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分辨率系列之二:双筒镜的分辨率测试

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发表于 2005-3-1 00:36  | 显示全部楼层 | 阅读模式
<>OK,现在,通过上个系列的讲解,(详见http://www.bggd.com/bbs/dispbbs.asp?boardID=2&amp;ID=23180)我们对各种“分辨率”及人眼的工作已经有了基本的认识,本文将集中阐述双筒镜分辨率测试相关的问题。

一.什么叫做高分辨率?恕我直言,我认为绝大多数用户不借助专用工具根本无法区分同规格的合格产品之间在分辨率方面的高低,也许它们之间差几十倍的价格。更多的时候,人眼对反差、色彩、对比度、亮度更加敏感,不服气是么?根本的原因上期讲了,人眼的分辨率只能达到60角秒左右,在目视双筒观测系统会成为瓶颈,无法获得物镜应有的分辨率。换句话说,大多数时候不是镜子不够好,而是你的眼睛不争气,如果鹰会用双筒,它一定能看到比你多得多的细节!

伤心了吧!睁眼瞎?不过,不是所有场合分辨率都没有用武之地,恒星和鸟类绒毛对双筒分辨率的考验是极致的,尤其是后者。又来了,这家伙又要讲天文!咳,没办法,让我告诉你优秀双筒看到的恒星模样吧!如果在一个比较好的观星地点,极少量光害,极限星等在6等左右,而你的眼睛(不能有散光)经过长时间的适应黑暗之后,已经变得足够敏感……OK,把足够好双筒镜拿起来,换个最舒服最稳定的姿势,当然最好有个躺椅,这时候你的视场里充满星星,Beautiful,right?在视野里找几颗比较暗的星放到中央(比较暗是什么概念?反正是肉眼看不到,双筒也不是很吃力的那种)。仔细仔细地调准焦点,双筒的调焦范围比天文望远镜可要小多了,所以要反复找焦点。好了,看到了什么?你可能反复在各种场合听到过“针尖”这个词汇,但这时候你发现这并不完全准确,事实上它们比针尖要大一点点,但是也只是大一点点而已,它们就是这样的小球,结实、精细、边缘锋利,也谈不上严格意义上的点光源。这时候,分辨率差的就做不了弊了,要么是星点不够小,要么是边缘不够锋利,要么是不够浑圆,要么是干脆找不到焦点……你完了!!!鸟类绒毛的也是不错的检验对象,但是相对观星来说不是那么容易找到可供从容调焦的固定目标,最重要的是白天人眼还不够敏锐。

记得上个系列说过,目视双筒不适用衍射分辨率和杜式极限,那么这里我们讲得彻底一点吧:双筒的目视分辨率极限是60/X角秒。举例子来说,施华洛世奇HABICHT 10X40的分辨率是60/10=6角秒,而按照杜式极限计算是116/40=2.9角秒,差了很多吧!归根结底还是人眼在拖累,60/X角秒经过X倍放大之后被人眼所识别。不过凡事总有例外,有的人特别是经过长时间观测锻炼的人眼睛会更敏锐,笔者也不知道自己眼睛的分辨率是不是高过60角秒,因为这不像瞳孔大小那么容易量化。在没有经过严格检验之前,大家最好都认为自己的眼睛的最小分辨角是60角秒。

好吧,说点具体的:假如一个合格的10X40的双筒(以贝十为例)有6角秒的物理分辨率(此处不是目视分辨率),而施华洛世奇HABICHT 10X40W有3角秒物理分辨率,那么这2只双筒镜用起来有没有分辨率上的差异感?似乎没有,其实有。

我们来分析一下:6角秒以上的物体,两只镜子都可以分辨出来,没问题;小于3角秒的物体,两只镜子都彻底没戏;介于3角秒和6角秒之间的物体是问题的关键,贝十彻底没戏,HABICHT 10X40则能分辨但人眼看不到。你又要问了,废话连天,能分辨但人眼看不到又有什么用呢?!有用的,想像一下,如果尼康D70套机头和莱卡50/1.4在同样焦距下同样曝光出6寸片子,肉眼也几乎无法区分2者的解像力差异,但很明显后者的成像要更清新、利落,如果放大到16寸则差距毕现。双筒也面临类似问题,顶级镜子很难在分辨率方面能比合格镜子有足够引起注意的差距,但成像明显更清新、利落、层次丰富,这其实大部分是肉眼看不见的那部分物理分辨率在起作用。

所以不要怪那些顶级镜测试者,他们有时候支支吾吾说不出到底好在哪里,原因就是他们觉得“好像多了些什么,但又看不出来到底多了什么”。当使用顶级光学质量的镜子能有这种强烈的感觉时,说明你的眼力合格了。

