FUJINON LA16x8BRM镜头成像质量研究

（北京电影学院中国电影高新技术研究院，北京  100088）

摘  要：2019年年初，富士发布专门针对BMD URSA Broadcast 摄影机设计的FUJINON LA16x8BRM 2/3专业级4K镜头，焦段为8-128mm，16倍变焦，外形小巧，自重轻，仅1.6KG，且支持4K和HD，主要在新闻采编，演播室等地方应用。目前，该镜头只配套BMD URSA Broadcast 摄影机一起销售。这样的一款镜头，其成像质量究竟如何，本文试图通过一定的测试研究，将给予相应答案。

关键词：MTF曲线;镜头测试;分辨率;色散                           中图分类号：TP391.41                             文献标识码：A

文章编号：1671-0134（2020）01-120-03                                    DOI：10.19483/j.cnki.11-4653/n.2020.01.035

本文著录格式：韦德富.FUJINON LA16x8BRM镜头成像质量研究[J].中国传媒科技，2020，01（01）：120-122.

1.FUJINON LA16x8BRM镜头概述

富士发布专门针对BMD URSA Broadcast 摄影机设计的FUJINON LA16x8BRM 2/3专业级4K镜头，支持4K和HD，以下简称4K镜头。如图1

镜头的参数：

· 焦段范围：8.0 - 128 mm

· 变焦比：16x

· 最近对焦距离：0.8 m

· 光圈范围：F1.9 – 2.8

· 尺寸：Φ 85 x 163.8 mm

· 重量：1.6 kg （3.52 lbs）

根据官方的介绍，该镜头得益于独特的后焦设计，整支镜头只有1.6 kg重。它还有一个新的电子法兰调整键，带微距切换功能，在变焦切换拍摄时高效便捷。FUJINON LA16x8BRM的尺寸和重量与URSA Broadcast搭配起来很平衡，4K分辨率和16x变焦适合EFP、新闻采编和演播室应用，且成像质量卓越。

为了检验这款镜头的成像质量如何，笔者找来了两只比较常用较有可比性的镜头来做参照。一支为老的富士XA16X8A-XB4  8-128mm 16倍变焦镜头，以下简称为HD镜头;另一只德国Zeiss  digiprime 20mm定焦镜头，以下简称定焦镜头。

2.测试目标

对比这三支镜头在影像分辨率、MTF曲线、色散、边缘锐度方面的表现。

3.测试方案

通过将三支不同的镜头安装在URSA Broadcas攝影机上，用4k的分辨率拍摄反射式的ISO 12233标准版测试卡，并通过IMATEST等软件分析影响系统拍摄所获得的测试卡图像的方式，来对比三支不同的镜头在成像质量上的差异，以此获知LA16x8BRM这支镜头的成像质量究竟如何。两支变焦镜头同时选取了8mm、20mm、50mm、128mm焦段下，分别在T1.9、T4、T8、T11 四个不同的光孔的情况下成像质量性能对比。其中，定焦镜头则选择了20mm的焦段为参考对比。

4.测试注意事项

4.1测试卡的照明

测试卡的应该均匀受光，在图表的任何地方的照度需控制在图表中心照度的±10%。光源面积尽量大，光线柔和为佳。测试卡应该不受任何其它反射光的干扰。

4.2取景构图

放置图表时使之与相机的焦点面平行，并且使得横向看时，水平方向的粗框与画面水平框平行。根据12233的规定，拍摄时尽量让图表的有效高度正好占满画。

4.3白平衡

相机的白平衡设置应与照明光源色温一致。

5.测试依据

笔者意在对比三支镜头在MTF曲线、分辨率、色散以及边缘锐度的性能表现差异。由于三支镜头采用同一款摄影机，统一了摄影机变量，所以三个镜头拍摄测试卡之后的成像质量的差异基本上可以认定为镜头因素所造成的成像质量差异。

6.测试结果分析

6.1分辨率对比

ISO 12233测试卡测试分辨率的方法较多，楔形图可用于测试目力分辨率，比较直观，当然也有一些读取楔形图的软件如HYRes、imates、iQ-Analyzer、IQstest等等。通过拍摄ISO 12233测试卡的楔形线测试的优点：

（1）直观，凭肉眼就可观察;

（2）相对SFR来说，对测试要求较低;

（3）数据覆盖面大，比频率线测试精确;

（4）可用相应软件辅助，得到非常精确的数据。

当然，我们读出的线对数值只能代表该位置的分辨率情况。不能反映一个成像系统在不同位置的解析力。但是，当我们对比不同系统同一位置的楔形图时，统一了位置变量，可以得到不同镜头的相应测试位置的分辨率表现情况。

本次测试笔者采用IQSTEST软件进行楔形图分析。所获得的测试结果为该摄影系统在该楔形图处的极限分辨率大小，单位为LW/PH（Line Widths per Picture Height），LW/PH是指每像高可以分辨多少条线。以图2为例，图2根据三支镜头在是8MM，20MM，50MM，128MM处，楔形图的测试结果。

经过整理对比测试数据可得到如下结论：

（1）在8mm处，当光孔为1.9时，4K镜头解像力为1047LW/PH，HD镜头解像力为671.42LW/PH，4K镜头远优于HD镜头，随着光孔的缩小，当光孔收到11时，4K镜头的解像力为1031.19LW/PH，HD镜头解像力为989.04LW/PH，两支镜头的解像力逐渐接近。但4K依旧一直优于HD镜头。4K镜头相对稳定，受光孔变化影响较小，HD镜头受光孔影响较大。

（2）在20mm处，三支镜头的解像力随着光孔的缩小均有变化，其中定焦镜头相对稳定。在T4-T8处，4K镜头表现优越。而光孔缩小到11之后，定焦镜头的稳定性被凸显出来。表现不太理想的依旧是HD镜头。

