کنتراست لنز و جداول MTF- قسمت اول

بسیاری از عکاسان – حتی بعضی از عکاسان با تجربه و تحصیل کرده – همیشه در مورد کنتراست بخصوص هنگامی که کنتراست لنز مطرح باشد دچار سردرگمی می شوند. در عکاسی، کنتراست نظیر کلمه سرعت که به حداکثر دیافراگم لنز، اندازه فاصله پرده‌ها در شاتر با سرعت ثابت، یا حساسیت امولسیون اطلاق میشود، در چند مورد مختلف بکار می رود. منظور از کنتراست در کاغذ عکاسی بصورت کار نشده یا با تصویر نهایی روی آن، که به کنتراست کلی نیز معروف است، عبارتست از اینکه چگونه مواد روی کاغذ تغییرات طیفی از سیاه تا سفید یا از روشنترین تا تیره ترین ناحیه را توزیع می کند.
وقتی در مورد کنتراست لنز صحبت میکنیم، منظورمان آن کیفیت فوق نیست. بلکه منظور این است که توانایی لنز در ایجاد تمایز بین جزئیات هر چه کوچکتر و مقادیر طیفی هر چه نزدیکتر و شبیه تر به هم چقدر است. این مشخصه با عنوان میکروکنتراست نیز شناخته میشود. لنز هر چه کنتراست بهتری داشته باشد توانایی لنز در نشان دادن دو ناحیه با تفاوت جزئی در روشنایی و تشخیص مرز این دو ناحیه از یکدیگر بیشتر است. این موضوع ربطی به محدوده روشنایی و تاریکی یا توزیع طیفها در پرینت نهایی یا اسلاید ندارد.

در طراحی لنز نیاز به رزولوشن و کنتراست بالا داریم. رزولوشن عبارتست از اینکه جزئیات موجود در فیلم را چقدر خوب می توان تشخیص داد و کنتراست یعنی مرز بین رنگهای با طیف مشابه را در سطح میکرو بتوان بخوبی دید.
شما ممکن است لنزی داشته باشید با کنتراست خیلی پایین که بگونه ای ساخته شده باشد تا همان محدوده روشنایی و تاریکی یا سفیدی و سیاهی را ایجاد نماید که یک لنز با کنتراست بالا ایجاد می کند. فقط این لنز جرئیات ریز بسیار کمتری در عکس را نشان می دهد و عکس تقریبا بیروح و تیره به نظر می‌رسد. بعضی از عکسهای عکاسان حرفه ای دارای محدوده کاملی از طیفهای سفید تا سیاه هستند، اما استثنائا درجات کمی از آنچه که ما کنتراست لنز می نامیم را نشان می دهند. کنتراست کم لنز را می توان با استفاده از نصب یک فیلتر نرم کننده یا مات کننده (Softening) بر روی لنز ایجاد نمود. در این حالت شما هنوز عکسی با کنتراست کامل از سفید خالص تا حداکثر سیاهی دارید، ولی کنتراستهای بسیار ریز (میکروکنتراستها) شدیدا کاهش خواهند یافت.
متخصصان می گویند که رزولوشن و کنتراست یک چیزند. نهایتا، این دو کاملا دست در دست یکدیگر دارند، زیرا شما نمی توانید کنتراست را بدون رزولوشن تشخیص دهید و نیز رزولوشن بدون کنتراست قابل تشخیص نیست. اما این مساله مربوط به جزئیات بسیار ریز است، در حد ۳۰ تا ۴۰ خط بر میلیمتر یا حتی “تکرار”های بزرگتر که چشم معمولا قادر به تشخیص آنها در پرینتها و اسلایدها نیست. (“تکرار” یا Frequency در اینجا به فاصله بین خطوط سیاه و سفید با ضخامت مساوی گفته می شود که جداول MTF و خط بر میلیمتر را ایجاد می کنند)

Leica 35mm f/2 Summicron R
در سطوح درشتتر ( یا برای ساختارهای بزرگتر) مثلا ۵ خط بر میلیمتر، شما ممکن است یکی از این دو (رزولوشن و کنتراست) را بیشتر از دیگری داشته باشید و در واقع طراحان لنز انتخابهایشان را در این محدوده انجام میدهند. مثلا لنز Leica 35mm F/2 Summicron-R را در نظر بگیرید که دارای کنتراست بسیار بالا در محدوده درشت ساختار (Large Structure) است، اما رزولوشن بسیار بالایی ندارد. بخاطر همین اگر با یک فیلم با گرین بسیار ریز عکس بگیرید و با یک میکروسکوپ به جزئیات نگاه کنید یا عکس را بزرگ کنید، ممکن است جزئیات واقعی بسیار ریزی را که در عکسهایی که با لنزهای دیگر گرفته شده است نبینید، ولی این لنز Leica با وجود نداشتن چنین جزئیاتی (بخاطر رزولوشن کمتر) هنوز در حد بسیار زیاد و رضایت بخشی احساس شارپنس در تصویر را ایجاد نماید (بخاطر کنتراست درشت ساختار بالا ).
