利用CMOS图像传感器测试成像镜头MTF的实用方法

一、镜头的MTF光学传递函数定义MTF即Modulation Transfer Function，是用来描述镜头成像质量的一种指标。

它通过描述镜头在不同空间频率下的成像能力，来反映镜头对图像细节的分辨能力和传递能力。

MTF光学传递函数可以用来评估镜头成像的清晰度和对比度，对于摄影爱好者来说，了解镜头的MTF特性，对选择合适的镜头、掌握镜头的成像质量是非常重要的。

二、MTF光学传递函数评价标准1. MTF曲线：在评估镜头MTF特性时，最常用的方法是绘制MTF曲线。

通过MTF曲线，可以直观地了解镜头在不同空间频率下的成像表现。

一支优秀的镜头其MTF曲线会相对平缓、上升迅速、稳定性好，而一支较差的镜头其MTF曲线则会波动较大、上升缓慢或者表现不稳定。

MTF曲线是评价镜头MTF特性的重要参考依据。

2. 空间频率：在评估镜头MTF表现时，还需要考虑所谓的空间频率。

空间频率是指图像中变化的频率，也称作线对线对数（lp/mm）。

通俗地说，它决定了图像中细节的大小和清晰度。

镜头的MTF值随着空间频率的变化而变化，通过对不同空间频率下的MTF值进行评估，可以全面了解镜头在不同细节下的成像表现。

3. 相对对比度：相对对比度是评价镜头MTF特性的重要指标之一。

它是指能否在同一张影像中保留足够的对比度和细节，从而使得图像清晰度高、细节丰富，对比度强。

良好的镜头MTF表现应该能够保持更高的相对对比度，使得图像质量更佳。

4. 评价标准：要全面评价一支镜头的MTF特性，需要综合考量MTF 曲线、空间频率、相对对比度等指标。

在实际应用中，还需要结合摄影需求、具体场景和个人偏好来综合评价一支镜头的拍摄表现。

三、个人观点和理解对于我个人而言，镜头的MTF特性是非常重要的。

作为摄影爱好者，选择一支适合自己需求和风格的镜头是非常关键的。

而MTF可以让我更全面地了解镜头的成像表现，从而帮助我做出更好的选择。

也可以通过学习镜头的MTF特性，提升自己对镜头成像质量的判断能力，让我能够更好地掌握摄影技术。

光学系统调制传递函数MTF测试方法MTF（Modulation Transfer Function）是一种测量光学系统性能的重要方法。

MTF描述了光学系统在传递信号时如何保持空间频率的细节。

通过测量MTF，我们可以了解光学系统对不同频率的图像细节的保持程度，从而评估其分辨力和图像质量，为光学系统的设计和优化提供有价值的指导。

光学系统的MTF可以通过以下几种方法进行测试：1. 黑白条纹法（Knife-edge method）：这是一种最常用、最简单的MTF测试方法。

它通过在光学系统的成像平面上投射一组黑白条纹，然后使用一个细微的刀片移动在图像平面上，测量从刀片通过时图像的对比度变化。

根据对比度的变化，可以计算得到系统在不同空间频率上的MTF。

2. 周期矩激光干涉法（Phase-shifting interferometry）：这是一种基于干涉原理的MTF测试方法。

它使用一个周期性的光源和一个位相变换器（例如空间光调制器），通过在特定位置引入相位差，使干涉图样中出现明暗条纹。

通过分析这些条纹的强度变化，可以得到光学系统的MTF。

3. 横向极限法（Slanted-edge method）：这种方法使用一个斜线或倾斜边缘来评估系统的MTF。

首先在光学系统的成像平面上放置具有已知倾斜角度的边缘，并采集成像结果。

然后，通过分析相邻像素之间的亮度变化，可以计算得到MTF。

这种方法相对于其他方法更容易实施，因为它不需要周期性结构。

4. 直接测量法（Direct measurement method）：这种方法是通过测量在系统的输入和输出之间传递的信号幅度来计算MTF。

