Was verrät uns ein MTF-Chart?

(englisch: Modulation Transfer Function; deutsch: Modulationsübertragungsfunktion)

Die Abbildungsqualität eines optischen Systems hängt im Wesentlichen von den Komponenten Objektiv, Aufnahmemedium (Bildsensor oder Film) und Signalverarbeitung, bzw. Entwicklung des Films ab. Dabei spielt das Objektiv eine ganz besondere Rolle in dieser Aufnahmekette. Es ist als erstes Glied in der Einheit für eine exakte Abbildung des Motivs auf das Aufnahmemedium verantwortlich. Daher stellt SIGMA extrem hohe Anforderungen an die Fertigung seiner Objektive. Höchste Präzision, viel Handarbeit und eine Arbeitsumgebung, die eher einer sterilen Umgebung im Krankenhaus gleicht, machen jedes SIGMA Objektiv zu einem optischen und feinmechanischen Meisterwerk.

Das Objektiv ist aber noch viel mehr als ein Präzisionswerkzeug. Es ist das Herzstück, welches der Fotografie ihren Ausdruck verleiht. Was wäre die Fotografie ohne die Möglichkeit, mit unterschiedlichen Brennweiten und Perspektiven kreativ zu arbeiten? Wechselobjektive ermöglichen die passende Ausrüstung für die unterschiedlichsten Aufnahmesituationen. Damit für alle denkbaren Begebenheiten das gewünschte Objektiv zur Verfügung steht, bietet SIGMA eine sehr reichhaltige Auswahl an. Zu fast allen Objektiven sind bei SIGMA MTF-Charts einsehbar.

Doch was verraten diese über die Qualität oder Abbildungsleistung des Objektivs?

Es gibt zwei Kriterien, mit denen die Abbildungsqualität sehr gut charakterisiert werden kann: der Kontrast und das Auflösungsvermögen. Häufig wird umgangssprachlich das Wort „Schärfe“ benutzt, obwohl es sich bei genauer Betrachtung um das Zusammenspiel von Kontrast und Auflösung handelt.

Dies wird deutlich, wenn Sie sich ein weißes Blatt Papier vorstellen. Auf diesem weißen Blatt befinden sich abwechselnd schwarze und weiße Balken, deren Breite und Abstand sich immer weiter verringern. Ab einem gewissen Punkt liegen die Linien so dicht bei einander, dass das Auge keine zwei klar voneinander getrennte Linien mehr wahrnehmen kann. Stellen wir uns vor, dass die Balken nicht schwarz und weiß, sondern mittelgrau und hellgrau sind, so ist dieser Punkt schon viel früher erreicht. Legen wir nun Balken gleicher Grauwerte direkt nebeneinander, ist weder Kontrast noch Auflösung vorhanden.

Die folgende Abbildung verdeutlicht das noch einmal. Links ist der Kontrast höher als rechts. Der subjektive Schärfeeindruck nimmt von links oben nach rechts unten ab.

Ähnlich verhält es sich bei den Objektiven. Es ist bei diesen nicht nur wesentlich, wie viele Linienpaare pro Millimeter (Schwarz/Weiß-Wechsel) wiedergegeben werden können, sondern insbesondere auch, wie viele Linienpaare pro Millimeter (Schwarz/Weiß-Wechsel) klar voneinander getrennt reproduziert werden können. Genau dieses Resultat wird in einem MTF-Chart grafisch dargestellt.

Zum besseren Verständnis stellen Sie sich ein Gitter vor, welches aus schwarzen und weißen Linien besteht. Jedes hell/dunkel-Paar besitzt im Original einen Kontrast von 100 Prozent. Physikalisch gesehen stammt dabei die gesamte Lichtenergie von den hellen Linien und gar keine Lichtenergie von den dunklen Linien. Das ideale Objektiv, welches es leider nur theoretisch gibt, würde 100% des Lichtes übertragen. Da sich das absolut perfekte Objektiv aus physikalischen Gründen aber nicht praktisch konstruieren lässt, geht immer etwas Lichtenergie verloren. Die Abbildung durch das Objektiv verteilt die Lichtenergie auf die Linienpaare und setzt damit den Kontrast umso mehr herab, je höher die Ortfrequenz (Anzahl der Linienpaare pro Millimeter) wird. Der Kontrast wird also durch die Abbildung verändert oder anders ausgedrückt: Er wird moduliert. Deshalb nennt man die MTF-Kurve Modulationsübertragungsfunktion oder auch Kontrastübertragungsfunktion. Nun zum praktischen Teil.

Wie wird ein MTF-Chart gelesen?

Anhand der vorstehenden Beschreibungen ist es nur noch ein kleiner Schritt zum Verständnis dieser immer wieder auftretenden MTF-Charts. Als erstes betrachten wir die beiden Achsen und lassen die Kurve darin erst einmal völlig außer Acht.

