A qualidade da lente é mais importante agora do que nunca, devido ao número cada vez maior de megapixels encontrados nas câmeras digitais atuais. Freqüentemente, a resolução de suas fotos digitais é limitada pela lente da câmera — e não pela resolução da própria câmera. No entanto, decifrar gráficos MTF e comparar a resolução de diferentes lentes pode ser uma ciência em si. Este tutorial fornece uma visão geral dos conceitos e termos fundamentais usados para avaliar a qualidade da lente. No mínimo, espero que isso faça com que você pense duas vezes sobre o que é importante ao comprar sua próxima câmera digital ou lente.
RESOLUÇÃO E CONTRASTE
Todo mundo provavelmente está familiarizado com o conceito de resolução de imagem, mas, infelizmente, muita ênfase é colocada nessa única métrica. A resolução descreve apenas quantos detalhes uma lente é capaz de capturar — e não necessariamente a qualidade dos detalhes que
é capturado. Outros fatores, portanto, muitas vezes contribuem muito mais para nossa percepção da qualidade e nitidez de uma imagem digital.
Para entender isso, vamos dar uma olhada no que acontece com uma imagem quando ela passa pela lente de uma câmera e é gravada no sensor da câmera. Para simplificar, usaremos imagens compostas por linhas alternadas em preto e branco ("pares de linhas"). Além da resolução da sua lente, essas linhas não são mais distinguíveis:
 | → |  | → |  |
| Pares de linha de alta resolução | | Lente | | Pares de linha não resolvidos |
Exemplo de pares de linhas menores que a resolução de uma lente de câmera.
No entanto, algo que provavelmente é menos compreendido é o que acontece com outras linhas mais grossas. Mesmo que ainda estejam resolvidos, eles se deterioram progressivamente em contraste e clareza de borda (consulte nitidez:resolução e acuidade) à medida que se tornam mais finos:
 | → | | → |  |
Linhas progressivamente mais finas
| | Lente
| | Contraste progressivamente menor
e definição de borda |
Para duas lentes com a mesma resolução, a qualidade aparente da imagem será, portanto, determinada principalmente por quão bem cada lente preserva o contraste à medida que essas linhas se tornam progressivamente mais estreitas. No entanto, para fazer uma comparação justa entre as lentes, precisamos estabelecer uma forma de quantificar essa perda na qualidade da imagem...
MTF:FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA DE MODULAÇÃO
Uma função de transferência de modulação (MTF) quantifica quão bem as variações regionais de brilho de um assunto são preservadas quando passam pela lente da câmera. O exemplo abaixo ilustra uma curva MTF para uma lente perfeita*:
Aumentando a frequência do par de linhas →
Extrema direita =Resolução máxima / Limite de difração.
Nota:O espaçamento entre as linhas pretas e brancas foi exagerado para melhorar a visibilidade.
A curva MTF assume uma abertura circular; outras formas de abertura produzirão resultados ligeiramente diferentes.
*Uma lente perfeita é aquela cujos detalhes são limitados apenas pela difração.
Veja o tutorial sobre difração na fotografia para obter informações sobre este tópico.
Um MTF de 1,0 representa a preservação perfeita do contraste, enquanto valores menores que isso significam que mais e mais contraste está sendo perdido - até um MTF de 0, onde os pares de linhas não podem mais ser distinguidos. Este limite de resolução é uma barreira inevitável com qualquer lente; depende apenas da abertura da lente da câmera e não tem relação com o número de megapixels. A figura abaixo compara uma lente perfeita com dois exemplos do mundo real:
Aumentando a frequência do par de linhas →
Lente de câmera de alta qualidade
(perto do limite de difração) | Lente da câmera de baixa qualidade
(longe do limite de difração) |
Comparação entre uma lente de difração limitada ideal (linha azul) e lentes de câmera do mundo real.
A ilustração do par de linhas abaixo do gráfico não se aplica à lente perfeita.
Mova o mouse sobre cada um dos rótulos para ver como as lentes de alta e baixa qualidade geralmente diferem.
A linha azul acima representa a curva MTF para uma lente "limitada por difração" perfeita. Nenhuma lente do mundo real é limitada apenas pela difração, embora as lentes de câmera de ponta possam chegar muito mais perto desse limite do que as lentes de qualidade inferior.
