Qualidade de lente é mais importante que nunca, devido ao número crescente de megapixels nas câmeras digitais atuais. Frequentemente, a resolução das suas fotos digitais é limitada pela lente — e não pela resolução da câmera. Porém, decifrar gráficos MTF e comparar resolução de diferentes lentes pode ser ciência à parte. Este tutorial dá visão geral dos conceitos e termos fundamentais para avaliar qualidade de lente. No mínimo, esperamos que faça você repensar o que é importante ao comprar sua próxima câmera ou lente.
Todos provavelmente conhecem resolução de imagem, mas infelizmente muita ênfase é colocada nessa métrica única. Resolução só descreve quanto detalhe uma lente consegue capturar — e não necessariamente a qualidade do detalhe que é capturado. Outros fatores frequentemente contribuem muito mais para nossa percepção de qualidade e nitidez.
Para entender, vejamos o que acontece quando imagem passa por lente e é registrada no sensor. Para simplificar, usaremos imagens compostas por linhas alternadas preto e branco ("pares de linhas"). Além da resolução da lente, essas linhas não são mais distinguíveis:
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→ |  |
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| Pares de Linhas Alta Resolução | Lente | Pares de Linhas Não Resolvidos |
Exemplo de pares de linhas menores que resolução de lente.
Porém, algo menos compreendido é o que acontece com linhas mais grossas. Mesmo resolvidas, estas deterioram progressivamente em contraste e definição de borda (veja nitidez: resolução e acutância) conforme ficam mais finas:
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→ |  |
| Linhas Progressivamente Mais Finas |
Lente |
Contraste e Definição de Borda Progressivamente Menores |
Para duas lentes com mesma resolução, qualidade aparente da imagem será determinada por quão bem cada uma preserva contraste conforme linhas ficam progressivamente mais finas. Porém, para comparação justa precisamos quantificar essa perda de qualidade...
Uma Função de Transferência de Modulação (MTF) quantifica quão bem variações regionais de brilho de um assunto são preservadas ao passar por lente. O exemplo abaixo ilustra curva MTF para lente perfeita*:
Frequência de Pares de Linhas Crescente →Nota: Espaçamento entre linhas preto/branco exagerado para visibilidade.
Curva MTF assume abertura circular; outras formas produzem resultados ligeiramente diferentes.
*Lente perfeita é aquela cujo detalhe é limitado apenas por difração.
Veja tutorial sobre difração na fotografia para background.
MTF 1.0 representa preservação perfeita de contraste, enquanto valores menores significam perda progressiva — até MTF 0, onde pares de linhas não são mais distinguíveis. Esse limite de resolução é barreira inevitável com qualquer lente; depende apenas da abertura e não dos megapixels. Figura abaixo compara lente perfeita a dois exemplos reais:
Frequência de Pares de Linhas Crescente →
| Lente Câmera Altíssima Qualidade (perto do limite de difração) |
Lente Câmera Baixa Qualidade (longe do limite de difração) |
Comparação entre lente ideal limitada por difração (linha azul) e lentes reais.
Ilustração de pares de linhas abaixo do gráfico não se aplica à lente perfeita.
Passe mouse sobre rótulos para ver como lentes alta e baixa qualidade diferem.
A linha azul representa curva MTF para lente perfeita "limitada por difração". Nenhuma lente real é limitada apenas por difração, embora lentes high-end possam chegar muito mais perto que lentes de baixa qualidade.
Pares de linhas são descritos em frequência: número de linhas que cabem em unidade de comprimento. Essa frequência é expressa em "LP/mm" — pares de linhas (LP) por milímetro (mm). Alternativamente, às vezes expressa em larguras de linha (LW), onde duas LW = um LP.
A maior frequência que lente reproduz sem perder mais de 50% do MTF ("MTF-50") é número importante, pois correlaciona bem com percepção de nitidez. Lente high-end com MTF-50 de 50 LP/mm parecerá muito mais nítida que lente baixa qualidade com MTF-50 de 20 LP/mm (presumindo mesma câmera e abertura; mais depois).
Porém, gráfico MTF vs frequência não é como lentes são normalmente comparadas. Saber apenas (i) resolução máxima e (ii) MTF em talvez duas frequências geralmente é mais que suficiente. O que importa mais é saber como MTF muda dependendo da distância do centro da imagem.
MTF é geralmente medida ao longo de linha saindo do centro para canto distante, para frequência fixa (geralmente 10-30 LP/mm). Essas linhas podem ser paralelas à direção radial (sagital) ou perpendicular (meridional). Exemplo abaixo mostra como essas linhas podem ser medidas e mostradas num gráfico MTF para câmera full frame 35mm:
| Pares de Linhas Meridionais (Circulares) |
| Pares de Linhas Sagitais (Radiais) |
Distância do Centro [mm]
Detalhe no centro virtualmente sempre tem MTF mais alto, e posições mais distantes frequentemente têm MTF progressivamente menor. Por isso cantos de lentes são virtualmente sempre a parte mais suave e de menor qualidade. Discutiremos por que linhas sagitais e meridionais divergem depois.