首先，利用一组测试信号源输入系统，并记录输入和输出信号的能量。

然后，通过计算输入和输出信号的功率谱密度比，可以得到系统的MTF。

这个方法需要高精度的测量设备和复杂的信号分析技术。

这些方法中的选择取决于光学系统的具体要求和测试条件。

对于一些应用而言，可能需要结合使用多种方法以获得更准确和全面的MTF测试结果。

MTF（Modulation Transfer Function）是光学系统成像质量评估的重要指标之一，它描述了光学系统对高对比度物体细节信息的成像能力。

在光学系统设计和优化过程中，对其成像质量的评估是至关重要的，而MTF的测量和分析是评估光学系统成像质量的重要方法之一。

本文将介绍MTF光学系统成像质量评估方法。

1. MTF的基本概念MTF是指光学系统在特定空间频率下的成像对比度传递函数，描述了光学系统对不同空间频率下物体细节信息的成像能力。

在实际应用中，MTF通常被表示为对比度相对于空间频率的函数图。

通过分析MTF曲线，可以直观地了解光学系统在不同空间频率下的成像能力，判断其成像质量优劣。

2. MTF的测量方法（1）光栅法光栅法是最常用的MTF测量方法之一，通过将空间周期状物体（如光栅）成像，利用光栅的传递函数与系统MTF进行卷积，得到系统的MTF曲线。

这种方法简单直观，适用于对于大部分光学系统的MTF评估。

（2）差动法差动法是一种通过对比不同空间频率下的目标物体图像和参考图像，得到系统的MTF曲线。

这种方法适用于对成像设备不便携的场合，但需要精确的图像处理技术和系统校准。

（3）干涉法干涉法是通过干涉条纹的形成来测量MTF的一种方法，它能够直接测量相位信息和幅度信息，对系统MTF的测量有很好的灵敏度和分辨率。

但是，干涉法对环境要求较高，且实验操作相对复杂。

3. MTF的分析与评估（1）MTF曲线的解读MTF曲线通常会显示出在低空间频率时，成像对比度随空间频率的增加而逐渐降低，而在高空间频率时，成像对比度急剧下降。

通过分析MTF曲线的特征，可以评估光学系统的成像能力。

（2）MTF的指标评价在评估光学系统的MTF时，需要使用一些指标来描述其成像质量，如MTF50、MTF20等，它们分别表示MTF曲线上50、20的空间频率对应的成像对比度。

这些指标能够量化地描述光学系统的成像能力，为光学系统的设计和优化提供依据。

拍照手机镜头MTF的测量方法
朱建新;吴国诚
【期刊名称】《光学仪器》
【年(卷),期】2006(028)002
【摘要】镜头调制传递函数(MTF)的测量有正投影和逆投影两种方法.拍照手机镜头由于体积小、后焦短、所配感光器的像素越来越高,正投影法测量用的
CMOS/CCD受其保护玻璃厚度和自身像素的制约而有局限性;逆投影法颠倒镜头成像系统物和像的位置,克服了手机镜头后焦、像素等的限制.实验结果证明逆投影法能快速测量拍照手机镜头的MTF,方便评定镜头的品质,有较大的实用价值.【总页数】5页(P17-21)
【作者】朱建新;吴国诚
【作者单位】信统光电科技(深圳)有限公司,广东,深圳,518031;信统光电科技(深圳)有限公司,广东,深圳,518031
【正文语种】中文
【中图分类】TH811
【相关文献】
1.拍照手机镜头杂散光测量系统 [J], 朱建新;吴欣达
2.浅说镜头的MTF值及其对市场流行镜头的实际指导意义 [J], 江少军
3.突破传统玻璃镜头窠臼拍照手机液体镜头揭秘 [J], 陈乃塘
4.突破传统玻璃镜头窠臼拍照手机液体镜头揭秘 [J], 陈乃塘
5.镜头成像畸变的MTF像高测试法研究 [J], 于西龙;龚钱冰;周骅;杜竹青
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

