雜散光

Stray Light (Flare)

綜合性測試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1 |?摘要

點(diǎn)光源的強(qiáng)光進(jìn)入到光學(xué)成像系統(tǒng)，會(huì)形成雜散光（被稱為Stray Light），在圖像中的呈現(xiàn)的結(jié)果Flare（也稱為耀斑），會(huì)對(duì)相機(jī)系統(tǒng)的圖像質(zhì)量或應(yīng)用性能產(chǎn)生不利影響。測試雜散光對(duì)于了解相機(jī)系統(tǒng)性能的限制至關(guān)重要。雜散光是指通過設(shè)計(jì)的光路之外到達(dá)圖像傳感器的任何光線。根據(jù)導(dǎo)致雜散光的機(jī)制，它可能在圖像中引入虛假的顏色和幻影物體（鬼像），降低圖像部分的對(duì)比度（如面紗眩光Veiling Glare，類似遮罩效果的雜光），從而導(dǎo)致系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍降低。

在本文中，我們概述了數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)的雜散光測試，以及吸取的一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和需要考慮的各種綜合要素。這些因素包括光源的強(qiáng)度（如亮度）和測試裝置幾何（如尺寸）特性。我們重點(diǎn)使用了一個(gè)測試方法，即用一個(gè)小的、明亮的點(diǎn)光源來照亮相機(jī)，并描述了測試的一些元素是如何影響成像測量的。

2 |?簡介

在本文的范圍內(nèi)，“雜散光”和 “耀斑”是同義的。然而，術(shù)語“鏡頭耀斑”可能更具體地指由相機(jī)鏡頭引起的雜散光，而術(shù)語“雜散光”則可能是由相機(jī)系統(tǒng)的其他部件引起的，如圖像傳感器頂部或內(nèi)部的層。雜散光可以被認(rèn)為是與場景相關(guān)的光學(xué)噪聲。

光學(xué)工程師通常為成像路徑設(shè)計(jì)，即將世界空間直接轉(zhuǎn)換為圖像空間的路徑。然而，這條路徑不一定是感知場景到傳感器的唯一路徑。這些非成像設(shè)計(jì)路徑是雜散光路徑。請注意，并非每個(gè)雜散光路徑都會(huì)包含在相機(jī)的視場（FOV）內(nèi)。圖1和圖2顯示了雜散光如何在真實(shí)相機(jī)的圖像中表現(xiàn)出來的例子。隨著我們采用更高的動(dòng)態(tài)范圍傳感器，導(dǎo)致雜散光的光學(xué)設(shè)計(jì)缺陷將對(duì)圖像產(chǎn)生相對(duì)于傳感器本底噪聲的更大影響。因此，雜散光現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更成問題，而且隨著我們將相機(jī)用于更多的應(yīng)用（如汽車），雜散光也在影響著更多的光學(xué)成像系統(tǒng)。雜散光可以通過阻擋或影響圖像中的信息識(shí)別來限制成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍能力。對(duì)于一些相機(jī)，例如那些與汽車影像有關(guān)的應(yīng)用，雜散光可能會(huì)在場景中引入新的錯(cuò)誤信息（如鬼像）而導(dǎo)致系統(tǒng)場景識(shí)別故障。然而，雜散光并不總是負(fù)面的，因?yàn)樗梢员挥糜谒囆g(shù)目的，如風(fēng)景攝影中常見的衍射尖峰（或“太陽星”）。

3 |?攝像頭系統(tǒng)級(jí)雜散光測試

系統(tǒng)級(jí)測試是在一個(gè)完整的集成系統(tǒng)上進(jìn)行的測試，對(duì)相機(jī)系統(tǒng)來說，該系統(tǒng)包括光學(xué)器件（或前面的任何介質(zhì)）和傳感器，最終結(jié)果（和測試對(duì)象）是圖像。我們概述了相機(jī)系統(tǒng)級(jí)雜散光測試的兩種不同方法，主要集中在第二種方法上。我們首先簡要介紹一種“基于測試卡”的測試方法。然后，我們描述了第二種“小而明亮的點(diǎn)光源”測試方法，并對(duì)與該方法相關(guān)的測試方法進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

4 |?基于測試卡的測試方法

基于測試卡的測試方法包括拍攝透射的平面圖卡（或者圓弧形的圖卡）的圖像，上面有黑色的圓點(diǎn)圖案（起到光阱的作用），如ISO18844：2017標(biāo)準(zhǔn)測試卡。被測相機(jī)設(shè)備（DUT）取景時(shí)，使圖卡充滿了相機(jī)的FOV，圖卡本射由背光照射。在得到的圖像中，對(duì)黑色圓點(diǎn)進(jìn)行分析，以測量它們的“亮度水平”。

圖3展示了一個(gè)測試卡的設(shè)計(jì)實(shí)例。測試圖卡也可以由具有黑色背景的陰圖或其他圖案組成，這些圖案為測試提供不同的光源范圍（亮區(qū)域）和采樣/測量區(qū)域（暗區(qū)域）。

基于測試卡的方法提供了一種對(duì)相機(jī)的低空間頻率雜散光（面紗眩光）的測量方法，并且總體上是一種測量相機(jī)中雜散光的有效方法。然而，該方法還是有一些局限性。它提供了有限點(diǎn)的分析，并且可能難以用于魚眼相機(jī)設(shè)備。它不能展現(xiàn)各種類似的雜散光或也無法針對(duì)性分析不同的應(yīng)用場景，特別是某些容易引發(fā)事故的極端場景。也就是說，基于測試卡的方法無法完全描述一個(gè)高亮點(diǎn)光源（例如太陽）以不同的角度照射相機(jī)時(shí)會(huì)發(fā)生什么，而這可能是真實(shí)相機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用中的常見場景。

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我們下期再見！????

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