差對比還原能力越高。

物體發(fā)散的光束通過光學(xué)系統(tǒng)后產(chǎn)生的像差，成像位置各有不同。圖為描述光學(xué)成像的各種名詞匯整。根據(jù)維基百科「像散」條目附圖 (作者Michael Schmid) 在CC BY-SA 3.0規(guī)范下重新繪制。

光束通過光學(xué)系統(tǒng)后，在成像平面上產(chǎn)生像差。根據(jù)J. Geary, Introduction to Lens Design with practical Zemax examples, Fig. 7.1 圖重新繪制。

全畫幅 (35mm底片或稱135底片) 上的影像高度，意指中心至底片對角線43.2mm的距離長度。

調(diào)制傳遞函數(shù) (MTF) 的示意圖。水平Ｘ軸單位為mm，是影像中心 (本圖為35mm底片) 至角落邊緣的距離。Ｙ軸顯示的是測試目標的反差對比 (日文慣稱反差對比還原率) ，通常以百分比 (或０到１) 表示。本圖根據(jù)ZEISS官網(wǎng)的PLANAR T50mm f1.4 ZF技術(shù)文件重新繪制并重新標示上色。*

特別要強調(diào)的是，在此「反差對比」是一個完整概念，不要拆解成「反差」、「對比」分別加以詮釋。很多業(yè)余玩家被漢字的模糊性誤導(dǎo)，結(jié)果理解為兩種截然相反的意義，造成嚴重的溝通障礙，要注意。

水平坐標 (X軸) 則表示從畫幅中心到邊緣的位置。由于鏡頭的光學(xué)表現(xiàn)是旋轉(zhuǎn)對稱的，因此測試圖表只需標示從中心到邊緣的距離即可，在全畫幅的35mm電影底片畫幅上，這段長度標準為21.6mm，有些圖表僅標示至21.0mm。如果測試的鏡頭屬于M43陣營，畫幅縮小，采用的測試范圍以及標準也會相應(yīng)變化。

對一位鏡頭設(shè)計者來說，MTF是非常有效的測量工具，它可以用來檢證設(shè)計理念是否能在光學(xué)表現(xiàn)之中體現(xiàn)。

這里要再度強調(diào)的是：MTF圖表有其專業(yè)性，應(yīng)該交給專業(yè)人士來判讀。一只嚴謹設(shè)計、制造組裝的鏡頭，做完MTF測試后至少會產(chǎn)生一兩百張以上的圖表數(shù)據(jù)，廠商公布的MTF圖表，通常只有區(qū)區(qū)三、四張。單張圖表有其先天限制。一般人則未必了解，只取自己想看的漂亮數(shù)據(jù)，容易曲解事實，不可不慎。

除了google搜索結(jié)果告訴你的解讀方法之外，你還應(yīng)該知道MTF「不能告訴你」的事情。這里簡短介紹其中的六大特性：

1. 鏡頭耀光 (flare)

鏡頭由復(fù)雜的光學(xué)玻璃鏡片與支持機構(gòu)組合而成，少則四片，多則十余片，材質(zhì)、折射率各不相同。如果沒有完善措施 (如使用遮光罩、鏡片邊緣涂墨、鏡筒內(nèi)部的消光涂布) ，即使有多層鍍膜提高透光率，光線通過鏡片群組，仍會發(fā)生鬼反射。

這些不規(guī)則的光線到達底片或感光元件上時，造成程度不一的霧翳感，稱為耀光 (flare) 。

有些耀光形成強烈光斑或鬼影，有些則遍布整個成像圈，讓影像對比下降。盡管耀光造成的光斑可能會形成有趣的圖案，甚至有人刻意要拍出光斑，但大多數(shù)場合耀光只會使影像品質(zhì)劣化，應(yīng)盡量避免。如果遇到逆光場合，建議使用有效遮光的物件 (遮光罩或者你的手掌) ，避免強烈點光源從畫面邊角進入鏡頭內(nèi)部。

