Частотно-контрастная характеристика

Серая шкала «НШ-2» для репродукционной фотосъемки

Часто́тно-контра́стная характери́стика (ЧКХ), или функция передачи модуляции (ФПМ)[1], или модуляционная передаточная функция[2][3] (МПФ; англ. modulation transfer function (MTF )) в полиграфии, оптике, фотографии и др. — параметр, характеризующий качество системы, воспроизводящей изображения (оптические приборы и светочувствительные материалы).

Обычно измеряется и рассматривается не как одно число, а в виде графиков зависимостей контраста. Является безразмерной величиной T, определяемая как отношение величины контраста репродукции (изображения, получаемого с помощью воспроизводящей системы), к контрасту соответствующей области оригинала (воспроизводимого объекта).

Значение частотно-контрастной характеристики T зависит от пространственной частоты деталей оригинала N: чем больше частота N, тем ниже T. Поэтому частотно-контрастной характеристикой называют также график зависимости T от N, измеренный с помощью некоторого стандартного тест-объекта. При определении частотно-контрастной характеристики оценивают распределение освещенности на участках репродукции в сравнении с известным распределением яркостей оригинала. В качестве оригинала при оценке частотно-контрастной характеристики используют периодические решетки (миры) с линейчатой структурой. По результатам измерения строят график зависимости частотно-контрастной характеристики от частоты.

${\displaystyle T={\frac {\left(E_{max}-E_{min}\right)/\left(E_{max}+E_{min}\right)}{\left(L_{max}-L_{min}\right)/\left(L_{max}+L_{min}\right)}}}$

где ${\displaystyle E_{max}}$, ${\displaystyle E_{min}}$ — максимальная и минимальная освещённости итогового изображения, ${\displaystyle L_{max}}$, ${\displaystyle L_{min}}$ — максимальная и минимальная яркости оригинала.

Форма графика такой зависимости и его абсолютные величины описывают интегральную характеристику микроконтраста оптической системы, светочувствительного материала или фотографического процесса.

Частотно-контрастная характеристика связана через преобразование Фурье с функцией рассеяния точки.

Используемые на практике графики зависимости частотно-контрастной характеристики от угла изображения (используется мира фиксированной пространственной частоты и измеряется контраст получаемого изображения) могут ошибочно называться «частотно-контрастной характеристикой» и часто приводятся как графики MFT.

Значение пространственной частоты изображения при определённом (обычно 0,7) значении частотно-контрастной характеристики, выраженное в «линиях на мм», «парах линий на мм» или «обратных мм», обычно называется разрешающей способностью оптической системы или светочувствительного материала.

Изучается резольвометрией.

В цифровой технике

Особенностями рассмотрения MTF в цифровой технике являются:

• фиксированный размер светочувствительного элемента и периодическая структура их расположения (в плёночной фотографии размеры и расположение зёрен фотоматериала случайны);
• взаимозависимость между контрастом деталей и собственными шумами матрицы (в плёночной фотографии есть аналогичная связь с зернистостью плёнки);
• наличие преобразования изображения из внутреннего, «сырого» (raw) представления изображения в окончательную картинку (JPEG или TIFF) и зависимость результата от параметров этого преобразования.

Любая цифровая камера получает с матрицы изображение в так называемом формате Raw. Структура этих данных мало пригодна непосредственно как для рассматривания, так и для получения частотно-контрастной характеристики аппарата.

Тем не менее, эти сырые данные обрабатываются либо на компьютере, либо фотоаппаратом, и после обработки получается файл в универсальном формате (обычно JPG) с информацией, привычной для восприятия и вполне пригодной для резольвометрии.

В процессе обработки устанавливаются:

• чувствительность;
• контраст;
• насыщенность цвета;
• резкость.

В камерах эти настройки фиксированы или регулируются дискретно, выбором из набора определённых производителем камеры величин.

Более широкие возможности предоставляют программы raw-преобразования на компьютере.

Однако изменение всех этих настроек «в сторону увеличения», в конечном итоге, даёт увеличение уровня шума. Поэтому сравнивать MTF у разной цифровой техники необходимо при одинаковом количестве шумов и, если используются какие-либо алгоритмы шумоподавления, то при сопосотавимых параметрах работы этих алгоритмов.

См. также

• Разрешение (оптика)
• Разрешающая способность (телевидение)
• Локальный цвет

Примечания

1. ГОСТ 31580.2-2012 «Имплантаты офтальмологические. Интраокулярные линзы. Часть 2. Оптические свойства и методы испытаний».
2. Модуляционная передаточная функция (МПФ)  (неопр.). Дата обращения: 21 ноября 2022. Архивировано 21 ноября 2022 года.
3. Основы оптики  (неопр.). Дата обращения: 21 ноября 2022. Архивировано 21 ноября 2022 года.

Ссылки

• Подробно о графиках MTF (недоступная ссылка).
• Таблица разрешений K-mount объективов.
• В. И. Кузичев. Частотно-контрастная характеристика // Фотокинотехника: Энциклопедия / Гл. ред. Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981. — 447 с.
• Частотно-контрастная характеристика — статья из Большой советской энциклопедии. 
• Разрешение. Мифы и реальность. MTF и её измерение.
• О разрешении и MTF, методика тестирования ISO 12233.