二.双筒镜分辨率的测试。好了,现在你对什么是锐利及顶级镜、合格镜之间的差异总算有点了解了。你原本对分辨率跃跃欲试的心是不是冷却下来?还是跃跃欲试?或掏出荷包里的钱准备上合格镜/顶级镜?别着急,看完下面这部分内容再说。

1.照相。这是业余状态下检验双筒镜物理分辨率最科学的方法,但是不要忘了,你测试双筒镜的目的不是为了得到物理分辨率,而是想知道你肉眼的观测效果!!!而且,在同时比较多只双筒镜的时候你就会发现还要面临准确对焦和曝光的难题(单独的双筒准确调焦和照相机正确曝光就不容易了),这些都阻碍着你测试的统一性和准确性。

2.双星观测。不要迷信观星,适用于测试双筒镜的双星并不多。主要的原因是双筒亮度普遍较大,加上放大倍数不够,用双星法测试精度不足。想像一下,可能在视野里双星已经分开了,但是由于星光太亮,眼睛可能会觉得没分开。不过星点是检验双筒的好工具,除了上面说的方法外,还需要注意前后散焦的表现,它们也是重要的参考。

3.通过分辨率卡目视。这是比较容易得到目视量化精度的一种测试方法,尤其适用于横向比较。分辨卡原是用来测量摄影镜头的分辨率的(如图,它应该由很多张组成,我把它们裁开了用),不过拿来测量望远镜的分辨率也未尝不可。分辨率卡是一系列从细到粗的横、竖黑白细线组成的,旁边的数字代表每毫米线对数,每个线组有4个线对,读数越高说明分辨率越大。举个例子,如果能够将读数为“2”的线组分开,那么说明在该距离下每毫米可分离2个线对,换句话说就是能将0.25毫米(1/4)大小的东西分辨出来。0.25毫米是多大呢?大概是mm脸上比较粗的毛孔的直径。

如果单个双筒进行测试,则必须准确的丈量双筒镜和测试卡之间的距离,其结果才有参考价值,多个双筒横向测试则不必遵循这一原则,当然最好还是量一下。然后你需要一个足够牢固的三角架和望远镜连接器,将双筒镜固定住(图),对着分辨率卡精细调准双眼焦点,努力地阅读分辨率卡上的线组,以恰好能够将线组里的黑白线分开的读数,作为该望远镜的最大分辨率。

这种测试方法比主观测试要准确得多,也可以得到一些有参考价值的量化数据,不过可以想像的是同规格的镜子测试数据差异极小。[感谢funder的补充]如果单个双筒的目视很难比较出结果,那么再加上一个小双筒吧,它会有助于你排除肉眼的瓶颈,望远镜工厂里经常这么干。不过这么测试可能更多的比较的是物理分辨率,统一性和准确性在业余状态下也不容易保证。

4.手持目视分辨率。如果你还想了解更实际的,比如说手持状态下双筒镜的分辨率情况,那么你还可去掉支架,其他方法同2。手持测试结果跟支架固定会有一定的出入,尤其是高倍镜子会有惊人差距,具体可见:http://www.bggd.com/bbs/dispbbs.asp?BoardID=2&amp;ID=20254,当然这个差距跟倍数和镜子的握持性还有关系。

5.不同的环境下测试。在理想的光线、反差下测试通常有利于取得最高指标,但是这不一定符合真实情况。再说了,目视状态下最高指标的差异会很小,意义不大。如果你想知道阴天下多远可以看到MM脸上的痘痘;大雾中多远可以辨识目标;或者沙漠中是否可以迅速识别伪装;月光下多远可以看清楚接吻的情侣是谁……那么你需要在这些环境或者模拟环境中进行测试(不一定是严格的)!测试得越多,你就越了解你手上的武器。如果你拿的是顶级镜,恭喜你,在这些环境下它将体现出价值所在!

三.线对分辨率和最小分辨角的换算。好了,终于到了最后的部分,用分辨率卡测了半天,到底这个结果和最小分辨角之间是什么关系?我们可以来尝试推导一下:

设望远镜倍率为X,人眼视角分辨率为a角秒,l线对/mm,距离为d米,通过望远镜观测的分辨率为L线对/mm。则人眼所能分辨的最小截面长度为1/2000l,望远镜所能分辨的最小截面长度为1/2000L。

对于人眼:(1/2000l)/2πd=(a/3600)/360→1/4000πdl=a/(3600×360)→πdla=324→l=324/πda,通常认为人眼的视角分辨率为60″,则:l=324/60πd=1.72/d,对于1毫米的物体,l=0.5,d=3.44米,说明视力良好的人眼在3.5米左右的距离上可分辨出1毫米的东西。

对于望远镜:(1/2000L)/(2πd/X)=(a/3600)/360→X/4000πdL=a/(3600×360)→πdLa=324X→L=324X/πda,通常认为人眼的视角分辨率为60″,则:L=324X/60πd=1.72X/d