2. 色彩傳輸 (color transmission)

儀器產(chǎn)生MTF圖表時，一般輸入信號是1:1000的高反差黑白線對(line pairs) ，光源是白光 (white light) ，往昔測試時采用極微粒干板底片，現(xiàn)代則以CCD作為數(shù)位感光偵測元件。

實作測試 (或用電腦推算數(shù)值) 的結(jié)果，很可能會與使用的白光品質(zhì)、使用光線的波長數(shù)量以及加權(quán)比重不同而產(chǎn)生差異。

此外，底片制造廠商則會測試底片感色層對不同波長的特殊調(diào)制傳遞函數(shù)。以柯達正片E100VS為例，其測試結(jié)果顯示：紅光波長隨著「空間頻率」 (Spacial frequency) 增加而較綠、藍光波長出現(xiàn)更顯著的衰減，但這在鏡頭廠商提供的MTF圖并不會告訴你。

所謂的空間頻率 (或稱空間周波數(shù)) ，Wiki維基百科的解釋如下：

不同的空間頻率代表圖像中不同的訊息，高空間頻率出現(xiàn)在空間劇烈變化的位置，例如物體的邊界，或是比較細膩的紋路。低空間頻率則是物體整體的形狀。

用比較直白的話解釋：高空間頻率看重的是「細節(jié)紋理」，低空間頻率看重「主體輪廓」。

各家鏡頭廠商在設(shè)計光學(xué)器材時，有各自不同的理念和主張，在MTF測試中也就會有不同的曲線表現(xiàn)。舉例來說，LEICA公司的鏡頭測試大多「額外」提供一條5 lp/mm的MTF數(shù)據(jù)，是有意為之的。這意味著原廠重視主體輪廓的重現(xiàn)，同時也會呈現(xiàn)不同的影像風(fēng)格。

3. 近攝光學(xué)表現(xiàn) (close-up performance)

實驗室進行MTF測試時，無論是實測鏡頭或者以電腦數(shù)據(jù)推算，鏡頭對焦距離都統(tǒng)一設(shè)定在無限遠處。產(chǎn)生出來的報表，無法代表鏡頭在近距離內(nèi)的表現(xiàn)。這對近攝表現(xiàn)重于一切的近攝鏡頭 (Macro lens) 來說，這個設(shè)定就令人困惑。

這也表示：如果鏡頭在無限遠處與最近對焦距離的光學(xué)表現(xiàn)差別很大時，只看一張圖表是不夠的。

海外有位資深攝影玩家羅杰?西卡拉 (Roger Cicala) ，也有相同的苦惱。他想進一步了解近攝鏡頭的光學(xué)素質(zhì)的客觀化數(shù)據(jù)，于是利用改裝手法，讓近攝鏡頭對焦距離設(shè)定在無限遠處也能實測近攝的MTF圖表。

不過，鏡頭制造廠商已經(jīng)察覺到問題所在。近年發(fā)表的新款具有近攝功能的鏡頭，部分產(chǎn)品會提供多張MTF圖表，我們可以發(fā)現(xiàn)：同一只鏡頭的「無限遠處vs. 近攝」的光學(xué)表現(xiàn)明顯不同。

哈蘇為數(shù)位機身設(shè)計的系列新鏡頭，有微距功能，因此提供了近距離的MTF測試圖表 (部分) 。

4. 畸變 (distortion)

此處所指的「畸變」，是德國數(shù)學(xué)家賽德爾 (Philipp Ludwig von Seidel) 于1856年提出的五種像差之一。這五種像差分別是：

球差 (spherical abberation)、彗差 (coma)、像散 (astigmatism)、畸變 (distortion)、場曲 (curvature of field)

許多畸變都無法從MTF圖表上得知其程度，像是下圖的兩種畸變模式就是。

兩種典型畸變：桶型畸變 (barrel distrotion) ；枕型畸變 (Pincushion distortion)

