业余条件下望远镜定量评测方法

黑白双煞看世界 · 发表于 2010-5-30 22:23

看北旅06年的文章，funder曾经提出过系统客观的对望远镜评测。看当时的文章，讨论了很多，最后并没有进行下去。很多人有不同意见，因为即使是“权威”人士，也难免带入很多主观感受，也会受到厂家的影响。但funder提出的定量评测的一些方法确实值得探讨和实践。

在摄影领域对镜头和相机的评测已经形成一整套客观和主观的方法。其中采用的一些技术指标是可以在望远镜评测中借鉴一下的。最近研究了一系列镜头指标及其评测方法，提出一些改进方法，可以用于望远镜性能定量评测。借此文把我研究整理的这些方法写出来，抛砖引玉，希望能推动业余领域望远镜定量评测的发展，开创一种全新的业余测试方法，让我们玩镜层次更上层楼，也让望远镜的评测更“客观”，更“定量”。

望远镜作为一个目视光学系统，所具有的光学特性和镜头（汇聚成像光学系统）是类似的（望远镜比镜头多了一个目镜以使得最终成一个无穷远处的像）。分辨率，反差，透光率，色彩还原，像差（球差，彗差，色差，畸变等），眩光，视场，这些都是共同特性，并且大多数特性都可以定量测量。镜头领域的测试有系统的方法，资料也比较容易查到，相信在产业界和光学设计界，望远镜也有标准的测试方法，大概因为望远镜本来就是小众的玩物，业余基本没人研究这个。

当然，有了镜头的标准测试方法，加上一些光学基础知识，要研究一套望远镜的光学特性测试方法，也不是很难的事。只是找到一套适合业余玩家的，可操作的方法，不能引入太多复杂的公式，繁琐的计算，昂贵的设备。除此之外，最后呈现给大家的结果，也要简单明了。

无论什么定量测试，首先要解决的是一个测试仪器定标的问题，比如测试镜头的畸变，你去拍一些直线，然后看拍出来的直线的弯曲程度，这样来确定畸变（见光路图）。在这个测试里，有三个对象，直线，镜头，成像器件（ccd），其中直线和ccd是测试设备，你必须要保证直线是“直”的，成像器件同行列的像素排列也是“直”的，这样的测试设备才算是定过标的。只有定过标的设备测试出来的结果才是有“绝对”意义的。所谓绝对意义，就是如果大家都用定过标的设备和同样的方法测试，得到的结果是一样的。这样的结果也是很容易被别人重复的。专业的测试，测试设备都是做过定标的。在上面的例子里，即使是业余的测试，也很容易保证直线是“直”的，ccd像素也是直排列的。所以镜头的测试，业余条件完全可以完成。包括分辨率测试，业余情况下（比如dpreview常采用的）可以用分辨率标板（iso12233）拍照，标板和ccd定标都没有问题，所以测出的镜头指标是有“绝对”意义的。

望远镜的测试有些麻烦，作为一个目视光学系统，它是不直接汇聚成像的。所以没法接ccd直接成像，而是需要通过另一个汇聚镜头才能成像。大家看一下一般拍照方法望远镜测试光路图。还是以测畸变为例来说明，有四个对象，直线，望远镜，镜头，ccd。其中直线，镜头和ccd是测试设备，直线和ccd定标容易，业余情况即可做到。镜头定标却非常难，镜头本来就有分辨率，反差，透光率，像差等等特性，这些特性同样是望远镜所具有的，并且就是我们希望获得的望远镜的参数，这种情况下，我们测得的实际上“望远镜+镜头”这个光学系统的特性，随着测试者用的镜头不同，得到的结果是不同的，也就是说这样得到的望远镜的光学特性是不具有“绝对”意义的。业余条件下，我们无法对镜头定标，或者说，我们无法选择统一的“定过标的镜头”。这也是一直以来，大家反对用拍照方式评测望远镜的原因。

