MTF bedeutungFeuerwehr

Bei der Auflösung handelt es sich um die Fähigkeit eines Bildverarbeitungssystems, Objektdetails zu unterscheiden. Die Auflösung wird häufig in Linienpaaren pro Millimeter ausgedrückt (wobei ein Linienpaar eine Folge einer schwarzen und einer weißen Linie ist). Dieses Maß, Linienpaare pro Millimeter $ \small{\left( \tfrac{\text{lp}}{\text{mm}} \right)} $, wird auch Raumfrequenz genannt. Der Kehrwert der Raumfrequenz ist der Abstand in Millimetern zwischen zwei aufgelösten Linien. Zum Überprüfen der Systemleistung sind Testmuster mit einer Reihe von äquidistanten, abwechselnd weißen und schwarzen Bereichen (z. B. ein 1951 USAF-Testbild oder ein Ronchi-Gitter) abesonders gut geeignet. Ausführlichere Informationen zu Testbildern finden Sie in unserem Artikel zur zur Auswahl des richtigen Testbilds. Bei allen Abbildungsoptiken werden die perfekten Linienkanten bei der Abbildung eines solchen Musters etwas unscharf (Abbildung 1). Hochauflösende Bilder zeigen viele Details an, da die Unschärfe minimal ist. Demgegenüber fehlen in Bildern mit geringer Auflösung feine Details.

Für eine richtige Definition der Modulationstransferfunktion müssen zuerst zwei notwendige Begriffe für die Charakterisierung der Abbildungsleistung definiert werden: Auflösung und Kontrast.

Bei gleichen Prüfparametern ist offensichtlich, dass das Objektiv #59-871 (mit einer besseren MTF-Kurve) eine bessere Abbildungsleistung als das Objektiv #54-855 aufweist (Abbildung 11 und Abbildung 12). In diesem realistischen Beispiel mit diesen speziellen 1951 USAF-Elementen führt ein höherer Modulationswert bei höheren Raumfrequenzen zu einem klareren Bild. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Einige Objektive sind so ausgelegt, dass sie kleinere Raumfrequenzen sehr präzise auflösen können, und verfügen über eine sehr kleine Grenzfrequenz (d. h., dass sie keine höheren Raumfrequenzen auflösen können). Wären die Elemente 5 und 6 in der Gruppe -1 als Testbild verwendet worden, hätten die beiden Objektive wegen ihrer Modulationswerte bei kleineren Raumfrequenzen wesentlich ähnlichere Bilder erzeugt.

Stellen Sie sich zum besseren Verständnis der Beziehung zwischen Kontrast und Bildqualität ein Objektiv mit der gleichen Auflösung wie in Abbildung 1 und Abbildung 4 vor, das jedoch zum Abbilden eines Objekts mit einer größeren Linienpaarfrequenz verwendet wird. Abbildung 5 zeigt, dass der Kontrast des Bilds abnimmt, wenn die Raumfrequenz der Linienpaare zunimmt. Dieser Effekt ist bei der Verwendung von Objektiven der gleichen Auflösung immer vorhanden. Damit das Bild objekttreu angezeigt wird, muss schwarz wirklich schwarz und weiß wirklich weiß mit einem minimalen Graustufenanteil dazwischen sein.

In Bildverarbeitungsanwendungen spielen Objektiv, Kamerasensor und Beleuchtung eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des resultierenden Bildkontrasts. Der Objektivkontrast wird normalerweise als Prozentsatz des reproduzierten Objektkontrasts definiert. Die Fähigkeit des Sensors, den Kontrast zu reproduzieren, wird für Analogkameras normalerweise in Dezibel (dB) und für Digitalkameras in Bits angegeben.

MTFtrans

Without an AR coating, lenses have noticeable glare, which means light reflects off their surfaces, limiting the quantity of light traveling through the lens. This can make your vision less clear and lower your ability to detect contrasts, especially at night.

For optimal clarity throughout the day, anti-reflective coatings can be applied to regular optical lenses as well as sunglasses.