像場彎曲則跟整個成像平面的平整度有關(guān)，MTF圖表成像平面則是完整的切面，兩者有相當(dāng)差別。嚴格說來，像場彎曲會反映到MTF數(shù)值，但MTF數(shù)值卻無法告訴你真正的像場彎曲程度為何。

5. 暗角 (Vignetting)

光本身是一種粒子，也是一種波。光線在穿透鏡片組時會損耗能量，特別是斜射光進入鏡頭內(nèi)時，遇到機構(gòu)組件的遮擋，也會損失邊緣的亮度，這在任何光學(xué)鏡頭 (即便是神鏡) 中都會發(fā)生。在大多數(shù)場合，亮度由畫面中心向外逐漸遞減，但衰減程度分布均勻或者遠超過底片或感應(yīng)器畫幅的狀況下，暗角，或稱「邊角失光」并不容易察覺。

超廣角鏡頭則因為像場彎曲明顯，邊角光線沒有全部集中在焦平面上，能量分布不均勻，就更容易形成極為明顯的暗角。

全畫面亮度均勻當(dāng)然是一件美事，但有暗角并非全然不好：有些暗角的存在，甚至是設(shè)計者刻意為之，目的是為了要減少畫面邊緣的雜亂光源造成更多難以校正 (或者要花更多成本才能校正) 的光學(xué)像差。

測量鏡頭邊角失光或各種像差、變形，都有專用的測試方法，MTF不是萬靈丹。

6. 散景 (bokeh)

另一個不是MTF圖表所能觀察到 (但很多人在乎) 的鏡頭特性，就是「散景」 (bokeh) 了。

這一詞從日語的「暈け」 (寫作ボケ或者ぼけ) 而來，意為「模糊不清」。日本攝影界頻繁使用ボケ來描述照片中「被攝主體在焦平面之外逸出景深范圍的模糊成像」，并且給予主觀的美感經(jīng)驗評價。藉由強勢的相機產(chǎn)業(yè)以及文化渲染下向外傳播，最后成為全球愛好攝影玩家的共通字匯。

繁體中文世界最早并沒有公認翻譯，因此除了直接引用英文之外，各有不同的說法。大約在2000年前后不久，由幾位熱愛攝影的玩家密集討論后，提出「散景」一詞的譯法，此后獲得大多數(shù)攝影玩家認可并使用至今。

從定義上可知，散景是描述被攝主體在景深范圍之外模糊成像的主觀感受，沒有科學(xué)量化的根據(jù)。這和MTF專注于焦平面上的精確成像，兩者關(guān)注的重點大相徑庭，八竿子打不著。你從MTF圖表及其數(shù)據(jù)，也無從推斷鏡頭的散景表現(xiàn)。一只MTF表現(xiàn)極佳的鏡頭，其散景可能中規(guī)中矩，也可能不怎么討喜。

散景隨著鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計、焦距長度、光圈大小、孔徑的形狀、甚至光圈葉片位置、主體與相機之間的相對位置、或者逸出景深外物體的形狀、高低光位差異……等等，都有關(guān)系，呈現(xiàn)出來的散景樣貌，也各異其趣。

專業(yè)人員的確能從一些鏡頭光學(xué)測試報表中「預(yù)測」出一款鏡頭是否具有「比較柔和的散景」。蔡司公司的史蒂芬鮑曼博士 (Dr. Stefan Ballmann) 指出：

球差過度校正的鏡頭呈現(xiàn)的影像從清晰到模糊之間的漸變過程比較快速明顯；反之，球差校正不足的鏡頭，其漸變過程比較和緩，這些可以很清楚地從MTF圖表中看出。

當(dāng)然，你必須要先知道這款鏡頭是屬于球差過度校正，或是校正不足。一款鏡頭的完整測試，至少會產(chǎn)生數(shù)百張圖表，包括MTF以及球差測試，并不是每一張圖表都會公開。