（3）在50mm焦段，最大光孔处，4K镜头解像力为1064.8LW/PH，HD镜头为1081LW/PH，HD镜头解像力略胜一筹.但是随着光孔的缩小，HD镜头的解像力呈现断崖式的下跌，到了11的光孔处，HD镜头解像力已经降到956LW/PH了，而4K镜头表现得很稳定，维持在1091LW/PH。

（4）在最长焦128mm焦段处，4K镜头整体表现依旧优越，1088LW/PH的解像力远远大于HD镜头的923.9LW/PH。随着光孔的缩小，4K镜头的解像力波动不大。反观HD镜头，在8的光孔处，它的解像力稍微出彩，小于8的光孔之后，解像力也下降得厉害。但是在11的光孔处，两支镜头水平相当。

6.2 MTF曲线及色散

6.2.1 MTF曲线

利用12233测试卡的斜边测试MTF曲线。根据MTF 的定义，测量 MTF 需要非常昂贵的正弦图形卡，而且要获得 MTF 曲线结果的计算量相当大。Imatest 软件采取了更低成本的空间频率响应  （SFR， Spatial frequency response）  来代替，此方法只需要分析一条带有倾斜角度的黑白双色斜线图案即可获得所需 MTF曲线。黑白斜边即可分析出此影像系统在该位置处的的MTF曲线值。

其中，MTF50是当MTF数值等于0.5时，对应的频率值。它与人眼分辨的极限分辨率对应的MTF数值接近，因此，MTF50是目前一个广泛应用的锐利度衡量标准。

6.2 MTF曲线分析结果

笔者选取了三支镜头共同拥有的焦段20mm作为测试焦段，光孔T4为测试光孔。取ISO12233测试图中四个位置为取样点，用来对比不同镜头的平均MTF50值。其中重点对比以1号点为主的中心点与以2号点为主的边缘点的值。用来对比画面中心与边缘的成像质量差异。以下是测试结果图。

根据所测得数据，可得出表1的MTF曲线对比结果。

对比值结论 镜头中心解析力好，边缘解析力有所下降，不过相对来说边缘下降的范围不算大。 同样，中心解析力好，边缘解析力差，下降的范围也不算太大 镜头中间解析力最好，边缘解析力下降较多 在中心与边缘解像力下降幅度对比上，4K镜头与HD镜头下降幅度相当。而定焦镜头则下降幅度较大，次于4K及HD镜头

6.2.3色散及边缘锐度表现

同样的，笔者选取了三支镜头共同拥有的焦段20mm作为测试焦段，光孔T4为测试光孔。选取位置跟选择MTF曲线测试的位置一致。以这四个点为取样点，用来对比不同镜头的平均CA值以及锐度表现。其中重点对比以1号位为主的中心点与以2号位为主的边缘点的CA值。用来对比画面中心与边缘的成像质量差异。

在Imatest软件中，CA（Chromatic Aberration）是色散值的大小，CA单位为pixels。CA值在0～0.5之间时：色散控制极佳;在0.5～1.0之間时：较好范围;在1.0～1.5：人肉眼可识别，中等镜头;在1.5以上的：成像较差。

10-90%这一项为边缘过渡像素，这个值越小，说明所选取黑白色块边缘越锋利，分辨率越高。

Over/undershoot这一项为边缘锐化程度指数。这个值越高说明所选取黑白色锐化程度指数高。表现就更好。

通过软件的计算，可得到如表2数据。

自身对比结论 整体色散表现较其他两支镜头来说较为稳定。但是其实边缘的色散CA值也到了1.7，这是肉眼可分辨的色散了。 在画面中心处色散控制得尚可，但是在画面边缘的位置，色散的CA值已经到了难以接受的程度。 在中心处色散表现还可以，但是受到位置的影响较大。靠近画面边缘的地方色散控制表现得很不理想 整体而言，三支镜头的中心色散表现都还可以。但是边缘色散控制得都不理想。论边缘表现排名的话，4K镜头优于HD镜头优于定焦镜头。

结语

三支镜头各有所长各有所短，综合素质上，Digiprime定焦镜头优于LA16x8BRM镜头头优于XA16X8A-XB4头。

在大光孔之下，三支镜头均有各自的优缺点，随着光孔的收缩到一定程度，很多缺点得到改善。原因在于收缩光孔之后光线更加集中在靠近光轴成像，可以避免很多缺点。其中，4K头和HD头的等效焦距约为1～1.12之间。HD头偏广一些。出现一个范围的等效焦距的原因在于两支镜头的呼吸效应不一致，导致两支镜头在同一数值的焦段上视场角不一致，并且这种差别会随着焦段的变化而呈现非线性变化。

整体而言，LA16x8BRM镜头的表现相对这款老的XA16X8A-XB4镜头来说还算卓越。在MTF50、色散、锐度、镜头分辨率方面相对于老款镜头来说有不小的提升。

[1] 陈加新 . 基于 Imatest 的移动终端摄像头性能评判体系 [D].上海交通大学，2014.

[2] 李铭 . 高清摄像机分辨率测试方法研究 [J].影像技术， 2005（1）.

[3] 钱元凯 .摄影光学与镜头 [M].杭州.浙江摄影出版社，2005.

[4] 赵阳，周令非 . 摄影镜头的光学成像质量控制——镜头关键指标对摄影创作的影响 [J].现代电影技术，2018（8）.

[5]ISO 12233：2014 Photography——Electronic still picture imaging——Resolution and spatial frequency responses http： //www.imatest.com.

[6]http：//www.imatest.com

作者简介：韦德富，男，水族，贵州省都匀市，研究方向：数字电影技术。