杂散光（耀斑）综合性测试经验分享 – 图像质量与色彩技术知识库

发布时间：2023年7月27日

杂散光 Stray Light (Flare)

综合性测试经验总结

1 | 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Stray Light），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Veiling Glare，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。

2 | 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Pixel 6 Pro相机拍摄的。

图2. 使用谷歌Pixel 6 Pro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。

3 | 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。

4 | 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ISO18844：2017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 18844:2017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。

5 | 使用高亮点光源测试杂散光的方法

高亮点光源测试杂散光的测试方法，是在黑暗（黑色）房间中拍摄高亮点光源的图像，再进行分析。为了模拟测试范围，可以旋转DUT以改变光源相对于DUT的角度。或者，光源可以围绕DUT以弧形移动。测试可以也应该包括光源在DUT视场外的角度。然后分析所捕获的图像，或者将其归一化来度量。该方法是ISO 9358标准描述的仅光学测试方法的扩展。

对于这种方法，光源的发散角度大小（相对于相机DUT的FOV和观察距离）应该很小，或者类似于应用中关注的光源的大小（例如，太阳）。光源的角度大小可以影响杂散光的出现，这也是为什么首先可能需要这种测试的根本原因。

原则上，高亮点光源方法很简单，我们是在一个完全黑暗的房间里捕捉和分析一个亮光源的图像。然而，。在实际测试过程中我们了解到，这种测试方法有许多因素需要考虑。我们首先描述了测试覆盖率的概念，然后探讨了归一化杂散光的概念。

图4.点光源方法的示意图。光源投射出一个小的、点状的光源，作为一个准直的光束，充满了DUT的前部。旋转DUT（或旋转光源）以改变光源相对于被测物的角度。相机围绕其前部旋转，以避免光线没有照到镜头上，从而最大限度地减少投影光束的必要面积。

6 | 测试范围：覆盖范围和取样

对于准直点光源方法来说，最重要的测试因素可能是测试覆盖率的总体概念。测试覆盖范围定义了角度范围和取样数量。覆盖范围是在DUT的FOV内或FOV外测试的角度范围，而取样是指图像采样的角度间隔。

例如，一个测试计划可能涉及到对点光源角度进行单轴（如水平方向）扫描，其角度范围为180度，超过了DUT的水平FOV，而采样间隔设定为0.1度。这个测试计划将需要拍摄1,800 张图像。这还没有包括其它方位角，如垂直FOV方向和对角线方向等。这还是假设视场对称的前提下。可想而知，需要拍摄的图像非常的多。

某些相机系统的不对称性可能会导致不对称的杂散光性能，如灰尘/碎屑、镜头表面粗糙度/缺陷，或相机系统的任何不对称的光学机械部件。一些杂散光特征可能只出现在在非常特定的光源角度。对于一些系统，可能需要测试更多的光源角度（包括方位角和视场角），例如通过使用水平、垂直和对角线扫描的光源角度的组合。

总的来说，测试的角度覆盖率的概念是一个复杂的问题，因为在测量的保真度和执行测量的时间之间存在着权衡。更大的测试覆盖率需要更长的时间进行数据采集和分析。

7 | 归一化杂散光

为小而明亮的光源方法捕获的图像可以被归一化以表示一个度量指标，其中归一化的方法决定了度量指标。公式（1）表明，总体而言，计算归一化杂散光只需将测试数据的图像数据除以归一化因子。

公式（1）：

规范化杂散光的目的通常是将光源的水平从图像中规范化出来，从而更容易地进行比较。这提供了对光源水平的补偿，使得更容易比较不同的图像。在这种情况下，该方法可能还要求遮蔽（排除）光源自身在图像上的占比，因为它在技术上不是杂散光。光源的直接图像是图像中代表光源实际大小的区域（即，如果图像中没有杂散光或光晕，准直光源所占的画面）。

归一化杂散光的目的通常是将图像中的光源水平归一化。这对光源水平进行了补偿，使得结果更易于比较。因此，该方法可能还要求屏蔽（忽略）光源的直接图像，因为它从技术上讲不是杂散光。光源的直接图像是图像中表示光源实际大小的小区域（即，如果图像中没有杂散光或过曝）。

