Частотно-контрастная характеристика

Часто́тно-контра́стная характери́стика (ЧКХ), или функция передачи модуляции (ФПМ), или модуляционная передаточная функция (МПФ) в полиграфии, оптике, фотографии и т. п. — один из параметров, характеризующих качество системы, воспроизводящей изображения (такими системами, в частности, являются оптические приборы и светочувствительные материалы).

Серая шкала «НШ-2» для репродукционной фотосъемки

Изучается резольвометрией.

Обычно измеряется и рассматривается не как одно число, а в виде графиков зависимостей контраста.

Частотно-контрастная характеристика — безразмерная величина 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.

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

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

Форма графика такой зависимости и его абсолютные величины описывают интегральную характеристику Микроконтраст 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 MTF (англ. modulation transfer function).

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.

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 преобразования RAW 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

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.