解决这个问题的方法就是我们不要尝试去获得望远镜“绝对”意义的光学特性，我们只需获得“相对”的光学特性，即可满足业余的需求。大家看评测，最喜欢的文章就是AB对比，或者叫格镜，流行的评测文章，多数也是这种对比测试。以往评测最大的问题就是主观感受影响太大，差距明显的，叫“一眼可见”，这可以给人很大的信息量，但是“无可见差距”，“差距不大”，这些含糊的说法不容易让人理解其感受。并且X某说A比B好，Y某得到的结论又可以是B比A好，这些带有强烈主观色彩的描述确实和个人经验，喜好有极大关系，当然玩镜很大的魅力也正在于一百个人有一百种体验，但是量化参数确实可以给多数人更明确的指示。定量的对比虽然肯定不能完全代替主观感受，但是只要测试方法科学，测试设备稳定，不计个体差异，在误差允许的范围内，“A比B”好这个结论是有“绝对”意义的，是可重复的结论。是有客观价值的结论。

黑白双煞看世界 · 发表于 2010-5-30 22:24

本帖最后由黑白双煞看世界于 2010-5-30 22:58 编辑

接下来的事情就是用什么方法可以定量测试。在funder 06年文章里，提供了很多基本的思路，在现在这个帖子里，我希望补充，细化，修正这些思路，形成可操作的方法，以下就是我制定的具体的测试方法。主要分为分辨率、反差，透光率，色彩还原，畸变，视场，色散等参数。

以下的测试都是基于前面的分析，也就是测试“望远镜+镜头”这个光学系统的特性，由于每一次测试所用的相机（镜头）是相同的，多数情况下我们假设望远镜的光学特性和镜头的光学特性是线性叠加（这个假设在某些情况下是不成立的，比如光学传递函数（MTF）是乘法叠加，无论是线性还是乘法叠加，我们都可以用(B-A)/A这样的计算去除镜头的影响。除非明确知道叠加的数学关系，我们都做这样的假设。这个假设对于“A比B好”这样的分析可能是够用的），那么可以用减法去掉镜头的特性，就可以得到A、B某个特性的定量的优劣关系。

另外这里提出的方法都是我自己据各种资料推算得到（主要参考光学设计和测试书及论文以及镜头测试的方法），个人能力有限，加上以前主要玩摄影，望远镜玩的时间不长。可能有认识上的错误，希望大家讨论并指出。

黑白双煞看世界 · 发表于 2010-5-30 22:25

本帖最后由黑白双煞看世界于 2010-5-30 23:18 编辑

分辨率，反差
这两项参数对成像光学系统至关重要，大家平时所说的“锐度”，基本上就可以等同于分辨率+反差。分辨率测试可以用分辨率标板拍照实现，但由于“分辨率”不等于人们感受到的“锐度”，所以分辨率高的望远镜并不一定代表你观看的时候感觉锐度高。对镜头几十年的研究产生了标准的锐度测试方法-MTF调制传递函数，MTF测试不同于单纯的分辨率测试，它可以基本反应人对镜头的“锐度”感受。具体分析大家可以去查看MTF的资料。这里只对业余条件下如何得到望远镜的MTF曲线的具体方法做一个探索。

经过查阅MTF的一些文章，发现即使是镜头的MTF曲线，也不是业余条件可以测试的。找到的最可行的一个业余方案是软件imatest提供的，SFR方法，SFR是一种简化的MTF测试方法，具体不展开了，大家可以自己去查。拍摄具有倾斜黑白边缘的一个标板得到一张图片，通过分析该图片imatest可以生成一个光学系统的MTF曲线，在我们的系统中，就是“望远镜+镜头”的MTF曲线。在我看到的imatest结果中，这个MTF曲线和厂家提供的数据还是有差距的，所以这种方法并不一定准，但我们测试并不要求“绝对”准确的数据，只要相对有可比性就可以了。

北旅之星 · 发表于 2010-5-30 22:42

去年论坛的虫版研究了亮度的量化测试，不过后来生了儿子，好像兴趣转移了

我原来的意思是，既然每一只镜子进行测试不太现实，那么可以选一些有代表性的镜子先做量化，然后作为标准，其他镜子以此进行AB对比，结果会相对合理准确一些。

容奇大黑猫 · 发表于 2010-5-30 22:49

收藏，好文！

再写几篇，多写点！

容奇大黑猫 · 发表于 2010-5-30 22:49

俺最近才注意到，列兵里面的高手，一堆一堆的！

futureyiwei · 发表于 2010-5-30 22:56

精品都是深夜发表的...