我曾经用分辨率卡试着验证L=1.72X/d的正确性,后来发现实测结果要偏高一些,这又一次验证了主观观测可以超过理论值,跟上个系列衍射分辨率和杜式极限的关系差不多。
</P>[em01][em01][em01]
[此贴子已经被作者于2005-2-28 22:19:52编辑过]

发表于 2005-3-1 14:36  | 显示全部楼层
<B>以下是引用<I>funder</I>在2005-2-28 22:54:16的发言:</B>

<>用个普通望远镜对在目镜上就可以当增倍镜用,最后的效果等于两个望远镜放大倍数相乘</P>

<>假设把两个10X50串联在一起,我看就不大可能,恐怕后端望远镜的物镜应该和前端那个望远镜的目镜口径相同才能串联吧?</P>
发表于 2005-3-1 14:42  | 显示全部楼层
再就是串联的时候,如何确定后端望远镜物镜与前端望远镜目镜之间的距离才能保证成像呢?我想如果距离不对的话就无法成像吧?
发表于 2005-3-1 00:46  | 显示全部楼层
为了规避人眼的分辨率瓶颈,还可以在目镜后面串连一个望远镜,把图像放大率推到更高,在工厂中经常用这种方法
发表于 2005-3-1 00:49  | 显示全部楼层
<B>以下是引用<I>funder</I>在2005-2-28 16:46:20的发言:</B>
为了规避人眼的分辨率瓶颈,还可以在目镜后面串连一个望远镜,把图像放大率推到更高,在工厂中经常用这种方法


这还是在测试物理分辨率嘛[em10][em10][em10]
发表于 2005-3-1 00:56  | 显示全部楼层
正是,但是正如你所说,物理分辨率的差异会影响到目视分辨率
发表于 2005-3-1 00:59  | 显示全部楼层
<>好文章!</P>
发表于 2005-3-1 01:03  | 显示全部楼层
这个影响是很小的,有时候小得入门级用户根本无法区分。可以试试盲测,结果一定有意思[em07][em07][em07]
发表于 2005-3-1 01:04  | 显示全部楼层
<>实际的分辨率要考虑到反差,类似摄影镜头,高反差和低反差的分辨率是不一样的,所以会用MTF曲线来描述。一个优秀望远镜和一个普通望远镜(或者一个优秀镜头和一个普通镜头在5寸片上)的分辨率在高反差细节可能类似(如果人眼成为瓶颈)但是低反差细节就会体现出差异(因为分辨率都下降了)。</P><>物理上的几个判据一般都是针对极端的高反差情况</P>
发表于 2005-3-1 01:04  | 显示全部楼层
总而言之统而言之,对于目视双筒来说测试分辨率确实没多大意义[em01][em01][em01]
发表于 2005-3-1 01:07  | 显示全部楼层
发表于 2005-3-1 01:07  | 显示全部楼层
高反差差异可能意义不大,低反差的分辨率差异会有较大影响
发表于 2005-3-1 01:11  | 显示全部楼层
建议ljj再做一次比较测试,把分辨率卡的黑色线条换成灰色线条,并逐渐降低灰色的深度,或者保留黑色线条把背景换成灰色,并逐渐加大灰色的深度,估计结果会比较有趣
发表于 2005-3-1 01:13  | 显示全部楼层
<>换卡的颜色估计比较难,看看天气差异行不行?</P><>不行,测试距离太短了</P>[em06][em06][em06]
发表于 2005-3-1 01:15  | 显示全部楼层
其实这个问题前面也说了“更多的时候,人眼对反差、色彩、对比度、亮度更加敏感”。我觉得一个系统的分辨率应该是它可获得的最高值,往下再考虑其他影响因素。[em07][em07][em07]
发表于 2005-3-1 01:21  | 显示全部楼层
<>有没有可能用打印机自己打印一些间距不一的线条来测试?</P><>一般的物理判据,测试结果如果不加注明都是指最理想情况下的,也就是有足够反差的情况。在摄影镜头里面,反差的设计甚至是和分辨率有矛盾的,不知道在望远镜设计里面如何权衡。</P>
发表于 2005-3-1 01:23  | 显示全部楼层
其实打印一组线条就够了,然后让不同的镜子来观察,不断加大观察距离,看极限分辩距离是多少
发表于 2005-3-1 01:34  | 显示全部楼层
打印的要求很高的,比如那个ISO 12233标板打印机很难胜任[em07][em07][em07]
发表于 2005-3-1 01:44  | 显示全部楼层
<>如果做AB比较,定性分析的话,打印要求可以低些.</P><>好文章!</P><>二位大侠的讨论值得细细品味.</P>
发表于 2005-3-1 01:58  | 显示全部楼层
如果线条粗大一些的话,打印要求可以降低,测试距离拉远一些就是

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