鏡頭性能曲線

了解和計算鏡頭性能可能是一項困難的任務。許多變化因素會影響鏡頭的性能，包括物理定律、設計標準和原理以及制造公差和誤差。為了獲得佳系統性能，光學設計人員和終用戶可以訪問多個可用于衡量鏡頭性能的指標。這些曲線通常提供用以幫助適當的鏡頭。

調制傳遞函數 (MTF)

調制傳遞函數(MTF)曲線是信息密集型指標，它反映鏡頭在空間頻率（分辨率）變化時如何再現對比度。這些曲線能全面概括在按照應用需求確定的特定基本參數組合下，光學像差如何影響性能。更改視覺系統上的幾乎任何設置（包括基本參數）都會改變曲線的性能特點，了解這一點十分重要。調制傳遞函數(MTF)與MTF曲線詳細介紹了MTF的計算方式以及MTF的極限；成像系統中的5種基本參數中定義了基本參數。

圖1顯示了常見的MTF曲線類型，介紹了光學傳遞函數（對比度）和頻率（分辨率）模塊。分辨率涵蓋關于如何確定頻率的內容。該曲線概括了鏡頭在特定工作距離、f/#、傳感器尺寸和波長范圍下的性能。

圖 1: MTF性能曲線描述了對比度與頻率。

低于衍射極限的彩色線條表示鏡頭的MTF性能。它們對應于要使用的不同場高（在傳感器內的位置）。在本例中，顯示了三種不同的場高：軸上（藍色），表示像圈中心；像圈直徑的70%（綠色），表示大約成像區域的一半；和完整像圈（紅色），這是正在使用的圖像傳感器的邊角處。請注意，某些曲線會包含更多場點以便分析。

曲線內另一項值得注意的特性是實線和虛線（在曲線上以字母T和S表示）之間的差異，實線和虛線分別表示子午(T: yz)和弧矢或“徑向”(S: xz)聚焦面。不對稱所引起的像差（如散光）導致這些視場各有不同，因此沒有單獨的子午和弧矢軸上曲線。如果存在元件傾斜或偏心，則不對稱也會導致不同的軸上T和S曲線。

MTF曲線是對比度和頻率的映射。對MTF曲線的解釋在很大程度上取決于應用。

景深 (DOF)

景深(DOF)圖顯示了當特定大小的細節（分辨率，作為頻率給定）靠近或遠離鏡頭，但沒有重新調整焦距時，MTF如何變化。換言之，對比度在工作距離上下如何變化。圖2顯示了TECHSPEC®鏡頭數據表中提供的景深曲線類型。

圖 2: 景深性能曲線顯示對比度如何隨工作距離更改而改變。e

景深圖顯示了基于圖像側固定空間頻率（不考慮衍射極限）的恒定場高的MTF差異（各條顏色不同的曲線）。由于MTF在光軸的不同位置取樣，因此系統引入了散焦。一般來說，引入散焦后，對比度會隨之降低。朝向曲線底部的水平線顯示了特定對比度（在本例中為20%）時的景深。普遍接受的使機器視覺系統保持準確結果的低對比度是20%。

相對照明

相對照明曲線用于量化傳感器內的照明水平變化。按照分析，照明變化可能會對終圖像產生不利影響。傳感器的相對照明、衰減與光暈中關于相對照明的內容中詳細介紹了會導致相對照明發生變化的因素。圖3a中的曲線顯示了典型的相對照明曲線，以及相對亮度（相對于圖像中明亮的點）和場高。

圖 3a: 相對照明曲線顯示不同f/#s下的相對亮度和場高。

各條不同曲線表示基于f/#的相對照明性能。請注意，隨著f/#增大，相對照明一般也會增大。請小心，不要將這一概念與亮度混淆，因為較高的f/#s會導致總體亮度降低。在f/# (鏡頭光圈/孔徑設)了解更多關于f/#的信息。

x軸表示從傳感器中央到傳感器邊角處的距離。y軸表示場內任何位置的照明量相對于高照明點（通常為視場中心，設置為等于）的情況。為了清楚說明鏡頭的相對照明在不同傳感器內的表現，繪圖中包含了代表不同傳感器對角線的虛線。圖3b是圖3a中的相對照明在實際圖像(f/1.4)中的投射。有關相對照明的詳細信息，請參見傳感器的相對照明、衰減與光暈。

圖 3b: 此繪圖顯示了3a中的f/1.4藍色曲線在2/3”圖像傳感器中會如何顯示。

失真

在成像系統中，失真會導致光圈放大倍率隨視場位置而更改。有許多方式可以表示失真，但圖4顯示了場高和集合失真百分比，這是鏡頭設計人員和工程師用來描繪失真特征的典型繪圖。請在失真中了解有關失真的更多信息。圖4中的繪圖顯示了放大倍率變動百分比（x軸）從圖像中心移動到圖像邊角（y軸）期間的失真情況。失真百分比越大，理想圖像映射和失真圖像映射之間的差異就越大。

圖 4: 失真曲線描述從圖像中心到邊緣的放大倍率變動。