رنگ کنتراست را ایجاد میکند
با اضافه شدن پارامتر رنگ در عکس این موضوع بیشتر دچار سردرگمی می شود، چون بعضی اوقات رنگ شبیه به کنتراست عمل میکند. دو ناحیه با مقادیر روشنایی یکسان ولی یکی با رنگ قرمز و دیگری سبز تصور نمایید. یک عکس سیاه و سفید از این ناحیه بگیرید، یک ناحیه خاکستری بدون تفاوت بین دو ناحیه مشاهده می نمایید. یک عکس رنگی از این ناحیه بگیرید، ناحیه سبز به راحتی از ناحیه قرمز تشخیص داده می شود. هر چند این موضوع ربطی به کنتراست اپتیکال یا حسی ندارد، ولی کنتراست رنگی به تشخیص و در نتیجه حس وضوح بیشتر از تصویر کمک می کند. یعنی لنزهای مختلف در مورد تصاویر سیاه و سفید و رنگی بصورتی مختلف عمل می نمایند. مثلا حدس زده می شود که طراحان Leica طبق عادت توجه بیشتری به کنتراست تقریبا سیکل پایین – یعنی ۵ تا ۲۰ خط بر میلیمتر – دارند و بنابر این رزولوشن لنز در این حد افت کرده است. این نگرش به نظر من هوشمندانه ترین طرح برای عکاسی سیاه و سفید است. لنزهایی که به این صورت بهینه شده اند در عکاسی سیاه و سفید بهتر به نظر می رسند. اما امروزه که بیشتر مردم رنگی عکاسی می کنند، به رزولوشن در فرکانسهای بالاتر توجه بیشتری می شود (در این زمینه کانن و مامیا کاملا موفق هستند) و استفاده از رنگ برای کمک به کنتراست یک نگرش هوشمندانه به حساب می آید.
جدول MTF چیست؟
اساسا ارزیابی لنزها بر اساس این انجام می شود که تا چه حد از فشردگی (خط بر میلیمتر) خطوط سیاه و سفید با توزیع یکنواخت را از هم تفکیک می کنند، مثلا ۱۰، ۲۰، یا ۳۰ خط بر میلیمتر. هر چه این خطوط نزدیکتر به هم باشند، نویز بین خطوط لبه ها را مات تر میکند و باعث میشود خطوط سیاه خاکستری تیره و خطوط سفید خاکستری روشن به نظر برسند. همانطور که خطوط به هم نزدیکتر می شوند به جایی می رسیم که دیگر لنز قادر به تفکیک طیفی بین خطوط نیست و یک سطح خاکستری یک دست را می بیند. این توانایی از لحاظ لنز، بصورت نموداری جدول بندی شده و بنام MTF (Modulation Transfer Function) یا تابع انتقال مدولاسیون شناخته می شود.
نمودارهای MTF معمولا عملکرد لنز را در ارتفاع‌های مختلف تصویر جدول بندی می کنند. این ارتفاع به معنی فاصله از محور اپتیکال است که در مرکز نگاتیو در نظر گرفته میشود (در مرکز تصویر تشکیل شده توسط لنز). خود مرکز تصویر ارتفاع صفر دارد و به طرف گوشه ها که می رویم این ارتفاع زیاد می شود. پس جدول MTF یک دایره تصویر را که توسط لنز تشکیل می شود شرح می دهد. فرض می شود که هر شعاع دیگری از مرکز اپتیکی با آنچه که در نمودار نشان داده شده است معادل است. (در واقع فرش می شود که تمام اجزاء لنز بدرستی در مرکز نصب شده آ«د، ولی خطاهای ساخت و کنترل کیفی را نیز نباید از خاطر برد).
توجه نمایید که هر جدول MTF دو خط نمودار برای هر فرکانس دارد، یکی خط پر و دیگری خط نقطه چین. این نمودارها فقط خطوطی از جسم را اندازه می گیرند که موازی (sagittal) و عمود (tangential) بر شعاع دایره تصویر هستند (منظور از جسم در بحث اپتیکی همان سوژه در عکاسی است که لنز بر روی آن فوکوس کرده است) بعضی از لنزها در مورداین دو خط (موازی و عمود) بطور یکسان عمل نمی کنند. خطوط پر نمودار مربوط به خطوط موازی و خطوط نقطه چین نمودار خطوط عمودی دایره تصویر را نشان می دهند.
