FUJINON LA16x8BRM鏡頭成像質量研究

（北京電影學院中國電影高新技術研究院，北京? 100088）

摘? 要：2019年年初，富士發(fā)布專門針對BMD URSA Broadcast 攝影機設計的FUJINON LA16x8BRM 2/3專業(yè)級4K鏡頭，焦段為8-128mm，16倍變焦，外形小巧，自重輕，僅1.6KG，且支持4K和HD，主要在新聞采編，演播室等地方應用。目前，該鏡頭只配套BMD URSA Broadcast 攝影機一起銷售。這樣的一款鏡頭，其成像質量究竟如何，本文試圖通過一定的測試研究，將給予相應答案。

關鍵詞：MTF曲線;鏡頭測試;分辨率;色散? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?中圖分類號：TP391.41? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1671-0134（2020）01-120-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.19483/j.cnki.11-4653/n.2020.01.035

本文著錄格式：韋德富.FUJINON LA16x8BRM鏡頭成像質量研究[J].中國傳媒科技，2020，01（01）：120-122.

1.FUJINON LA16x8BRM鏡頭概述

富士發(fā)布專門針對BMD URSA Broadcast 攝影機設計的FUJINON LA16x8BRM 2/3專業(yè)級4K鏡頭，支持4K和HD，以下簡稱4K鏡頭。如圖1

鏡頭的參數(shù)：

· 焦段范圍：8.0 - 128 mm

· 變焦比：16x

· 最近對焦距離：0.8 m

· 光圈范圍：F1.9 – 2.8

· 尺寸：Φ 85 x 163.8 mm

· 重量：1.6 kg （3.52 lbs）

根據(jù)官方的介紹，該鏡頭得益于獨特的后焦設計，整支鏡頭只有1.6 kg重。它還有一個新的電子法蘭調整鍵，帶微距切換功能，在變焦切換拍攝時高效便捷。FUJINON LA16x8BRM的尺寸和重量與URSA Broadcast搭配起來很平衡，4K分辨率和16x變焦適合EFP、新聞采編和演播室應用，且成像質量卓越。

為了檢驗這款鏡頭的成像質量如何，筆者找來了兩只比較常用較有可比性的鏡頭來做參照。一支為老的富士XA16X8A-XB4? 8-128mm 16倍變焦鏡頭，以下簡稱為HD鏡頭;另一只德國Zeiss? digiprime 20mm定焦鏡頭，以下簡稱定焦鏡頭。

2.測試目標

對比這三支鏡頭在影像分辨率、MTF曲線、色散、邊緣銳度方面的表現(xiàn)。

3.測試方案

通過將三支不同的鏡頭安裝在URSA Broadcas攝影機上，用4k的分辨率拍攝反射式的ISO 12233標準版測試卡，并通過IMATEST等軟件分析影響系統(tǒng)拍攝所獲得的測試卡圖像的方式，來對比三支不同的鏡頭在成像質量上的差異，以此獲知LA16x8BRM這支鏡頭的成像質量究竟如何。兩支變焦鏡頭同時選取了8mm、20mm、50mm、128mm焦段下，分別在T1.9、T4、T8、T11 四個不同的光孔的情況下成像質量性能對比。其中，定焦鏡頭則選擇了20mm的焦段為參考對比。

4.測試注意事項

4.1測試卡的照明

測試卡的應該均勻受光，在圖表的任何地方的照度需控制在圖表中心照度的±10%。光源面積盡量大，光線柔和為佳。測試卡應該不受任何其它反射光的干擾。

4.2取景構圖

放置圖表時使之與相機的焦點面平行，并且使得橫向看時，水平方向的粗框與畫面水平框平行。根據(jù)12233的規(guī)定，拍攝時盡量讓圖表的有效高度正好占滿畫。

4.3白平衡

相機的白平衡設置應與照明光源色溫一致。

5.測試依據(jù)

筆者意在對比三支鏡頭在MTF曲線、分辨率、色散以及邊緣銳度的性能表現(xiàn)差異。由于三支鏡頭采用同一款攝影機，統(tǒng)一了攝影機變量，所以三個鏡頭拍攝測試卡之后的成像質量的差異基本上可以認定為鏡頭因素所造成的成像質量差異。