Wenn Optikingenieure die Leistung von optischen Systemen vergleichen möchten, wird dafür oftmals die Modulationstransferfunktion (MTF) verwendet. Die MTF wird für so einfache Komponenten wie sphärische Einzellinsen bis hin zu komplexen telezentrischen Objektiven mit mehreren Elementen verwendet. Um den Stellenwert der MTF zu verstehen, finden Sie hier einige allgemeine Grundlagen und praktische Beispiele für die Definition der MTF einschließlich Komponenten, Bedeutung und Charakterisierung.

Alle Komponenten in einem System verfügen über eine Modulationstransferfunktion (MTF) und tragen somit zur Gesamt-MTF des Systems bei. Dazu zählen beispielsweise u. a. das Objektiv, der Kamerasensor, die Bilderfassungskarte und die Videokabel. Die resultierende MTF des Systems ist das Produkt aller MTF-Kurven der jeweiligen Systemkomponenten (Abbildung 7). Ein 25-mm-Objektiv mit fester Brennweite und ein gaußsches Doppelobjektiv mit einer Brennweite von 25 mm können z. B. durch Auswertung der resultierenden Systemleistung beider Objektive mit einer Monochromkamera von Sony verglichen werden. Durch die Analyse der MTF-Kurve des Systems kann direkt bestimmt werden, welche Kombination die gewünschte Leistung bietet. In einigen messtechnischen Anwendungen ist beispielsweise für eine präzise Kantenerkennung im Bild ein bestimmter Kontrast erforderlich. Wenn der minimale Kontrast 35% sein muss und die erforderliche Bildauflösung 30 lp/mm beträgt, ist das gaußsche Doppelobjektiv mit einer Brennweite von 25 mm die optimale Auswahl.

FTMbedeutung

In Abbildung 6 ist die MTF eines aberrationsfreien Bilds mit einer rechteckigen Pupille grafisch dargestellt. Wie zu erwarten, wird die MTF kleiner, wenn die räumliche Auflösung größer wird. Hier muss darauf hingewiesen werden, dass diese Fälle idealisiert sind, da kein reales System völlig aberrationsfrei ist.

Anti-reflective (AR) eyeglass lenses reduce glare and reflections that are distracting and affect how well you see. That’s why anti-reflective coatings are one of the most popular lens choices among people who wear glasses.

AR lenses have  a specialized coating that is made of a microscopic layer of metal oxides that neutralize reflections, allowing it to minimize glare from the front and back surfaces of each lens. They aid in the transmission of light through the optical lens and into your eye.

Die Modulationstransferfunktion (MTF) stellt einen der wichtigsten Parameter für die Messung der Bildqualität dar. Optikingenieure nutzen häufig MTF-Daten als Referenz, insbesondere in Anwendungen, in denen es darauf ankommt, dass ein bestimmtes Objekt präzise abgebildet wird. Um die MTF wirklich zu begreifen, ist ein Verständnis der Begriffe Auflösung und Kontrast sowie der Übertragung des Bilds eines Objekts von der Objektebene in die Bildebene erforderlich. Obwohl zunächst abschreckend, sind Kenntnis und Deutung der MTF-Daten ein leistungsfähiges Hilfsmittel für jeden Optikingenieur. Mit Fachwissen und Erfahrung kann die MTF die Auswahl des richtigen Objektivs in dem umfangreichen verfügbaren Angebot erheblich vereinfachen.

MTF BedeutungOptik

Sie können Linienpaare besser verstehen, wenn Sie sich diese als Bildpunkte auf einem Kamerasensor vorstellen, wobei ein einzelnes Linienpaar zwei Bildpunkten entspricht (Abbildung 2). Für jedes Linienpaar, das die Auflösung definiert, sind zwei Bildpunkte des Kamerasensors erforderlich: ein Bildpunkt entspricht der roten Linie, der andere dem Leerraum zwischen Bildpunkten. Anhand der oben erwähnten Vorstellung kann die Bildauflösung der Kamera jetzt als das Zweifache der Bildpunktgröße angegeben werden.