Os pares de linhas são frequentemente descritos em termos de frequência:o número de linhas que se encaixam em um determinado comprimento de unidade. Esta frequência é, portanto, geralmente expressa em termos de "LP/mm" - o número de pares de linhas (LP) que estão concentrados em um milímetro (mm). Alternativamente, às vezes essa frequência é expressa em termos de larguras de linha (LW), onde dois LWs equivalem a um LP.
A frequência de linha mais alta que uma lente pode reproduzir sem perder mais de 50% do MTF ("MTF-50") é um número importante, porque se correlaciona bem com nossa percepção de nitidez. Uma lente de alta qualidade com um MTF-50 de 50 LP/mm parecerá muito mais nítida do que uma lente de qualidade inferior com um MTF-50 de 20 LP/mm, por exemplo (presumindo que elas sejam usadas na mesma câmera e no mesma abertura; mais sobre isso mais tarde).
No entanto, o gráfico de MTF versus frequência acima não é normalmente como as lentes são comparadas. Saber apenas a (i) resolução máxima e (ii) MTF em talvez duas frequências de linha diferentes é geralmente informação mais do que suficiente. O que muitas vezes importa mais é saber como o MTF muda dependendo da distância do centro da sua imagem.
O MTF é geralmente medido ao longo de uma linha que sai do centro da imagem e chega a um canto distante, para uma frequência de linha fixa (geralmente 10-30 LP/mm). Essas linhas podem ser paralelas à direção que se afasta do centro (sagital) ou perpendiculares a essa direção (meridional). O exemplo abaixo mostra como essas linhas podem ser medidas e mostradas em um gráfico MTF para uma câmera full frame de 35 mm:
| Pares de linhas meridionais (circulares) |
| Pares de linhas sagitais (radiais) |
→
Distância do centro [mm]
O detalhe no centro de uma imagem quase sempre terá o MTF mais alto e as posições mais distantes do centro geralmente terão valores de MTF progressivamente mais baixos. É por isso que os cantos das lentes da câmera são praticamente sempre a parte mais suave e de menor qualidade de suas fotos. Discutiremos por que as linhas sagitais e meridionais divergem mais tarde.
COMO LER UM GRÁFICO MTF
Agora podemos finalmente colocar todos os conceitos acima em prática comparando as propriedades de uma lente zoom com uma lente prime:
Lente Canon 16-35mm f/2.8L II (zoom definido em 35mm)
Lente principal Canon 35mm f/1.4L No eixo vertical, temos o valor MTF de antes, com 1,0 representando a reprodução perfeita de pares de linhas e 0 representando pares de linhas que não são mais distintos entre si. No eixo horizontal, temos a distância do centro da imagem, sendo 21,6 mm o canto mais distante em uma câmera de 35 mm. Para um sensor recortado de 1,6X, você pode ignorar tudo além de 13,5 mm. Além disso, qualquer coisa além de cerca de 18 mm com um sensor full frame só será visível nos cantos extremos da foto:
Observação:para um sensor de 1,5X, o canto mais distante é de 14,2 mm e a borda mais distante é de 11,9 mm.
Veja o tutorial sobre tamanhos de sensor de câmera digital para saber mais sobre como isso afeta a qualidade da imagem.
Todas as diferentes linhas de aparência nos gráficos MTF acima podem, a princípio, ser esmagadoras; a chave é olhar para eles individualmente. Cada linha representa um MTF separado sob diferentes condições. Por exemplo, uma linha pode representar valores MTF quando a lente está em uma abertura de f/4.0, enquanto outra pode representar valores MTF em f/8.0. Um grande obstáculo para entender como ler um gráfico MTF é aprender a que cada linha se refere.