از لحاظ فنی، MTF تقریبا کم و بیش رزولوشن و کنتراست را بطور یکسان با هم اندازه می گیرد. به هر حال از نظر یک عکاس در نمودارهای MTF، معمولا موقعیت بالاترین خطها (معمولا ۱۰ lp/mm خط بر میلیمتر، گاهی اوقات ۵) بالاترین ارتباط با کنتراست لنز را بیان میکند. مجموعه پایینتر خطها ( ۳۰ یا ۴۰ lp/mm ) با بیشترین قدرت وضوح لنز ارتباط دارد. معمولا پایینترین مجموعه خطوط هنگام مطالعه جدول MTF برای انتخاب دردرجه دوم اهیت قرار دارند.
باید توجه داشته باشید که سازندگان مختلف با فرکانسهای متفاوتی جداول MTF را اندازه گیری میکنند. یک شرکت ممکن است خطوط نمودار ۵ lp/mm را بکشد که لنزهایشان خوب به نظر آید. این خطوط معمولا به مرز بالایی نمودار نزدیکند. یک سارنده دیگر نیز ممکن است خطوط ۱۰ lp/mm را به عنوان درشتترین ساختاری که اندازه گیری شده در نمودار نشان دهد. این دو جدول را نمی توان مستقیما با هم مقایسه نمود. در واقع، جداول MTF از دو منبع سنجش متفاوت را نیز نمی توان با هم مقایسه نمود. چون آنقدر تفاوتهای تجربی و روشی در این کار وجود دارد که مقایسه را بی معنی می سازد.
برای اینکه با استفاده از MTF در مورد راندمان لنزها به نظر خوبی برسیم، شما به یک خانواده از نمودارها نیاز خواهید داشت. هر لنز در دیافراگم های مختلف و فواصل متفاوت عملکرد متفاوتی خواهد داشت. اگر تنها بخواهیم جداول یک لنز F/16 را در سه فاصله جسم متفاوت – مثلا بی نهایت، فوکوس نزدیک و ۲۰ برابر فاصله کانونی – را ترسیم نماییم به ۲۱ نمودار مختلف از ترکیب فواصل و دیافراگم های مختلف نیاز خواهیم داشت. در واقع شما باید برای حداقل ۶ (یا بطور ایدآل ۳۰) محصول انتخاب شده بصورت اتفاقی این نمودارها را ترسیم نمایید تا نمودار واقعی آن محصول از متوسط آنها به دست آید. به علاوه شرایط مختلف دیگری نیز برای اندازه گیری در هر دیافراگم و فاصله وجود خواهد داشت. بنابر این می بینید که حجم اطلاعات آنقدر بالا می رود که دسترسی به آنها برای مشتاقان بسیار سخت می شود. پس هنگامی که یک سازنده فقط یک جدول برای یک لنز ارائه می دهد به یاد داشته باشید که این جدول تنها برای یک دیافراگم و یک فاصله استو این جدول چیز چندان زیادی به شما نمی گوید مگر معیاری نسبی و ممکن است چیزی که شما دقیقا مد نشر دارید را به شما نشان ندهد.
معمولا سازندگان دو نمودار ارائه می کنند، یکی برای پایینترین و دیگری بالاترین دیافراگم. هر چه این دو نمودار به هم بیشتر نزدیک باشند تقریبا نشان دهنده این است که تغییرات راندمان لنز در محدوده تغییرات دیافراگم کمتر است و بنابر این لنز بهتری است. عبارت تقریبا در اینجا برای این است که از نمودار دو لنز که بازترین دیافراگمشان یکی نیست (مثلا یکی F1.4 و دیگری F2.0) نمی توان نتیجه گرفت که هر دو در F2.0 عملکرد یکسانی دارند یا نه ونیاز به اطلاعات تجربی دارد.
ناهنجاریهای لنز در خارج از مرکز باعث ایجاد ماتی نامنظمی در تصاویر خواهد شد که بنام Bokeh شناخته می شود. بر هم قرارگیری (Superimpose) نسبی خطوط افقی و عمودی جدول MTF، یک پیش بینی کننده خوب برای Bokeh خوب یا هموار است.