Eine große Fläche unter der MTF-Kurve ist nicht immer ein Anzeichen für eine optimale Wahl. Ein Optikingenieur muss seine Entscheidung basierend auf der Auflösung für die jeweilige Anwendung fällen. Wie bereits oben erwähnt, stellt ein MTF-Diagramm den Prozentsatz des übertragenen Kontrasts über der Raumfrequenz (Zyklen/mm) der Linien grafisch dar. Bei den MTF-Kurven, die von Edmund Optics® zur Verfügung gestellt werden, müssen folgende Punkte beachtet werden:

What doesMTFmean on instagram

Another advantage of AR coatings is that they make your glasses and eyes look better by nearly eliminating distracting reflections and glare that would otherwise bounce off your glasses.

Dementsprechend wird die Objektauflösung über die Kameraauflösung und die Primärvergrößerung (PMAG) des Objektivs berechnet (Gleichung 1 und Gleichung 2). Hier muss unbedingt darauf hingewiesen werden, dass in diesen Gleichungen davon ausgegangen wird, dass das Objektiv die Auflösung nicht beeinträchtigt.

AR coatings can also help prevent eye fatigue and digital eye strain. Your eyes don’t have to work as hard to capture a quality image since they get more light.

MTFGeschlecht

Nachdem die Komponenten der Modulationstransferfunktion (MTF), Auflösung und Kontrast/Modulation, bekannt sind, kann jetzt die MTF eingehender behandelt werden. Die MTF eines Objektivs ist – wie der Name schon sagt – ein Maß für die Fähigkeit des Objektivs, Kontrast bei einer bestimmten Auflösung vom Objekt auf das Bild zu übertragen. Mit anderen Worten: die MTF ist eine Möglichkeit, Auflösung und Kontrast in einer einzigen Spezifikation anzugeben. Wenn der Linienabstand im Testbild abnimmt (d. h., die Raumfrequenz zunimmt), wird es für das Objektiv immer schwerer, diese Kontrastabnahme effizient zu übertragen. Die MTF nimmt daher ab (Abbildung 6).

Die MTF stellt eines der besten Hilfsmittel dar, um die gesamte Abbildungsleistung eines Systems in Bezug auf Auflösung und Kontrast zu quantifizieren. Wenn ein Optikingenieur die MTF-Kurven aller Objektive und Kamerasensoren in einem System kennt, kann er bei der Optimierung für eine bestimmte Auflösung die geeignete Wahl treffen.

When you have AR coatings on your lenses, driving at night becomes a lot easier. The halo effect around car lights is reduced considerably.

Die Edmund Optics GmbH Deutschland fungiert als Handelsvermittler für die Edmund Optics Ltd. in Großbritannien.Vertragspartner ist die Edmund Optics Ltd. in Großbritannien.

Stellen Sie sich vor, dass die Intensität eines Testmusters normalisiert wird, indem den weißen Musterbereichen ein Maximalwert und den schwarzen Musterbereichen der Wert Null zugewiesen wird. Die Darstellung dieser Werte als Kurve führt zu einer Rechteckwelle, anhand derer die Vorstellung des Kontrasts erleichtert wird (Abbildung 3). Mathematisch wird der Kontrast gemäß Gleichung 3 berechnet:

In der klassischen Systemintegration (und weniger kritischen Anwendungen) wird die Leistung des Systems gemäß dem Prinzip des schwächsten Glieds grob abgeschätzt. Das Prinzip des schwächsten Glieds besagt, dass die Auflösung eines Systems ausschließlich durch die Komponente mit der geringsten Auflösung begrenzt wird. Obwohl diese Methode für überschlägige Abschätzungen sehr nützlich ist, ist sie in Wirklichkeit unzureichend, weil jede Komponente im System einen Fehlerbeitrag zum Bild leistet, sodass die Bildqualität schlechter ist als die durch das schwächste Glied allein verursachte Qualität.

