調制傳遞函數（MTF）與MTF曲線

MTF曲線同時顯示分辨率和對比度信息，能夠根據特定應用的需求評估鏡頭，并且可用于比較多個鏡頭的性能。如果使用得當，MTF曲線能夠幫助確定應用實際上是否可行。有關如何讀取MTF曲線的信息，請參見鏡頭性能曲線。

圖1是Sony ICX625傳感器（具有2/3"傳感器格式和3.45μm像素）上使用的12mm鏡頭的MTF曲線示例。該曲線顯示了0 lp/mm到150 lp/mm（傳感器的極限分辨率為145 lp/mm）頻率范圍內的鏡頭對比度。此外，此鏡頭的f/#設置為2.8（在PMAG為0.05X時設置），這能為20X的傳感器水平尺寸生成大約170mm的視場。該FOV/PMAG將用于本部分中的所有示例。白光用于模擬光源。

圖 1: Sony ICX625傳感器上使用的12mm鏡頭的MTF曲線

此曲線提供了各種信息。先要說明的是，衍射極限由黑線表示。黑線表示頻率為150 lp/mm時，理論上可實現的大對比度大約為70%，其他任何鏡頭設計都無法超越該性能，無論其設計多么出色。此外還有三種顏色的線條：藍色、綠色和紅色。這些線條分別對應于鏡頭在傳感器中心（藍色）、0.7位置（傳感器全視場70%位置處）（綠色）以及傳感器邊角處（紅色）的性能。這清楚地表明，頻率較低和較高時，在整個傳感器以及整個視場內再現對比度的能力不相同。

此外，您還可以看到兩條綠線和兩條紅線。這些線條表示子午和弧矢對比度分量，它們與視場中心之外的細節再現關聯。由于像差影響，鏡頭會產生斑點，這些斑點并不是滾圓的，因此水平和垂直方向的尺寸不同。尺寸變化會導致斑點朝一個方向混合的速度快于另一個方向，而且在相同頻率下，會在不同軸上生成不同的對比度。在針對給定應用評估鏡頭時，務必考慮這些值中較低值的影響。通常，大程度地提高整個傳感器內的對比度有利于在系統中獲得高水平的性能。

比較鏡頭設計和配置

示例1：比較兩種不同的鏡頭設計（焦距(fl)相同，均為12mm，孔徑為f/2.8

圖2探討了兩款焦距相同（具有相同的視場、傳感器和f/#）的不同鏡頭。這些鏡頭會產生尺寸相同，但性能不同的系統。按照分析，圖2a中對比度為30%時的水平淺藍色線表明視場內的任何位置基本上都能達到少30%的對比度，這能夠充分利用傳感器的完整功能。對于圖2b，幾乎所有視場的對比度都低于30%。這意味著，僅傳感器的一小部分能達到更好的圖像品質。另外還請注意，兩條曲線上的橙色方框表示圖2b中對比度為70%時性能較低的鏡頭的截獲頻率。如果在圖2a上放置了相同的方框，即使在較低的頻率下，兩個鏡頭之間也會出現顯著的性能差異。

這些鏡頭的區別在于與克服設計約束和制造變化相關的成本；圖2a則與更為復雜的設計以及更嚴格的制造公差相關。圖2a在分辨率較低以及對分辨率要求較高的應用（要求具有相對較短的工作距離以獲得較大的視場）中表現出色。圖2b在需要更多像素以增強圖像處理算法的保真度以及需要降低成本的情況下表現佳。兩種鏡頭都有各自適用的情況，具體取決于應用。

圖 2: 兩種鏡頭設計（a()和b(bottom)，具有相同焦距、f/#和系統參數）的MTF曲線

示例2：兩款具有不同焦距的高分辨率鏡頭設計：f/2.8時為12mm和16mm

圖3探討了兩種焦距為12mm和16mm的高分辨率鏡頭（具有相同的視場、傳感器和f/#）。查看鏡頭在圖3b中的奈奎斯特極限下的對比度(淺藍色線)，將其與圖3a比較時會發現顯著的性能提升。盡管差異只有大約10 - 12%的對比度，但考慮到對比度從大約33%更改為42%，相對差異更接近33%。本圖上放置了另一個橙色方框，這時圖3a的對比度已達到70%。請注意，此的差異不像上一個示例中那么。在這些鏡頭間取舍時要注意，圖3b中的鏡頭工作距離增加了大約33%，但性能也有不俗的提升。這符合在11取得成像的11種佳實踐中提出的一般指導原則。

圖 3: 兩款不同的高分辨率鏡頭設計（在相同f/#和系統參數下具有不同焦距）

示例3：比較相同35mm鏡頭設計在不同f/#時的MTF

圖4具有35mm鏡頭設計的MTF（在f/4 (a)和f/2 (b)時使用白光）。黃線在兩幅圖中顯示具有衍射極限的對比度在圖4a的奈奎斯特極限下的狀態，藍線表示圖4a中f/4的相同鏡頭在奈奎斯特極限下的低實際性能。盡管圖4b的理論極限高出許多，但其性能要低得多。這舉例說明了較高的f/#可以如何降低像差影響，從而大大提高鏡頭性能，即使理論性能極限已大幅降低。除了分辨率以外，需要權衡的主要因素還包括：較高的f/#的光通量較少。

圖 4: 35mm鏡頭在相同工作距離和不同f/#s:f/4 (a(頂部的)) 和f/2 (b(底部的))時的MTF曲線

示例4：更改工作距離對MTF的影響

圖5探討了相同的35mm焦距、f/2孔徑鏡頭設計在工作距離為200mm(a)和450mm(b)時的情況。我們可以看到較大的性能差異，這直接與平衡鏡頭設計在各種工作距離下的像差內容的能力相關。即使重新調整焦距，更改工作距離也會導致性能隨鏡頭移離其設計范圍而變化或降低。這些影響在f/#較低時為顯著“通過設計平衡像差”部分以及鏡頭設計中的MTF像差平衡和第像差如何影響機器視覺鏡頭中關于像差的部分分別提供了有關這些影響的更多詳情。

圖 5: 35mm焦距，f/2光圈鏡頭在不同工作距離的MTF曲線a（頂部的）和b（底部的）。