Agora podemos colocar conceitos em prática comparando propriedades de lente zoom com lente prime (fixa):
Lente Canon 16-35mm f/2.8L II
Lente Canon 35mm f/1.4L Prime
No eixo vertical, MTF de antes: 1.0 = reprodução perfeita, 0 = linhas indistinguíveis. No horizontal, distância do centro, com 21.6 mm sendo canto distante em 35 mm. Para sensor 1.6X cortado, ignore tudo além de 13.5 mm. Além disso, além de ~18 mm com full frame só visível nos cantos extremos:
Nota: Para sensor 1.5X, canto distante em 14.2 mm, borda distante em 11.9 mm.
Veja tutorial sobre tamanhos de sensores digitais para mais sobre como afetam qualidade.
Todas as diferentes linhas nos gráficos MTF podem ser esmagadoras; chave é olhá-las individualmente. Cada linha representa MTF separado sob diferentes condições. Ex: uma linha pode representar MTF em f/4.0, outra em f/8.0. Grande obstáculo para entender gráfico MTF é aprender o que cada linha refere-se.
Cada linha tem três estilos: espessura, cor e tipo. Aqui o que cada um representa:
| Espessura da Linha: | Negrito → 10 LP/mm - contraste em pequena escala Fina → 30 LP/mm - resolução ou detalhe fino |
| Cor da Linha: | Azul → Abertura f/8.0 Preto → Abertura total |
| Tipo de Linha: | Tracejada → Meridional (concêntricos) Sólida → Sagital (radiais) |
Como uma linha pode ter qualquer combinação, gráfico MTF tem total de oito tipos de linhas. Ex: curva negrito, azul, tracejada descreve MTF de linhas meridionais 10 LP/mm em f/8.0.
Linhas Pretas. Mais relevantes quando usando lente em pouca luz, precisa congelar movimento rápido, ou precisa profundidade de campo rasa. MTF de linhas pretas quase sempre será pior caso (a menos que use aberturas incomumente pequenas).No exemplo, linhas pretas infelizmente não são comparação justa, pois abertura total é diferente para cada lente (f/2.8 no zoom vs f/1.4 na prime). É por isso que linhas pretas parecem muito piores na prime. Porém, dado o handicap da prime, ela se sai admiravelmente — especialmente a 10 LP/mm no centro, e 30 LP/mm nas bordas. É altamente provável que prime supere zoom quando ambas em f/2.8, mas não dá para afirmar só pelos gráficos.
Linhas Azuis. Mais relevantes para fotografia de paisagem, ou situações onde precisa maximizar profundidade de campo e nitidez. Também mais úteis para comparações porque linhas azuis sempre em mesma abertura: f/8.0.No exemplo, prime tem MTF melhor em todas posições, para detalhes alta e baixa frequência (30 e 10 LP/mm). Vantagem da prime é ainda mais pronunciada nas regiões externas da imagem.
Linhas Negrito vs. Finas. Negrito descreve "pop" ou contraste em pequena escala, finas descrevem detalhes finos ou resolução. Linhas negrito são frequentemente prioridade pois valores altos significam imagens com visual mais tridimensional, similar a realce de contraste local.No exemplo, ambas lentes têm contraste similar em f/8.0, embora prime seja ligeiramente melhor. Zoom mal perde contraste aberto vs f/8.0. Prime perde bastante contraste de f/8.0 para f/1.4, mas provavelmente porque f/1.4-f/8.0 é mudança maior que f/2.8-f/8.0.
Tracejadas vs. Sólidas. Neste ponto você deve estar se perguntando: por que mostrar MTF para linhas sagitais ("S") e meridionais ("M")? Não seriam iguais? Sim, no centro exato sempre idênticas. Porém, fica interessante progressivamente longe do centro. Quando tracejadas e sólidas começam a divergir, significa que desfoque não é igual em todas direções. Esse artefato redutor de qualidade é chamado "astigmatismo", ilustrado abaixo:
Selecionar Tipo de Aberração:
| Astigmatismo: MTF em S > M |
| Astigmatismo: MTF em M > S |
| Sem Astigmatismo: MTF em M=S |
Passe mouse sobre rótulos na imagem à direita para ver efeito do astigmatismo.
S = linhas sagitais, M = linhas meridionais
Nota: Teoricamente, S acima terá MTF ligeiramente melhor por estar mais perto do centro; porém, para este exemplo assumimos M e S em posições similares.
Quando MTF em S > M, objetos ficam borrados principalmente ao longo de linhas irradiando do centro. No exemplo, pontos brancos parecem estriar para fora do centro, quase como motion blur. Similarmente, objetos borram na direção oposta (circular) quando MTF em M > S. Muitos lendo este tutorial podem estar usando óculos que corrigem astigmatismo...
