MTF曲線(xiàn)同時(shí)顯示分辨率和對(duì)比度信息，能夠根據(jù)特定應(yīng)用的需求評(píng)估鏡頭，并且可用于比較多個(gè)鏡頭的性能。如果使用得當(dāng)，MTF曲線(xiàn)能夠幫助確定應(yīng)用實(shí)際上是否可行。有關(guān)如何讀取MTF曲線(xiàn)的信息，請(qǐng)參見(jiàn)鏡頭性能曲線(xiàn)。

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(xiàn)示例。該曲線(xiàn)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(nèi)的鏡頭對(duì)比度。此外，此鏡頭的f/#設(shè)置為2.8（在PMAG為0.05X時(shí)設(shè)置），這能為20X的傳感器水平尺寸生成大約170mm的視場(chǎng)。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(xiàn)

此曲線(xiàn)提供了各種信息。先要說(shuō)明的是，衍射極限由黑線(xiàn)表示。黑線(xiàn)表示頻率為150 lp/mm時(shí)，理論上可實(shí)現(xiàn)的大對(duì)比度大約為70%，其他任何鏡頭設(shè)計(jì)都無(wú)法超越該性能，無(wú)論其設(shè)計(jì)多么出色。此外還有三種顏色的線(xiàn)條：藍(lán)色、綠色和紅色。這些線(xiàn)條分別對(duì)應(yīng)于鏡頭在傳感器中心（藍(lán)色）、0.7位置（傳感器全視場(chǎng)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(shí)，在整個(gè)傳感器以及整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)再現(xiàn)對(duì)比度的能力不相同。

此外，您還可以看到兩條綠線(xiàn)和兩條紅線(xiàn)。這些線(xiàn)條表示子午和弧矢對(duì)比度分量，它們與視場(chǎng)中心之外的細(xì)節(jié)再現(xiàn)關(guān)聯(lián)。由于像差影響，鏡頭會(huì)產(chǎn)生斑點(diǎn)，這些斑點(diǎn)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(huì)導(dǎo)致斑點(diǎn)朝一個(gè)方向混合的速度快于另一個(gè)方向，而且在相同頻率下，會(huì)在不同軸上生成不同的對(duì)比度。在針對(duì)給定應(yīng)用評(píng)估鏡頭時(shí)，務(wù)必考慮這些值中較低值的影響。通常，大程度地提高整個(gè)傳感器內(nèi)的對(duì)比度有利于在系統(tǒng)中獲得高水平的性能。

比較鏡頭設(shè)計(jì)和配置

示例1：比較兩種不同的鏡頭設(shè)計(jì)（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(chǎng)、傳感器和f/#）的不同鏡頭。這些鏡頭會(huì)產(chǎn)生尺寸相同，但性能不同的系統(tǒng)。按照分析，圖2a中對(duì)比度為30%時(shí)的水平淺藍(lán)色線(xiàn)表明視場(chǎng)內(nèi)的任何位置基本上都能達(dá)到少30%的對(duì)比度，這能夠充分利用傳感器的完整功能。對(duì)于圖2b，幾乎所有視場(chǎng)的對(duì)比度都低于30%。這意味著，僅傳感器的一小部分能達(dá)到更好的圖像品質(zhì)。另外還請(qǐng)注意，兩條曲線(xiàn)上的橙色方框表示圖2b中對(duì)比度為70%時(shí)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(gè)鏡頭之間也會(huì)出現(xiàn)顯著的性能差異。

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

圖 2: 兩種鏡頭設(shè)計(jì)（a()和b(bottom)，具有相同焦距、f/#和系統(tǒng)參數(shù)）的MTF曲線(xiàn)

示例2：兩款具有不同焦距的高分辨率鏡頭設(shè)計(jì)：f/2.8時(shí)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(chǎng)、傳感器和f/#）。查看鏡頭在圖3b中的奈奎斯特極限下的對(duì)比度(淺藍(lán)色線(xiàn))，將其與圖3a比較時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)顯著的性能提升。盡管差異只有大約10 - 12%的對(duì)比度，但考慮到對(duì)比度從大約33%更改為42%，相對(duì)差異更接近33%。本圖上放置了另一個(gè)橙色方框，這時(shí)圖3a的對(duì)比度已達(dá)到70%。請(qǐng)注意，此的差異不像上一個(gè)示例中那么。在這些鏡頭間取舍時(shí)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(shí)踐中提出的一般指導(dǎo)原則。

圖 3: 兩款不同的高分辨率鏡頭設(shè)計(jì)（在相同f/#和系統(tǒng)參數(shù)下具有不同焦距）

示例3：比較相同35mm鏡頭設(shè)計(jì)在不同f/#時(shí)的MTF

圖4具有35mm鏡頭設(shè)計(jì)的MTF（在f/4 (a)和f/2 (b)時(shí)使用白光）。黃線(xiàn)在兩幅圖中顯示具有衍射極限的對(duì)比度在圖4a的奈奎斯特極限下的狀態(tài)，藍(lán)線(xiàn)表示圖4a中f/4的相同鏡頭在奈奎斯特極限下的低實(shí)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(shuō)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(quán)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(shí)的MTF曲線(xiàn)

示例4：更改工作距離對(duì)MTF的影響

圖5探討了相同的35mm焦距、f/2孔徑鏡頭設(shè)計(jì)在工作距離為200mm(a)和450mm(b)時(shí)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(shè)計(jì)在各種工作距離下的像差內(nèi)容的能力相關(guān)。即使重新調(diào)整焦距，更改工作距離也會(huì)導(dǎo)致性能隨鏡頭移離其設(shè)計(jì)范圍而變化或降低。這些影響在f/#較低時(shí)為顯著“通過(guò)設(shè)計(jì)平衡像差”部分以及鏡頭設(shè)計(jì)中的MTF像差平衡和第像差如何影響機(jī)器視覺(jué)鏡頭中關(guān)于像差的部分分別提供了有關(guān)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(xiàn)a（頂部的）和b（底部的）。