MTF检测机原理与应用目的：空间频率,由光电转换成MTF的测量仪.１．光学传递函数(MTF)检测光学组件与系统在许多领域中被广泛使用,在这些使用光学的系统中,光学成象的好坏对系统整体的质量与可靠性往往造成重大的影响.因此对于所使用的光学系统或次系统, 寻求一符合实际测试条件可定量地(quantitatively)评估其性能的方法益形重要.MTF(Modulation Transfer Function)检测可以提供光学系统整体影像质量或对比度之定量分析，且拜科技进步之踢，近年来已经发展出靠方便操作的自动化量测仪器，以及量测标准的建立．ＭＴＦ检测技术已经成为国际公认评估光学组件质量与光学系统性能的标准．２．检测仪器２．１仪器原理：光学系统的ＭＴＦ为该待测系统线扩散函数的传利叶转换，因此量测ＭＴＦ直接的方法就是利用ＭＴＦ检测机测量待测系统的线扩散函数，然后计算其传利叶转换，即可获得ＭＴＦ曲线．ＭＴＦ检测机是由灯管照明的ＣＨＡＲＴ光线经过待测镜头成像，置于焦平面的线性ＣＣＤ则用以量测像的强度分布，即线扩散函数．２．２ＭＴＦ计算：代表线扩散函数的强度分怖讯号由ＣＣＤ以电子方式扫瞄后，经由模拟／数字讯号转换器输入计算机由软件进一步运算处理．３．检测实务ＬＡＴ镜头自动检验机（Ｌens Automatic Tester）也就是ＭＴＦ检测机较为普遍的一种类型，３．１：镜头自动检验机用来量测扫描仪镜头的检验仪器．３．２：量测镜头所需的ｄata:a.扫描仪参数如分辨率，扫描物宽．ｂ．物像距（ＴＴ）．ｃ．后焦距．ｄ．放大倍率．光电厂要生产分辨率600dpi的扫描仪．适用扫描Ａ４文件．线性CCDpixel size是5.25u，物像距250mm.光学厂设计并制造出扫描仪镜头，ＴＴ＝250mm，Ｍ＝0.123826，F/N=6.5.检测程序：1.CHART的选用ａ．量测的频率：物面通常使用半频．600dpi/2,选用300dpi的CHART,高频线条Hi=0.09mm.低频Low=0.36mm.Total=7.2. b物宽：A4(297*210mm)文件，选用doc=190mm.２．架设机台的输入参数：a.standard lp/mm=l/(Hi*M*2),1/(0.09*0.123826)=44.871p/mm.b.物宽＝doc+Total=197.2mm.c.像宽＝物宽＊放大率＝（doc+Total）*M=197.2*0.123826=24.42mm.d.后焦（ＢＫＬ）＝23.69mm. ３．测试步骤：a镜头量测ＥＦＬ．b．放置正确测试标准板（CHART）.c设定物像距（CCD至CHART距离）ｄ．放置正确治具及镜组．ｅ．校准镜组．４．测试说明：ａ．量测的光源：ＲＧＢ及白光．ｂ．量测的位置：０（中心）+/-0.7(field)+/-0.9(field). cMTF:R.G..B的Ｓ＆Ｔ方向各十点位置．ｄ．Ｍ（放大率）值：实测的CCDpixel。

mtf光学系统成像质量评估方法-回复MTF（Modulation Transfer Function）光学系统成像质量评估方法是一种广泛应用于光学系统性能评价的方法。

MTF描述了光学系统在不同空间频率上对图像细节的传输特性，通过分析MTF曲线可以评估光学系统的分辨力和成像质量。

在本文中，我们将逐步介绍MTF光学系统成像质量评估方法的基本原理、实验测量方法以及其在光学系统设计和优化中的应用。

一、MTF成像质量评估方法的基本原理MTF是一种用于描述光学系统对图像细节的传输特性的函数，其数学定义为输入图像的复杂振幅频谱与输出图像振幅频谱之比的绝对值。

在频域中，MTF可以表示为系统输出的振幅响应与输入振幅响应之比的幅度。

MTF的数值表示了光学系统对不同空间频率对比度的传输能力，也就是描述了光学系统对不同细节大小的图像细节的传输特性。

通常，MTF曲线的高频段表示系统的分辨力，即系统在传输高频细节时的能力；而低频段表示系统的图像对比度传输能力，即系统在传输低频细节时的能力。

二、MTF成像质量评估方法的实验测量方法为了评估光学系统的成像质量，我们可以通过以下步骤进行MTF测量：1. 准备测试样品：选择一系列具有不同空间频率的测试图像作为输入样品，这些图像可以包含线条、圆圈、方格等具有不同细节大小的特征。

2. 实验装置搭建：搭建用于测量MTF的实验装置，包括一个光源、光学系统和一个用于接收光学系统输出图像的传感器（如CCD或CMOS器件）。

3. 测量过程：将测试样品置于光源和传感器之间，并通过光学系统进行成像。

根据实验装置的要求，可以调整光源的强度和光学系统的参数（如焦距、孔径等）来控制实验条件。

4. 数据处理与分析：利用图像处理软件分析输出图像的频域信息，计算每个空间频率下的系统传输函数。

根据传输函数，计算相应的MTF曲线。

5. 统计与比较：通过比较不同光学系统的MTF曲线，我们可以评估光学系统的成像质量。

通常，MTF曲线越高且越接近理论上界，表示光学系统的成像质量越好。

文章编号:100525630(2006)022*******拍照手机镜头M T F 的测量方法Ξ朱建新,吴国诚(信统光电科技(深圳)有限公司,广东深圳518031) 摘要:镜头调制传递函数(M T F )的测量有正投影和逆投影两种方法。