Cada linha acima tem três estilos diferentes:espessura, cor e tipo. Aqui está um detalhamento do que cada um deles representa:
| Espessura da linha: | Negrito → 10 LP/mm - contraste em pequena escala
Fino → 30 LP/mm - resolução ou detalhes finos |
| Cor da linha: | Azul → Abertura em f/8.0
Preto → Abertura máxima |
| Tipo de linha: | Tracejado → Pares de linhas meridionais (concêntricas)
Sólido → Pares de linhas sagitais (radiais) |
Como uma determinada linha pode ter qualquer combinação de espessura, cor e tipo, o gráfico MTF acima tem um total de oito tipos diferentes de linhas. Por exemplo, uma curva em negrito, azul e tracejada descreveria o MTF de linhas meridionais de 10 LP/mm em uma abertura de f/8.0.
Linhas pretas . Eles são mais relevantes quando você está usando sua lente com pouca luz, precisa congelar movimentos rápidos ou precisa de uma profundidade de campo rasa. O MTF de linhas pretas quase sempre será o pior cenário (a menos que você use aberturas extraordinariamente pequenas).
No exemplo acima, as linhas pretas infelizmente não são uma comparação justa de maçãs com maçãs, já que uma abertura ampla é diferente para cada uma das lentes acima (f/2.8 no zoom vs f/1.4 no prime). Esta é a principal razão pela qual as linhas pretas parecem muito piores para a lente principal. No entanto, dado que a lente principal tem essa desvantagem, ela se sai admiravelmente - especialmente a 10 LP/mm no centro e a 30 LP/mm nas bordas da imagem. Portanto, é altamente provável que a lente principal supere a lente zoom quando ambas estiverem em f/2.8, mas não podemos dizer com certeza com base apenas nos gráficos acima.
Linhas Azuis . Eles são mais relevantes para fotografia de paisagem ou outras situações em que você precisa maximizar a profundidade de campo e a nitidez. Eles também são mais úteis para comparações porque as linhas azuis devem estar sempre na mesma abertura:f/8.0.
No exemplo acima, a lente principal tem um MTF melhor em todas as posições, para detalhes de alta e baixa frequência (30 e 10 LP/mm). A vantagem da lente prime é ainda mais pronunciada nas regiões externas da imagem da câmera.
Linhas em negrito x linhas finas . As linhas em negrito descrevem a quantidade de contraste "pop" ou em pequena escala, enquanto as linhas finas descrevem detalhes ou resolução mais finos. As linhas em negrito costumam ser uma prioridade, pois valores altos podem significar que suas imagens terão uma aparência mais tridimensional, semelhante ao que acontece ao realizar o aprimoramento de contraste local.
No exemplo acima, ambas as lentes têm contraste semelhante em f/8.0, embora a lente principal seja um pouco melhor aqui. A lente zoom quase não perde contraste quando usada em abertura máxima em comparação com f/8.0. Por outro lado, a lente prime perde bastante contraste ao passar de f/8.0 para f/1.4, mas provavelmente porque f/1.4-f/8.0 é uma mudança muito maior do que f/2.8-f/8.0 .
ASTIGMATISMO:LINHAS SAGITAL vs. MERIDIONAL
Linhas tracejadas versus linhas contínuas . Neste ponto, você provavelmente está se perguntando:por que mostrar o MTF para pares de linhas sagital ("S") e meridional ("M")? Não seriam os mesmos? Sim, no centro direto da imagem eles são sempre idênticos. No entanto, as coisas tornam-se mais interessantes progressivamente mais longe do centro. Sempre que as linhas tracejadas e sólidas começam a divergir, isso significa que a quantidade de desfoque não é igual em todas as direções. Esse artefato de redução de qualidade é chamado de "
astigmatismo ", conforme ilustrado abaixo:
Selecione o tipo de aberração:
| Astigmatismo:MTF em S> M |
| Astigmatismo:MTF em M> S |
| Sem astigmatismo:MTF em M=S |
Mova o mouse sobre os rótulos da imagem à direita para ver o efeito do astigmatismo.
S =linhas sagitais, M =linhas meridionais
Observação:Tecnicamente, o S acima terá um MTF um pouco melhor porque está mais próximo do centro da imagem; no entanto, para os propósitos deste exemplo, estamos assumindo que a M&S está em posições semelhantes.