TransMtF bedeutung

Gedanklich kann die MTF schwer zu begreifen sein. Die einfachste Möglichkeit, diese Vorstellung der Kontrastübertragung von der Objektebene in die Bildebene zu verstehen, ist vielleicht die Untersuchung eines realen Beispiels. Die Abbildungen 8 bis 12 vergleichen die MTF-Kurven und Bilder für zwei 25-mm-Objektive mit fester Brennweite: #54-855 endlich korrigiertes µVideo-Objektiv und #59-871 kompaktes Objektiv mit Festbrennweite. Abbildung 8 veranschaulicht die polychrome Beugungs-MTF für diese beiden Objektive. Abhängig von den Prüfbedingungen können beide Objektive eine gleichwertige Leistung erbringen. In diesem speziellen Beispiel sollen beide Objektive die Elemente 5 und 6 in der Gruppe 2 (die roten Kästchen in Abbildung 10) sowie die Elemente 5 und 6 in der Gruppe 3 (die blauen Kästchen in Abbildung 10) in einem 1951 USAF-Testbild (Abbildung 9) auflösen. Was die tatsächliche Objektgröße angeht, stellen die Elemente 5 und 6 in der Gruppe 2 eine Raumfrequenz von 6,35 und $ \small{7,13 \tfrac{\text{lp}}{\text{mm}}} $ (14,03 bzw. 15,75 μm) sowie die Elemente 5 und 6 in der Gruppe 3 eine Raumfrequenz von 12,70 und $ \small{14,25 \tfrac{\text{lp}}{\text{mm}}} $ (7,02 bzw. 7,87 μm) dar. Eine einfache Möglichkeit zum Berechnen der Auflösung, wenn die Element- und Gruppennummern bekannt sind, bietet unser 1951 USAF-Auflösungsrechner.

MTF bedeutungmedizin

Wird dieses gleiche Prinzip auf das Abbildungsbeispiel in Abbildung 1 angewendet, ist das Intensitätsmuster vor und nach der Abbildung erkennbar (Abbildung 4). Der Kontrast bzw. die Modulation kann dann als Abbildungstreue der minimalen und maximalen Intensitätswerte von der Objektebene in die Bildebene definiert werden.

Für ein aberrationsfreies Bild mit einer kreisförmigen Pupille wird die MTF durch Gleichung 4 bestimmt. Die MTF ist dabei eine Funktion der räumlichen Auflösung $ \small{\left( \xi \right)} $, die sich auf das kleinste Linienpaar bezieht, die das System auflösen kann. Die Grenzfrequenz $ \small{\left( \xi _c \right)} $ wird gemäß Gleichung 6 berechnet.

Die theoretische Kurve einer Modulationstransferfunktion (MTF) kann anhand der optischen Linsendaten erstellt werden. Obwohl dies hilfreich sein kann, ist damit nicht die tatsächliche, reale Leistung des Objektivs nach Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen bekannt. Fertigungstoleranzen führen immer zu einer geringeren Leistung im Vergleich zum ursprünglichen optischen Design, da Faktoren wie Geometrie und Beschichtung geringfügig von einem idealen Objektiv oder Objektivsystem abweichen. Aus diesem Grund setzt Edmund Optics® an seinen Fertigungsstandorten optische Prüf- und Messgeräte ein, um die MTF zu quantifizieren. Die Prüf- und Messgeräte für die MTF ermöglichen eine Charakterisierung der tatsächlichen Leistung von anwendungsspezifisch entworfenen Objektiven und im Handel erhältlichen Objektiven (deren optische Linsendaten nicht öffentlich verfügbar sind). So kann eine konkrete Integration – bisher auf Objektive mit bekannten Linsendaten beschränkt – jetzt auch handelsübliche Objektive enthalten.

Anti-reflective coatings allow 99.5 percent of light to flow through the lens, compared to 92 percent for regular lenses.