拍照手机镜头由于体积小、后焦短、所配感光器的像素越来越高,正投影法测量用的C M O S CCD 受其保护玻璃厚度和自身像素的制约而有局限性;逆投影法颠倒镜头成像系统物和像的位置,克服了手机镜头后焦、像素等的限制。

实验结果证明逆投影法能快速测量拍照手机镜头的M T F ,方便评定镜头的品质,有较大的实用价值。

关键词:M T F ;拍照手机镜头;逆投影法;后焦;线性CCD中图分类号:TH 811 文献标识码:AM ea sur i ng m ethod of m ob ile phone len sM TFZH U J ian 2x in ,W U Guo 2cheng(Sysn ix Op to 2electron ic Science and T echno logy (Shenzhen )Co .,L td .,Shenzhen 518031,Ch ina ) Abstract :T here are obverse and adverse p ro jecti on tw o m ethods fo r m easu re m odu lati on tran sfer functi on (M T F )of len s .T he vo lum e of m ob ile p hone len s is very s m all ,the back focu s length of len s is very sho rt and reso lu ti on pow er of sen so r is m o re and m o re h igh .T he obverse p ro jecti on m ethod is li m ited becau se of p ro tective glass and p ixel of C M O S CCD .T he adverse p ro jecti on m easu ring m ethod reverse the po siti on of ob ject and i m age in the i m aging system of len s ,it overcom e back focu s length and reso lu ti on pow er li m itati on .T he exp eri m en tal resu lt indicates that adverse p ro jecti on m easu ring m ethodcan sp eedy m easu reM T F of m ob ile p hone len s.It is conven ience to evaluate the quality of m ob ile p hone len s and has a good u tility value .Key words :M T F ;m ob ile p hone len s ;adverse p ro jecti on ;back focal length (B FL );linear CCD 1　引　言自第一台拍照手机在日本诞生至今在不到4年的时间里,照相手机发展迅速,尤其是2004年,多家日本、韩国公司推出200、300万像素的照相手机,国内的一线手机厂商也纷纷推出照相手机新品。

MTF、解像力测试以及相关测试方法引言：近几年，随着人们生活水平的提高，互联网交际圈的日益发达，人们对高橡素手机的需求越来越大，高像素手机镜头的市场需求量也随之水涨船高。

为此，需要评测人员对手机镜头和对应模组进行严格的评价，对模组的设计和产品的出货检验提供技术支持和保障。

我司主要从MTF测试，拍摄鉴别率测试，TV畸变测试，色彩还原性测试，杂光测试，鬼像测试以及相对照度测试等。

1.MTF测试MTF为光学调制传递函数测试，即Contrast Transfer Function，也就是：对比度转换函数。

Modulation是I的maximum减去I的minimum除以I的maximum加上I的minimum；也就是(光的最亮度减去光的最暗度)与(光的最亮度加上光的最暗度)的比值，所得出来的结果M，就是光的对比度。

物的Modulation为Mo，像的Modulation为Mi，MTF=Mi/Mo。

是利用一光强分布在空间上成正弦变化的物体经由待测系统收集并分析成像面上的光强分布（PSP），最后经由傅里叶换算所得出的结果。

它是手机模组镜头最准确的像质评测方式。

图1为测试的MTF曲线。

图1 MTF测试曲线我们公司研发实验室使用的是德国Trioptics公司的Image Master HR（研发阶段用MTF 测试仪），见图2。

车间内使用的是德国Trioptics公司的Image Master Pro5（工业性量产用MTF测试仪），见图3。

图2 Image Master HR及其操作界面图3 Image Master Pro5Image Master HR功能以及测试项目：在轴和离轴的MTF、LSF、PSF，EFL （1-50mm)，ThroughFocus/Freq.（离焦），Optical Distortion，FOV(View of angle)视场角，CRA(Chief Ray Angle)主光线入射角以及Relative Illumination相对照度。