下面這段論述，來自蔡司相機鏡頭分部的技術(shù)工程師胡伯特?納斯 (HH Nasse) 的解釋，顯得更加清楚有力：

在底片或感光元件的整個可見區(qū)域中的同心方向與放射方向的曲線幾乎完全相同，被認為是一種理想完美的MTF曲線，因為在這類情況下，散景 (即明顯脫焦部位的表現(xiàn)) 會十分理想。上述說法必須審慎以對。MTF只能描述關(guān)于焦平面或其周圍環(huán)境部分的事實。因此，點擴散函數(shù) (point spread function) 的確是一項優(yōu)勢，它盡其所能忠實重現(xiàn)微小的細節(jié)以及正確性，舉例來說，這種特性對于書寫字體的易讀性就十分重要。然而，我們不可能用MTF的數(shù)據(jù)推算出「強烈的失焦點光源擴散后的亮度分布」的結(jié)論。有些鏡頭的MTF曲線的同心曲線和放射曲線幾乎是平行的，但球差卻嚴重地校正過度 (overcorrected) 。這種校正過度的狀態(tài)會造成一種「環(huán)狀失焦的點擴散函數(shù)」 (annular defocused point spread functions) ，并成對出現(xiàn)環(huán)形光圈，造成一種令人焦躁不安的背景。這種令人不快的特性，你無法從MTF的數(shù)據(jù)中判斷出來。

MTF測試是價值中立的量化工具，分數(shù)則否

《LEICA LENS COMPENDIUM》一書作者歐文?普茲 (Erwin Puts) 指出：如果你的攝影計畫必須使用高感光度粗粒子底片加上慢速快門來完成，那么鏡頭MTF圖表中40 lp/mm的反差對比還原率對你而言幫助就不大，反而更要注意手持穩(wěn)定性以及場景中光源造成的耀光問題；如果你追求的是高倍率放大尺寸保持極致細節(jié)，那么拍照時選用顆粒細膩的底片、穩(wěn)固的腳架、選擇反差對比還原率高、景深充足的光圈，就要特別注意MTF圖表中20 lp/mm與40 lp/mm的曲線特性。

日系與德系廠商對于高低空間頻率的看法經(jīng)常不一致，日系廠商全畫幅鏡頭傾向于提供10 lp/mm與30 lp/mm的MTF曲線圖表；M43陣營畫幅較小，為了和全畫幅比較，基準點會提高，廠商會提供20 lp/mm與60 lp/mm的測試結(jié)果。

日系與德系廠商對于高低空間頻率的看法經(jīng)常不一致，在觀看報表時，除了注意曲線外也要注意測試的基準點。

左右兩張圖表顯示的是不同畫幅陣營的MTF曲線。提供不同測試參數(shù)。

MTF圖表的優(yōu)點是：它對光學(xué)設(shè)計者來說是一個客觀、價值中立的量化成果，設(shè)計者可以利用此一工具來快速達成設(shè)計目標。

對一般使用者來說，你必須了解它并不是一張神主牌。「5比4大，所以5比較好」的直觀判斷，并不能直接套用來解讀MTF的數(shù)據(jù)。

近代智慧手機普及速度驚人，人們使用手機拍照，已經(jīng)取代輕便相機，成為日常生活中的一部份。隨之崛起的光學(xué)鏡頭評鑒，在網(wǎng)路上風(fēng)水輪流轉(zhuǎn)，這次轉(zhuǎn)到了法國DxOMark Image Labs開發(fā)的DxOMark。

DxOMark建立了一套完整的數(shù)位相機系統(tǒng)與手機鏡頭量化評鑒程序，最后呈現(xiàn)在你我眼前的，是一長排一目了然的「分數(shù)」 (score) 。在媒體強力推銷背書的情況下，消費者也順勢接受這一個新指標，只需按圖索驥就能輕松買到不錯的商品，何樂不為。

但這分數(shù)必然是經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)據(jù)匯整，最后加權(quán)得出的結(jié)果，中間的黑箱是否完全公正透明？會不會又形成另一份執(zhí)著與沉迷……？這就不是我們能斷言的了。