6.測試結果分析

6.1分辨率對比

ISO 12233測試卡測試分辨率的方法較多，楔形圖可用于測試目力分辨率，比較直觀，當然也有一些讀取楔形圖的軟件如HYRes、imates、iQ-Analyzer、IQstest等等。通過拍攝ISO 12233測試卡的楔形線測試的優(yōu)點：

（1）直觀，憑肉眼就可觀察;

（2）相對SFR來說，對測試要求較低;

（3）數(shù)據(jù)覆蓋面大，比頻率線測試精確;

（4）可用相應軟件輔助，得到非常精確的數(shù)據(jù)。

當然，我們讀出的線對數(shù)值只能代表該位置的分辨率情況。不能反映一個成像系統(tǒng)在不同位置的解析力。但是，當我們對比不同系統(tǒng)同一位置的楔形圖時，統(tǒng)一了位置變量，可以得到不同鏡頭的相應測試位置的分辨率表現(xiàn)情況。

本次測試筆者采用IQSTEST軟件進行楔形圖分析。所獲得的測試結果為該攝影系統(tǒng)在該楔形圖處的極限分辨率大小，單位為LW/PH（Line Widths per Picture Height），LW/PH是指每像高可以分辨多少條線。以圖2為例，圖2根據(jù)三支鏡頭在是8MM，20MM，50MM，128MM處，楔形圖的測試結果。

經(jīng)過整理對比測試數(shù)據(jù)可得到如下結論：

（1）在8mm處，當光孔為1.9時，4K鏡頭解像力為1047LW/PH，HD鏡頭解像力為671.42LW/PH，4K鏡頭遠優(yōu)于HD鏡頭，隨著光孔的縮小，當光孔收到11時，4K鏡頭的解像力為1031.19LW/PH，HD鏡頭解像力為989.04LW/PH，兩支鏡頭的解像力逐漸接近。但4K依舊一直優(yōu)于HD鏡頭。4K鏡頭相對穩(wěn)定，受光孔變化影響較小，HD鏡頭受光孔影響較大。

（2）在20mm處，三支鏡頭的解像力隨著光孔的縮小均有變化，其中定焦鏡頭相對穩(wěn)定。在T4-T8處，4K鏡頭表現(xiàn)優(yōu)越。而光孔縮小到11之后，定焦鏡頭的穩(wěn)定性被凸顯出來。表現(xiàn)不太理想的依舊是HD鏡頭。

（3）在50mm焦段，最大光孔處，4K鏡頭解像力為1064.8LW/PH，HD鏡頭為1081LW/PH，HD鏡頭解像力略勝一籌.但是隨著光孔的縮小，HD鏡頭的解像力呈現(xiàn)斷崖式的下跌，到了11的光孔處，HD鏡頭解像力已經(jīng)降到956LW/PH了，而4K鏡頭表現(xiàn)得很穩(wěn)定，維持在1091LW/PH。

（4）在最長焦128mm焦段處，4K鏡頭整體表現(xiàn)依舊優(yōu)越，1088LW/PH的解像力遠遠大于HD鏡頭的923.9LW/PH。隨著光孔的縮小，4K鏡頭的解像力波動不大。反觀HD鏡頭，在8的光孔處，它的解像力稍微出彩，小于8的光孔之后，解像力也下降得厲害。但是在11的光孔處，兩支鏡頭水平相當。

6.2 MTF曲線及色散

6.2.1 MTF曲線

利用12233測試卡的斜邊測試MTF曲線。根據(jù)MTF 的定義，測量 MTF 需要非常昂貴的正弦圖形卡，而且要獲得 MTF 曲線結果的計算量相當大。Imatest 軟件采取了更低成本的空間頻率響應? （SFR， Spatial frequency response）? 來代替，此方法只需要分析一條帶有傾斜角度的黑白雙色斜線圖案即可獲得所需 MTF曲線。黑白斜邊即可分析出此影像系統(tǒng)在該位置處的的MTF曲線值。

其中，MTF50是當MTF數(shù)值等于0.5時，對應的頻率值。它與人眼分辨的極限分辨率對應的MTF數(shù)值接近，因此，MTF50是目前一個廣泛應用的銳利度衡量標準。

6.2 MTF曲線分析結果

筆者選取了三支鏡頭共同擁有的焦段20mm作為測試焦段，光孔T4為測試光孔。取ISO12233測試圖中四個位置為取樣點，用來對比不同鏡頭的平均MTF50值。其中重點對比以1號點為主的中心點與以2號點為主的邊緣點的值。用來對比畫面中心與邊緣的成像質量差異。以下是測試結果圖。

