杂散光
StrayLight(Flare)
综合性测试经验总结
摘要点光源的强光进入到光学成像系统，会形成杂散光（被称为StrayLight），在图像中的呈现的结果Flare（也称为耀斑），会对相机系统的图像质量或应用性能产生不利影响。测试杂散光对于了解相机系统性能的限制至关重要。杂散光是指通过设计的光路之外到达图像传感器的任何光线。根据导致杂散光的机制，它可能在图像中引入虚假的颜色和幻影物体（鬼像），降低图像部分的对比度（如面纱眩光VeilingGlare，类似遮罩效果的杂光），从而导致系统的动态范围降低。
在本文中，我们概述了数码相机系统的杂散光测试，以及吸取的一些经验教训和需要考虑的各种综合要素。这些因素包括光源的强度（如亮度）和测试装置几何（如尺寸）特性。我们重点使用了一个测试方法，即用一个小的、明亮的点光源来照亮相机，并描述了测试的一些元素是如何影响成像测量的。
简介在本文的范围内，“杂散光”和“耀斑”是同义的。然而，术语“镜头耀斑”可能更具体地指由相机镜头引起的杂散光，而术语“杂散光”则可能是由相机系统的其他部件引起的，如图像传感器顶部或内部的层。杂散光可以被认为是与场景相关的光学噪声。
光学工程师通常为成像路径设计，即将世界空间直接转换为图像空间的路径。然而，这条路径不一定是感知场景到传感器的唯一路径。这些非成像设计路径是杂散光路径。请注意，并非每个杂散光路径都会包含在相机的视场（FOV）内。图1和图2显示了杂散光如何在真实相机的图像中表现出来的例子。
随着我们采用更高的动态范围传感器，导致杂散光的光学设计缺陷将对图像产生相对于传感器本底噪声的更大影响。因此，杂散光现在比以往任何时候都更成问题，而且随着我们将相机用于更多的应用（如汽车），杂散光也在影响着更多的光学成像系统。
杂散光可以通过阻挡或影响图像中的信息识别来限制成像系统的动态范围能力。对于一些相机，例如那些与汽车影像有关的应用，杂散光可能会在场景中引入新的错误信息（如鬼像）而导致系统场景识别故障。然而，杂散光并不总是负面的，因为它可以被用于艺术目的，如风景摄影中常见的衍射尖峰（或“太阳星”）。
图1.这两个测试图像的例子显示杂散光以不同的形式表现出来。左图显示了相机视场内的一个小而明亮的光源，产生了花瓣光斑和其他重影伪影的清晰示例。右图显示了由相机视场外的一个小而明亮的光源引起的显著的面纱眩光和其他伪影。这两张照片都是在一个完全黑暗的实验室里用谷歌Pixel6Pro相机拍摄的。
图2.使用谷歌Pixel6Pro相机通过挡风玻璃拍摄的交通路口图像。太阳发出的杂散光会挡住红绿灯的视线。其中一些人为现象是由挡风玻璃造成的。另外，由相机引起的一些杂散光以一个特殊的绿点的形式表现为鬼像。
摄像头系统级杂散光测试系统级测试是在一个完整的集成系统上进行的测试，对相机系统来说，该系统包括光学器件（或前面的任何介质）和传感器，最终结果（和测试对象）是图像。我们概述了相机系统级杂散光测试的两种不同方法，主要集中在第二种方法上。我们首先简要介绍一种“基于测试卡”的测试方法。然后，我们描述了第二种“小而明亮的点光源”测试方法，并对与该方法相关的测试方法进行了详细的说明。
基于测试卡的测试方法基于测试卡的测试方法包括拍摄透射的平面图卡（或者圆弧形的图卡）的图像，上面有黑色的圆点图案（起到光阱的作用），如ISO：标准测试卡。被测相机设备（DUT）取景时，使图卡充满了相机的FOV，图卡本射由背光照射。在得到的图像中，对黑色圆点进行分析，以测量它们的“亮度水平”。
图3.Imatest品牌的背面照明测试卡设计示例，可用于基于测试卡的杂散光测试。该设计符合ISO:标准。
图3展示了一个测试卡的设计实例。测试图卡也可以由具有黑色背景的阴图或其他图案组成，这些图案为测试提供不同的光源范围（亮区域）和采样/测量区域（暗区域）。
基于测试卡的方法提供了一种对相机的低空间频率杂散光（面纱眩光）的测量方法，并且总体上是一种测量相机中杂散光的有效方法。然而，该方法还是有一些局限性。它提供了有限点的分析，并且可能难以用于鱼眼相机设备。它不能展现各种类似的杂散光或也无法针对性分析不同的应用场景，特别是某些容易引发事故的极端场景。也就是说，基于测试卡的方法无法完全描述一个高亮点光源（例如太阳）以不同的角度照射相机时会发生什么，而这可能是真实相机系统应用中的常见场景。
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