Die horizontale Achse gibt den Abstand der Bildmitte zum Bildrand in Millimetern wieder, die vertikale Achse zeigt die Höhe des Kontrastes in Prozent (0,1 = 10%, 0,5 = 50% und 1,0 = 100%) an. Das erste MTF-Chart beschreibt das Kontrastverhalten eines Kleinbildobjektivs (Kleinbildformat 24 x 36 mm). Das kann man einfach an der horizontalen Achse erkennen, da diese von 0 mm (Bildmitte) bis zu 21 mm (leicht über den Bildrand hinaus) reicht. Im Grunde ist die gesamte Bildhöhe/Bildbreite mit 18 mm abgedeckt, da 18 mm x 2 = 36 mm ist und die horizontale Achse erst bei der Bildmitte beginnt. Die zweite Abbildung zeigt ein MTF-Chart für ein Objektiv, dass auf einen kleineren Bildkreisdurchmesser optimiert ist, wie er bei den meisten, heute angebotenen SLR-Kameras mit einem kleinerem Aufnahmesensor zum tragen kommt. Daher genügt es, dass die horizontale Achse in diesem Fall nur bis ca. 15 mm reicht.

Betrachten wir nun die Kurven, ist feststellbar, dass der Kontrast zum Bildrand hin sinkt. Dies ist ein ganz normales physikalisches Phänomen. Für den Praxiseinsatz eines Objektivs ist der Bereich von ca. 6 – 15 mm (Abb.1), bzw. ca. 3 – 11 mm (Abb.2) besonders von Bedeutung, denn dort befinden sich in der Regel die wichtigen Bildelemente bei der Aufnahme.

Die roten Linien stellen die Ergebnisse für 10 Linienpaare/mm dar und geben das Kontrastverhalten des Objektivs wieder. Die Ergebnisse für 30 Linienpaare/mm werden durch die grünen Linien wiedergegeben und drücken das Auflösungsvermögen des Objektivs aus. In der Praxis sind bereits kleine Unterschiede des Kontrasts im Bild sichtbar, während eine Veränderung des Auflösungsvermögens nicht so deutlich auffällt.

Des Weiteren wird zwischen der Richtung der Linien unterschieden. Üblicherweise wird die Kurve für tangentiale/meridionale (vertikale) Linien gestrichelt und die für sagittale (horizontale) Linien durchgezogen dargestellt. Diese beiden Linien müssen im Verhältnis zueinander gesehen werden, denn sie geben Aufschluss über den Gesamteindruck der Abbildungsqualität. Liegen diese beiden Linien trotz Kontrast- bzw. Auflösungsabfall recht dicht beieinander, deutet dies auf eine sehr harmonische Abbildung leicht unscharfer Elemente im Hintergrund hin, was als „Bokeh“ des Objektivs bezeichnet wird.

Ein Vergleich von Objektiven unterschiedlicher Brennweiten ist mit Hilfe der MTF-Charts leider nicht möglich, da Weitwinkelobjektive aufgrund ihres größeren Bildwinkels physikalisch bedingt zum Rand hin immer einen stärkeren Kontrast- und Auflösungsabfall aufweisen als z. B. Teleobjektive. Dies zeigen auch die beiden nachfolgenden MTF-Charts. Obwohl sie von demselben Zoomobjektiv stammen, sehen die MTF-Kurven bei unterschiedlichen Brennweiteneinstellungen ganz verschieden aus.

Noch hinzufügen sollte man, dass alle MTF-Kurven der hier abgebildeten SIGMA Objektive sich auf eine voll geöffnete Blende beziehen. Würde man weiter abblenden, hätte dies noch eine höher liegende, bessere MTF-Kurve zur Folge. 

Fazit:

Die MTF-Daten bieten eine genaue und objektive Möglichkeit, die Abbildungsleistung eines Objektivs umfassend zu beschreiben. Zu beachten ist, dass die MTF-Diagramme nicht alle Bildfehler wie Streulicht, Farbkorrektur, Leistung des Objektivs im Nahbereich, etc. erfassen können.

Davon abgesehen, dass man nur MTF-Kurven gleicher Brennweiten miteinander vergleichen kann, ist auch besondere Vorsicht beim Vergleich mit anderen Herstellern geboten! Nicht alle Hersteller verwenden gemessene MTF-Charts, sondern errechnen einen theoretischen Wert, was einen realistischen qualitativen Vergleich nicht möglich macht. Legen Sie auch immer ein Augenmerk auf die bei der Messung eingestellte Blende, denn die Ergebnisse werden besser, wenn ein wenig abgeblendet wird. SIGMA ermittelt aus großer Überzeugung der eigenen Objektivqualität die MTF-Kurven bei voll geöffneter Blende.

MTF-Charts dienen nur als Entscheidungshilfe und sind nicht als Ersatz für die eigene praktische Prüfung eines Objektivs gedacht. Persönliche Erfahrungen und die eigenen Anforderungen an ein Objektiv sind die Grundlage für Ihre Zufriedenheit mit dem neu erworbenen oder bereits in Ihrem Besitz gehüteten Schatz.