Quando o MTF em S é maior do que em M, os objetos são borrados principalmente ao longo das linhas que irradiam do centro da imagem. No exemplo acima, isso faz com que os pontos brancos pareçam riscar para fora do centro da imagem, quase como se tivessem desfoque de movimento. Da mesma forma, os objetos são borrados na direção oposta (circular) quando o MTF em M é maior do que em S. Muitos de vocês que estão lendo este tutorial agora podem até estar usando óculos que corrigem um astigmatismo...
Nota técnica :Com lentes grande angulares, as linhas M são muito mais propensas a ter um MTF menor do que as linhas S, em parte porque elas tentam preservar uma projeção de imagem retilínea. Portanto, à medida que o ângulo de visão se torna mais amplo, os assuntos próximos à periferia tornam-se progressivamente mais esticados/distorcidos em direções que se afastam do centro da imagem. Uma lente grande angular com distorção de barril significativa pode, portanto, obter um MTF melhor, pois os objetos na periferia são esticados muito menos do que seriam de outra forma. No entanto, isso geralmente é uma troca inaceitável com a fotografia arquitetônica.
Nos gráficos MTF para o zoom da Canon versus lente prime de antes, ambas as lentes começam a exibir astigmatismo pronunciado nas bordas da imagem. No entanto, com a lente prime, algo interessante acontece:o tipo de astigmatismo se inverte ao comparar a lente em f/1.4 versus a f/8.0. Em f/8.0, a lente borra principalmente na direção radial, o que é uma ocorrência comum. No entanto, em f/1.4, a lente principal desfoca principalmente na direção circular, o que é muito menos comum.
O que o astigmatismo significa para suas fotos? Provavelmente, a maior implicação, além da aparência única, é que as ferramentas de afiação padrão podem não funcionar como pretendido. Essas ferramentas assumem que o desfoque é igual em todas as direções, então você pode acabar afinando demais algumas bordas, enquanto deixa outras bordas ainda parecendo desfocadas. O astigmatismo também pode ser problemático com fotos contendo estrelas ou outras fontes de luz pontuais, pois isso tornará o desfoque assimétrico mais aparente.
MTF E ABERTURA:ENCONTRANDO O "PONTO DOCE" DE UMA LENTE
O MTF de uma lente normalmente aumenta para aberturas sucessivamente mais estreitas, depois atinge um máximo para aberturas intermediárias e, finalmente, diminui novamente para aberturas muito estreitas. A figura abaixo mostra o MTF-50 para várias aberturas em uma lente de alta qualidade:
A abertura correspondente ao MTF máximo é o chamado "ponto ideal" de uma lente, pois as imagens geralmente terão a melhor nitidez e contraste nessa configuração. Em uma câmera full frame ou com sensor recortado, esse ponto ideal geralmente fica entre f/8.0 e f/16, dependendo da lente. A localização desse ponto ideal também é independente do número de megapixels em sua câmera.
Notas técnicas :
- Em grandes aberturas, a resolução e o contraste são normalmente limitados por aberrações de luz.
Uma aberração ocorre quando o design imperfeito da lente faz com que uma fonte de luz pontual na imagem não convirja para um ponto no sensor da câmera.
> - Em aberturas pequenas, a resolução e o contraste são normalmente limitados pela difração.
Ao contrário das aberrações, a difração é um limite físico fundamental causado pela dispersão da luz e não é necessariamente uma falha do design da lente.
> - As lentes de alta e baixa qualidade são, portanto, muito semelhantes quando usadas em aberturas pequenas
(como f/16-32 em um sensor de quadro completo ou recortado).
- Grandes aberturas são onde as lentes de alta qualidade realmente se destacam, porque os materiais e a engenharia da lente são muito mais importantes. Na verdade, uma lente perfeita nem teria um "ponto ideal"; a abertura ideal seria apenas totalmente aberta.
No entanto, não se deve concluir que a configuração ideal de abertura seja completamente independente do que está sendo fotografado. O ponto ideal no centro da imagem pode não corresponder ao local onde as bordas e os cantos da imagem parecem melhores; isso geralmente requer uma abertura ainda mais estreita. Além disso, tudo isso pressupõe que seu assunto esteja em foco perfeito; objetos fora da profundidade de campo provavelmente ainda melhorarão em nitidez mesmo quando seu f-stop for maior que o chamado ponto ideal.