根據(jù)所測得數(shù)據(jù)，可得出表1的MTF曲線對比結果。

對比值結論 鏡頭中心解析力好，邊緣解析力有所下降，不過相對來說邊緣下降的范圍不算大。 同樣，中心解析力好，邊緣解析力差，下降的范圍也不算太大 鏡頭中間解析力最好，邊緣解析力下降較多 在中心與邊緣解像力下降幅度對比上，4K鏡頭與HD鏡頭下降幅度相當。而定焦鏡頭則下降幅度較大，次于4K及HD鏡頭

6.2.3色散及邊緣銳度表現(xiàn)

同樣的，筆者選取了三支鏡頭共同擁有的焦段20mm作為測試焦段，光孔T4為測試光孔。選取位置跟選擇MTF曲線測試的位置一致。以這四個點為取樣點，用來對比不同鏡頭的平均CA值以及銳度表現(xiàn)。其中重點對比以1號位為主的中心點與以2號位為主的邊緣點的CA值。用來對比畫面中心與邊緣的成像質量差異。

在Imatest軟件中，CA（Chromatic Aberration）是色散值的大小，CA單位為pixels。CA值在0～0.5之間時：色散控制極佳;在0.5～1.0之間時：較好范圍;在1.0～1.5：人肉眼可識別，中等鏡頭;在1.5以上的：成像較差。

10-90%這一項為邊緣過渡像素，這個值越小，說明所選取黑白色塊邊緣越鋒利，分辨率越高。

Over/undershoot這一項為邊緣銳化程度指數(shù)。這個值越高說明所選取黑白色銳化程度指數(shù)高。表現(xiàn)就更好。

通過軟件的計算，可得到如表2數(shù)據(jù)。

自身對比結論 整體色散表現(xiàn)較其他兩支鏡頭來說較為穩(wěn)定。但是其實邊緣的色散CA值也到了1.7，這是肉眼可分辨的色散了。 在畫面中心處色散控制得尚可，但是在畫面邊緣的位置，色散的CA值已經(jīng)到了難以接受的程度。 在中心處色散表現(xiàn)還可以，但是受到位置的影響較大。靠近畫面邊緣的地方色散控制表現(xiàn)得很不理想 整體而言，三支鏡頭的中心色散表現(xiàn)都還可以。但是邊緣色散控制得都不理想。論邊緣表現(xiàn)排名的話，4K鏡頭優(yōu)于HD鏡頭優(yōu)于定焦鏡頭。

結語

三支鏡頭各有所長各有所短，綜合素質上，Digiprime定焦鏡頭優(yōu)于LA16x8BRM鏡頭頭優(yōu)于XA16X8A-XB4頭。

在大光孔之下，三支鏡頭均有各自的優(yōu)缺點，隨著光孔的收縮到一定程度，很多缺點得到改善。原因在于收縮光孔之后光線更加集中在靠近光軸成像，可以避免很多缺點。其中，4K頭和HD頭的等效焦距約為1～1.12之間。HD頭偏廣一些。出現(xiàn)一個范圍的等效焦距的原因在于兩支鏡頭的呼吸效應不一致，導致兩支鏡頭在同一數(shù)值的焦段上視場角不一致，并且這種差別會隨著焦段的變化而呈現(xiàn)非線性變化。

整體而言，LA16x8BRM鏡頭的表現(xiàn)相對這款老的XA16X8A-XB4鏡頭來說還算卓越。在MTF50、色散、銳度、鏡頭分辨率方面相對于老款鏡頭來說有不小的提升。

[1] 陳加新 . 基于 Imatest 的移動終端攝像頭性能評判體系 [D].上海交通大學，2014.

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[4] 趙陽，周令非 . 攝影鏡頭的光學成像質量控制——鏡頭關鍵指標對攝影創(chuàng)作的影響 [J].現(xiàn)代電影技術，2018（8）.

[5]ISO 12233：2014 Photography——Electronic still picture imaging——Resolution and spatial frequency responses http： //www.imatest.com.

[6]http：//www.imatest.com

作者簡介：韋德富，男，水族，貴州省都勻市，研究方向：數(shù)字電影技術。