如何解讀攝影鏡頭之MTF-data:∙對比度(Contrast): 以5 或10 本( lp/mm) 來評價該鏡頭之對比度性能. 在此頻率之MTF 縱然僅2~3 %之差異, 人眼可輕易分辨其差別, 所以這是一個重要的基本頻率.好鏡頭在頻率 5 lp/mm,小光圈時T 及S 方向MTF需達95 % . 若低於90% 就算是較差之影像品質..∙清晰度(Sharpness): 以40本(lp/mm) 來評價該鏡頭之清晰度性能.. 40 lp/mm代表一個鏡頭可以分辨多細的物體(譬如一根毛髮). 在此頻率之MTF 縱然達10 %之差異, 人眼不太能分辨其差別. 通常一顆傳統底片型攝影鏡頭在20 lp/mm 時需達50% MTF 可算是好鏡頭.∙一個鏡頭若有較佳的對比度, 但較差的清晰度, 其整體影像會比相反的鏡頭(較差的對比度, 但較佳的清晰度) 銳利, 感覺較好. 當然, 一般而言, 鏡頭若有較好的對比度, 其清晰度也較好∙好鏡頭的影像品質需求o紅色區域40 lp/mm▪>20% (邊緣)▪>65% (中心).o紫色區域20 lp/mm :▪>45% (邊緣)▪>80% (中心)o綠色區域10 lp/mm 與藍色區域5 lp/mm>95% (全部像平面)∙有些鏡頭不可能達到上述要求, 譬如較大廣角鏡頭等∙通常T 方向MTF 較差, 有時可用較高之S 方向某種程度之補償.優良之影像對比度相對良好, 但在40 本時, 離軸影像已無法分辨清晰度良好, 但對比度不良(5 lp/mm 低於90%) 不良知鏡頭以MTF vs. 像場曲線來解釋清晰度與對比度對影像品質之關係Note: 本文翻譯自“Klaus Schroiff”“How to interpret MTF graphs”Understanding MTF TestingBy Sam Sadoulet,Application EngineerWhen characterizing the resolution of an imaging lens, it is extremely useful to refer to the Modulation Transfer Function (MTF). The MTF of a lens is a measurement of its ability to transfer contrast at a particular resolution level from the object to the image (see Figure 1). In other words, MTF is a way to incorporate resolution and contrast into a single specification.An easy way to interpret MTF results is to think of imaging a target with black and white lines (100% contrast). No lens (even theoretically perfect) at any resolution can fully transfer this contrast to the image because of the diffraction limit. In fact, as the line spacing is decreased (i.e. the frequency increases) on the target, it becomes increasingly difficult for the lens to efficiently transfer this contrast (see Figure 1). Therefore, as the frequency increases, the contrast of the image decreases.An MTF graph plots the percentage of transferred contrast versus the frequency (lp/mm) of the lines. A few things should be noted:1) Contrast (also known as Modulation) is the image contrast expressed in terms ofa percentage of the object contrast (100% = white on black, 0% = gray on gray).2) The frequency in an MTF graph is measured in the image plane. Therefore, in order to define the object resolution (line-pair frequency), one needs to calculate it using the primary magnification (PMAG) of the imaging lens.The frequency of the lines is expressed in terms of line-pairs per millimeter (lp/mm). The inverse of this frequency yields the spacing of a line-pair in terms of millimeters.Why is MTF Important?In traditional system integration (and less crucial applications), the system's performance is roughly estimated using a principle of "the weakest link." This idea proposes that a system's resolution is solely limited by the component with the lowest resolution. Although this approach is very useful for quick estimations, it is actually flawed, because every component within the system contributes error to the image, yielding poorer image quality than the "weakest link" alone.Every component within a system has an associated MTF and, as a result, contributes to the overall MTF of the system. This includes the imaging lens, sensor, capture boards, and cables, for instance. The resulting MTF of the system is the product of all of the MTF curves of its components. For instance, we can compare a 25mm Fixed Focal length lens and a 25mm MVO™ Double Gauss lens by evaluating the resulting system performance of both lenses with a Sony XC-75 CCD monochrome camera. By analyzing the system MTF curve, we can make a prediction as to which combination will yield sufficient performance. In some metrology applications, for example, a certain amount of contrast is required for accurate image edge detection. If the minimum contrast needs to be 35% and the image resolution required is 30 lp/mm, the MVO™ Double Gauss lens is the logical choice (see Figure 2).Knowing the MTF curves of components allows an integrator to make the appropriate selection to optimize the system for a particular resolution.It should be noted that a theoretical MTF curve can be generated, given the optical prescription of the lens. Although this can be helpful, it does not indicate the actual performance of the lens after manufacturing. Manufacturing always introduces some performance loss in the design due to tolerances. For this reason, Edmund Industrial Optics has invested in an Optikos VideoMTF™ measurement system (pictured above) which has become essential in system integration and customdesigning. This MTF testing equipment enables characterization of the actual performance of both designed lenses and commercial lenses (whose optical prescription is not available to the public). As a result, preciseintegration-previously limited to lenses with known prescriptions-can now include commercial lenses.FIGURE 1: Effects of diffraction on the amount of contrast imaged as the frequency is increased.。