COMPARANDO DIFERENTES MARCAS DE CÂMERAS E LENTES
Um grande problema com o conceito MTF é que ele não é padronizado. Comparar diferentes gráficos MTF pode, portanto, ser bastante difícil e, em alguns casos, até impossível. Por exemplo, os gráficos MTF da Canon e da Nikon não podem ser comparados diretamente, porque a Canon usa cálculos teóricos enquanto a Nikon usa medições.
No entanto, mesmo que alguém realizasse seus próprios testes de MTF, eles ainda teriam problemas.
Um gráfico MTF de execução automática típico representa o MTF total líquido do sistema óptico de sua câmera — e não apenas o MTF da lente. Este MTF líquido representa o resultado combinado da lente, sensor da câmera e conversão RAW, além de qualquer nitidez ou outro pós-processamento. As medições de MTF variam, portanto, dependendo de qual câmera é usada para a medição ou do tipo de software usado na conversão RAW. Portanto, é prático comparar gráficos MTF que foram medidos usando metodologias idênticas.
Sensores cortados vs. Full Frame . É preciso ter muito cuidado ao comparar gráficos MTF entre câmeras com diferentes tamanhos de sensores. Por exemplo, uma curva MTF de 30 LP/mm em uma câmera full frame não é equivalente a uma curva MTF diferente de 30 LP/mm em um sensor recortado de 1,6X. O sensor recortado precisaria mostrar uma curva de 48 LP/mm para uma comparação justa, porque o sensor recortado é ampliado mais ao ser impresso no mesmo tamanho.
A diversidade de tamanhos de sensores é o motivo pelo qual alguns começaram a listar a frequência da linha em termos de imagem ou altura da imagem (LP/PH ou LP/IH), em vez de usar uma unidade absoluta como um milímetro. Uma frequência de linha de 1.000 LP/PH, por exemplo, tem a mesma aparência em um determinado tamanho de impressão — independentemente do tamanho do sensor da câmera. Alguém poderia suspeitar que parte do motivo pelo qual os fabricantes continuam mostrando gráficos MTF em 10 e 30 LP/mm para DX, EF-S e outras lentes de sensor recortadas é porque isso faz com que seus gráficos MTF pareçam melhores.
LIMITAÇÕES DO GRÁFICO MTF
Embora os gráficos MTF sejam uma ferramenta extremamente poderosa para descrever a qualidade de uma lente, eles ainda têm muitas limitações. Na verdade, um gráfico MTF não diz nada sobre:
- Qualidade de cor e aberrações cromáticas
- Distorção de imagem
- Vinheta (queda de luz em direção às bordas de uma imagem)
- Suscetibilidade ao reflexo da lente da câmera
Além disso, outros fatores, como a condição do seu equipamento e a técnica da câmera, podem ter um impacto muito maior na qualidade de suas fotos do que pequenas diferenças no MTF. Alguns desses fatores de redução de qualidade podem incluir:
- Precisão de foco
- Tremido da câmera
- Poeira no sensor digital da sua câmera (veja o tutorial sobre limpeza do sensor da câmera)
- Microabrasões, umidade, impressões digitais ou outros revestimentos em sua lente
Mais importante ainda, embora os gráficos MTF sejam ferramentas incrivelmente sofisticadas e descritivas - com muita ciência boa para apoiá-los - nada supera simplesmente inspecionar visualmente uma imagem na tela ou impressa. Afinal, as fotos são feitas para olhar, então isso é tudo o que realmente importa no final do dia. Muitas vezes, pode ser muito difícil discernir se uma imagem ficará melhor em outra lente com base em um MTF, porque geralmente há muitos fatores concorrentes:contraste, resolução, astigmatismo, abertura, distorção etc. Uma lente raramente é superior em todos esses aspectos ao mesmo tempo. Se você não consegue distinguir a diferença entre fotos com lentes diferentes usadas em situações semelhantes, então quaisquer discrepâncias de MTF provavelmente não importam.
Por fim, mesmo que o MTF de uma lente seja realmente pior que o de outra, a nitidez e o aprimoramento de contraste local podem muitas vezes tornar essa desvantagem imperceptível em uma impressão - desde que a diferença de qualidade original não seja muito grande.