بنابر این یک جدول MTF ایده‌آل و خیلی خوب چه شکلی است؟ باید یک جفت نمودار خوب یکی برای دیافراگم باز واید و دیگری دیافراگم متوسط (معمولا با فوکوس بی نهایت) در اختیار داشته باشیم. خطوط پر و نقطه چین برای هر فرکانس در جدول دیافراگم بسته، کم و بیش بصورت روی هم افتاده اند که نشانگر Bokeh خوب است، خطوط حرکت مستقیم در عرض نمودار دارند که نشانگر سازگاری خوب مرکز به مرکز اجزاء لنز است، مجموعه بالایی خطوط تا حد ممکن به بالای نمودار (ساختار درشت) نزدیکترند که نشانگر کنتراست خوب لنز است. سپس در جدول دیافراگم باز واید باید تا جایی که ممکن است نمودارها با جدول دیافراگم بسته شبیه باشند که نشانگر راندمان ثابت در تمام محدوده دیافراگم است. بر اساس تجربه، لنزهایی که با توضیحات فوق تطابق بیشتری دارند در تله های کوتاه و دیافراگمهای متوسط به شدت اصلاح شده و با کیفیت هستند. طراحان اغلب در طراحی لنزهای ماکرو دقت و هزینه بیشتری صرف می کنند، بنابر این می توان گفت لنزهای ماکروی ۱۰۰ mm مانند Leica، Zeiss، Canon و Zuiko 90mm F/2 ساخت Olympus دارای نمودارهای MTF بسیار خوبی هستند. (در این گروه به علت در دسترس نبودن جداول MTF لنزهای Nikkor در مورد این لنزها اظهار نظر نشده است).

Carl Zeiss Apo-Makro-Planar 120mm f/4

Illustrations © Carl Zeiss
این نمودارها مثالی برای یک جدول MTF با کیفیت خیلی خوب میباشد. U در این نمودارها ارتفاع تصویر می باشد. واحد محور عمودی نیز تعداد خطوط در میلیمتر تقسیم بر صد است.
چیزی که مهم است این است که دیدن یک جدول MTF که نمودارهای آن بطور ناگهانی به سمت پایین یا بالا منحرف شوند زیاد جالب نیست. نمودارهایی که به سمت پایین انحراف دارند نشان دهنده رزولوشن خوب و کنتراست بد هستند. بر عکس نمودارهایی که به سمت بالا انحراف شدید دارند نشان دهنده کنتراست خوب و رزولوشن صعیف می باشند. چیزی که مطلوب است دیدن یک افت تدریجی و کم در جهت محور xها در مورد کنتراست است.

برای لنزهای سریع احتمال اینکه افت های شدیدتری را در دیافراگم‌های باز واید نسبت به دیافراگم‌های متوسط مشاهده نمایید بیشتر است. کمی زمان می برد تا کاملا بتوانید یک جدول MTF را تفسیر نمایید، اما چیزی که براحتی می توان فهمید اینست که خطوط پر و نقطه چین چقدر به هم نزدیکند. هر چه این دو به هم نزدیکتر باشند اجزاء خارج از فوکوس دور از مرکز تصویر دقیقتر دیده می شوند در حالی که هر چه از هم دورتر باشند اجزاء خارج از فوکوس دور از مرکز مات تر دیده شده و تا حدودی آستیگماتیسم در طراحی لنز را نشان می دهد. توجه نمایید که آستیگماتیسم برای لنزهای اپتیکی با آستیگماتیسم تعریف شده برای چشم انسان متفاوت است. آستیگماتیسم لنزهای اپتیکی دارای مشکل در فوکوس اشیاء خارج از محور لنز را دارد در حالی که آستیگماتیسم چشم انسان با فوکوس اشیاء واقع در محور مشکل دارد.
اگر بخواهیم عادلانه قضاوت نماییم، باور کردن اینکه تمام شرکتهای مشهور لنز سازی به غیر از لنزهای ارزان و مخصوص مصرف کننده خود سعی میکنند بقیه لنزها را بدون مشکل تولید نمایند سخت است. خریداری یک لنز در بالاترین رده کیفیت محصولات یک شرکت بدون اهمیت به اینکه نام شرکت چیست بیشتر کیفیت کار شما را تضمین می کند تا اینکه دنبال نام شرکتهای مشهور باشید. این بدان معنی نیست که تمام لنزها در یک سطح از رزولوشن و قدرت تفکیک هستند. ولی باید در هر مورد سبک و سنگین نمایید که که اندکی تفاوت چقدر ارزش هزینه بیشتر را برای شما دارد؟ خیلی هات اعتقاد دارند که شرکتهایی نظیر Leica و Zeiss کمتر بر سر کیفیت لنزهایشان مصالحه می کنند و هیچکدام از لنزهایشان نیست که در رده حرفه ای و با کیفیت ساخت بالا نباشد، بر خلاف شرکتهای ژاپنی که لنزهای مصرفی را با قیمتهای پایینی تولید می کنند.