鏡頭效能曲線

瞭解和計算鏡頭性能可能是一項困難的任務。許多變數會影響鏡頭的效能，包括物理定律、設計標準和原理以及製造公差和誤差。為了獲得最佳系統效能，光學設計者和終端用戶需要找出幾個指標性的參數來評量鏡頭的性能。通常提供這些曲線用於協助指定適當的鏡頭。

調製轉換函數(MTF)

調製轉換函數(MTF)曲線是一項資訊密集型指標，它反映鏡頭在空間頻率（分辨率）發生變化時如何再現對比度。這些曲線提供於應用需求所決定之特定基礎參數組下光學像差如何影響效能之複合視圖。務必理解的是，變更視覺系統上的幾乎任何設定（包括基礎參數）都會改變曲線的效能特徵。調制轉換函數(MTF)和MTF曲線詳細介紹了MTF的計算方式以及MTF的極限；5 Fundamental Parameters of an Imaging System中定義了基礎參數。

圖1顯示了普通類型的MTF曲線類型，描述了光學轉換函數（對比度）和頻率（解析度）的係數。分辨率介紹了決定頻率的方法。該曲線全面概覽了鏡頭於特定工作距離、f/#、傳感器尺寸和波長範圍時的效能。

圖 1: MTF效能曲線描述了對比度與頻率。

我們的幻燈片展示了多條彩色曲線（黑色、藍色、綠色和紅色）。最上方的黑色實線是鏡頭的繞射極限，表示鏡頭性能的極限。無論鏡頭效能變得多麼先進，都絕不會高出這條線。曲線上其他低於繞射極限的彩色線條表示鏡頭的MTF效能。它們對應於要使用的不同場高（傳感器內的位置）。本案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），為正在使用的圖像傳感器的邊角處。請注意，某些曲線包含更多場點供分析。

曲線內另一個值得注意的特徵是實線和虛線（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)焦點平面。不對稱所引起的像差（如像散）導致這些視場各有不同，因此子午和弧矢軸上沒有單獨的曲線。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對應。對MTF曲線的解釋高度取決於應用。

景深(DOF)

景深(DOF)圖顯示了特定大小的細節（解析度，作為頻率給定）靠近或遠離鏡頭而不重新對焦時，MTF如何變化。換言之，對比度在指定工作距離上下如何變化。圖2顯示了TECHSPEC®鏡頭資料表中提供的景深曲線類型。

圖 2: 景深效能曲線顯示了對比度如何隨工作距離而變更。

景深圖顯示了基於圖像側固定空間頻率（忽略繞射極限）之恒定場高的MTF差異（各條曲線顏色不同）。由於在沿光軸的不同位置對MTF取樣，因此系統引入了散焦。一般來說，引入散焦後，對比度會降低。朝向曲線底部的水平線代表特定對比度級別（本案例中為20%）時的景深。讓機器視覺系統保持準確結果的公認最低對比度是20%。

相對照度

T相對照度曲線用於量化感測器內的照度變化。根據分析，照度變化可能會對最終圖像產生不利影響。有關相對照度之傳感器相對照明、衰减以及暗角深入介紹了會導致相對照度發生變化的因素。圖3a中的曲線顯示了典型的相對照度曲線，以及相對亮度（相對於圖像中最明亮的點）和場高。

圖 3a: 相對照度曲線顯示了不同f/#s下的相對亮度和場高。

各條不同曲線代表基於f/#之相對照度效能。請注意，隨著f/#增大，相對照度一般也會增大。請小心，不要將這一概念與絕對亮度混淆，因為較高的f/#s會導致總體亮度降低。有關f/#的更多資訊，詳見 f/# (鏡頭光圈 / 光圈設定)。

x軸表示從感測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度相對於最高照明點（通常為視場中心，設定為等於100%）的情況。為了清楚說明鏡頭的相對照度在不同傳感器內的表現，圖中包含代表不同傳感器對角線的虛線。圖3b是圖3a中的相對照度在實景圖像中於f/1.4時的投射情況。有關相對照度的詳細資訊，詳見傳感器相對照明、衰减以及暗角。

圖 3b: 此圖顯示了2.8a中的藍色f/1.4曲線在2/3”圖像傳感器中會如何顯示。

畸變

在成像系統中，畸變會導致放大倍率隨視場位置改變而發生明顯的變化。表示畸變有許多方式，但圖4顯示了場高和幾何失真度百分比，這是鏡頭設計師和工程師用來描繪失真度特徵的典型圖。有關畸變的更多資訊，詳見畸變。圖4中的繪圖顯示了放大倍率變化百分比（x軸）從圖像中心移動到圖像邊角（y軸）期間的失真度情況。絕對畸變百分比越大，理想圖像對應和失真圖像對應之間的差異就越大。