Nota Técnica: Com lentes grande-angulares, linhas M muito mais propensas a ter MTF menor que S, partly porque tentam preservar projeção retilínea. Conforme ângulo de visão amplia, assuntos na periferia ficam progressivamente mais esticados/distorcidos em direções afastadas do centro. Lente grande-angular com distorção de barril significativa pode alcançar MTF melhor pois objetos na periferia são esticados menos. Porém, isso geralmente é trade-off inaceitável na fotografia arquitetônica.Nos gráficos MTF Canon zoom vs prime anterior, ambas lentes exibem astigmatismo pronunciado nos cantos. Porém, com a prime, algo interessante: tipo de astigmatismo inverte comparando lente em f/1.4 vs f/8.0. Em f/8.0, lente borra principalmente direção radial, ocorrência comum. Em f/1.4, prime borra principalmente direção circular, muito menos comum.
O que astigmatismo significa para suas fotos? Provavelmente maior implicação, além da aparência única, é que ferramentas de nitidez padrão podem não funcionar como pretendido. Elas assumem desfoque igual em todas direções, então você pode super-aguçar algumas bordas, deixando outras ainda borradas. Astigmatismo também problemático com fotos de estrelas ou fontes pontuais, pois torna desfoque assimétrico mais aparente.
MTF de lente tipicamente aumenta para aberturas sucessivamente menores, atinge máximo em aberturas intermediárias, e declina para aberturas muito pequenas. Figura abaixo mostra MTF-50 para várias aberturas numa lente alta qualidade:
A abertura correspondente ao MTF máximo é o "ponto ideal" (sweet spot), pois imagens geralmente terão melhor nitidez e contraste nesse ajuste. Em full frame ou sensor cortado, sweet spot geralmente entre f/8.0 e f/16, dependendo da lente. Localização do sweet spot é independente de megapixels da câmera.
Notas Técnicas:Porém, não se deve concluir que abertura ideal é completamente independente do que se fotografa. Sweet spot no centro pode não corresponder onde bordas e cantos ficam melhores; isso frequentemente requer abertura ainda menor. Além disso, assume assunto em foco perfeito; objetos fora da profundidade de campo provavelmente melhoram em nitidez mesmo quando f-stop maior que sweet spot.
Grande problema com MTF é que não é padronizado. Comparar gráficos MTF diferentes pode ser difícil, e em alguns casos impossível. Ex: gráficos MTF Canon e Nikon não podem ser comparados diretamente, pois Canon usa cálculos teóricos enquanto Nikon usa medições.
Porém, mesmo se fizesse seus próprios testes MTF, ainda teria problemas. Gráfico MTF auto-executado tipicamente mostra MTF líquido total do sistema óptico da câmera — não MTF da lente sozinha. MTF líquido representa resultado combinado de lente, sensor, conversão RAW, além de nitidez ou pós-processamento. Medidas MTF variam dependendo de qual câmera usada, ou software de conversão RAW. Só prático comparar gráficos MTF medidos com metodologias idênticas.
Sensores Cortados vs. Full Frame. Cuidado extra ao comparar MTF entre câmeras com sensores diferentes. Ex: curva MTF a 30 LP/mm em full frame não equivale a diferente 30 LP/mm em sensor 1.6X cortado. Sensor cortado precisaria mostrar curva a 48 LP/mm para comparação justa, pois sensor cortado é ampliado mais ao fazer impressão do mesmo tamanho.
Diversidade de tamanhos de sensor é por que alguns começaram a listar frequência em termos de altura da imagem (LP/PH ou LP/IH), não unidade absoluta como milímetro. Frequência de 1000 LP/PH tem mesma aparência em dada impressão — independente do sensor. Suspeita-se que parte da razão de fabricantes mostrarem MTF a 10 e 30 LP/mm para lentes DX, EF-S etc. é porque faz seus gráficos parecerem melhores.
Embora gráficos MTF sejam ferramenta extremamente poderosa para descrever qualidade de lente, ainda têm muitas limitações. Na verdade, gráfico MTF não diz nada sobre:
Além disso, outros fatores como condição do equipamento e técnica fotográfica frequentemente têm impacto muito maior na qualidade das fotos que pequenas diferenças no MTF. Fatores redutores de qualidade incluem:
Mais importante, mesmo que gráficos MTF sejam ferramentas sofisticadas e descritivas — com muita ciência por trás — nada supera simplesmente inspecionar visualmente imagem na tela ou impressão. Afinal, fotos são feitas para olhar, então é o que importa no fim. Frequentemente é difícil discernir se imagem ficará melhor noutra lente baseando-se no MTF, pois há muitos fatores competindo: contraste, resolução, astigmatismo, abertura, distorção, etc. Lente raramente é superior em todos aspectos simultaneamente. Se você não consegue diferenciar fotos com lentes diferentes em situações similares, discrepâncias MTF provavelmente não importam.
Finalmente, mesmo se MTF de uma lente for pior que outra, nitidez e realce de contraste local podem tornar essa desvantagem imperceptível na impressão — desde que diferença original não seja grande demais.
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