黑白双煞看世界 · 发表于 2010-5-30 23:23

本帖最后由黑白双煞看世界于 2010-5-31 14:11 编辑

分辨率，反差测试环境
采用相机接目镜的拍摄方式，和通常的望远镜目镜摄影光路相同。和通常的方式的不同点在于，所有的兴趣点都放在相机视野中心拍摄。所以每个兴趣点拍一张照片，并且是分别聚焦和曝光的。兴趣点是指用来分析MTF值的区域。参见测试标板，兴趣点是黑白交界的斜线区域，标板中标出8个兴趣点，以下测试中的兴趣点是指竖斜线，竖斜线可以用来测试水平MTF参数。拍摄时望远镜的光轴中心线对准兴趣点1的中心位置，即把兴趣点1这条线的中心放到望远镜视场中心。
拍摄时只有拍摄兴趣点1时，望远镜光轴和镜头光轴是平行的，其他兴趣点需要望远镜光轴和镜头光轴形成一个夹角拍摄，这其实和人看望远镜的方式是类似的。在看边缘视场时，是转动眼球。望远镜光轴和镜头光轴可能的最大夹角即为：表观视场/2。这种测试方式和人眼观看的等价性可以发文另议。

镜头使用Tamron SP 90 Macro。该定焦微距镜头具有较高的锐度。从取景框中对焦过程可以看出，在放大到同样大小的情况下，该镜头直接拍摄图片锐度远大于通过望远镜拍摄。所以最终得到的“望远镜+相机”光学系统的MTF下降，主要影响因素应该是望远镜。

曝光参数。先用光圈优先（A模式）测光，然后手动曝光。实际的实验结果表明，要稍微过曝一点，因为标板质量不高，打印纸不是光滑的，如果拍摄出的照片有明显的纸面颗粒，会影响测试结果。手动白平衡。

手动对焦模式，实验结果表明，对边缘像质差的镜子，对焦非常难。所有的线条都散得很宽，加上严重色散，很难判断合焦。实验中采用一个3.3倍放大取景器，很多时候仍旧难以确定合焦。这可能是该项测试的一大不确定因素。导致结果不准。可以采用多拍几张，选最好结果的方式。采用这种方法后，发现偏差值10%-20%，如果以后能够熟练这个过程，可能能够提高对焦精度。

测试的4个望远镜。我手头没什么高级镜子，本人刚开始玩望远镜，主要对广角和军镜有兴趣，这次用于测试的4个镜子：军全七 7x30；贝12 12x45；日本Jason 广角10x50 7.7度；日本Eagle 广角 10x35 8度。

光路

标板

放大取景

镜头

测试品

黑白双煞看世界 · 发表于 2010-5-30 23:24

本帖最后由黑白双煞看世界于 2010-5-31 15:10 编辑

原计划采用raw格式拍摄所有图片，在实验中发现，就“望远镜+镜头”拍摄的像质而言，jpg和raw不会有多少差异，并且拍摄中的对焦，光轴对准，曝光参数的误差都足以消灭jpg和raw带来的误差。最终选用最高画质jpg格式拍摄。主要原因还是因为imatest处理jpg更方便。
以下测试数据0%是指望远镜视场中心位置测试指标，25%是指视场半径距离中心25%距离的指标。依此类推。
2010年5月30日第一次实际拍摄，前一段时间都是做理论准备，有些问题在处理数据的时候才有体会，已经来不及再拍。所以实际测得的数据应该不是非常理想的，有些照片我认为是拍摄方式的问题造成的质量不好，并不能反映实际观感。就弃用了。主要是10x50 7.7度的那个镜子，最终该镜的照片没有处理。
军全七 7x30 0% 缩小图

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