因此，计算基本上会得到一个归一化的杂散光度量图像，其中图像中的每个像素值代表一个度量指标。可以主观地分析这些图像，以识别可能与应用故障场景相关的显著特征。此外，还可以从度量图像数据中导出各种统计数据（如均值、最大值、95th百分位数等）以总结结果。例如，这些统计数据可以根据光源视场角的变化进行绘制。在度量图像中，识别和分析感兴趣的特定区域或已知的问题区域也可能很有用。然而，派生的摘要度量指标将不能展示整个情况，而度量图像本身则可以。

图5.显示了一个归一化杂散光度量图像的示例，其中包含一个点状光源和由此产生的杂散光伪影。绘制的度量指标是点源拒绝比（PSRR），归一化值范围为0到1。光源的直接图像是过曝的，并且被屏蔽（小蓝点），因为它不属于杂散光。色条显示图像中的杂散光水平约为20%或低于轴向光源的直接图像水平。我们知道光源的理论（过曝）水平，因为我们捕捉了一张单独的轴向参考图像，其中光源没有过曝，并通过归一化方法对光强差异进行了补偿。该方法假设数据是线性的。

无论采用哪种归一化方法或方法需要哪些测量，我们建议跟踪DUT所在位置的光强水平（如辐照度），以及任何影响响应水平的相机设置（曝光时间、光圈、增益、图像信号处理设置等）。我们将在以下小节中总结和描述几种归一化方法的注意事项。

8 | 归一化方法：无归一化

使用“无归一化”的方法有助于更容易地访问杂散光特征和颜色分析，即分析从DUT捕获的光源的原始图像。这是最简单的方法，不需要额外的测量。它直接显示了杂散光在相机实际图像中的表现方式。

需要注意的是，使用无归一化方法本质上缺乏任何测试内的光强补偿，即测试本身不会意识到光强的任何变化。光强可以因为随时间漂移、设置的变化或使用不同的光源而发生变化。

9 | 归一化方法：直接图像水平

直接图像水平归一化方法使用光源的直接图像的水平（以像素值或数字表示）来对数据进行归一化。该方法通过将光源的图像水平从测试图像中归一化出来。该水平可以从光源的轴向图像（全局归一化）(参考《GUERAP II 用户指南》（1974年）)或者基于每次拍摄/光源角度的图像中获得。单独使用该方法时不需要任何外部测量设备。然而，我们了解到，在实践中，该方法可能需要额外的步骤或设备，以确保用于归一化的水平不是饱和水平。

《GUERAP II 用户指南》（1974年）中描述的一种方法涉及捕获光源的轴向参考图像，然后使用直接图像中的图像水平来对包括其他（非轴向）角度下捕获的图像在内的测试图像进行归一化。在结果的度量图像中，将直接图像的部分（即光源的真实大小）掩盖（忽略），因为它不属于杂散光。如果使用点光源进行测试，这将提供一个显示点光源抑制比（PSRR）的度量图像。如果使用非点光源（即扩展光源）进行测试，这是大多数真实测试的情况，度量值将是扩展光源抑制比（ESRR）。图5显示了一个显示PSRR（或ESRR）的归一化杂散光度量图像的示例。

10 | 归一化方法：朗伯特图像水平

朗伯特图像水平归一化方法使用了在光源和相机之间放置中性扩散器的光源图像的水平（以像素值或数字表示）。

该归一化方法是计算IEEE P2020预发布版本中描述的眩光衰减度量值的过程中的一步。

11 | 归一化方法：辐射度/光度水平

辐射度/光度水平归一化方法使用测得的光源辐射度/光度来对数据进行归一化。该方法可能需要额外的测量设备，如分光辐射计或光度计，以测量绝对光强水平。通常情况下，该方法可能需要与被测设备的辐射度校准相结合。

例如，如果使用点光源进行测试，通过在焦平面上由杂散光引起的辐照度除以被测设备前方的辐照度，可以得到以辐照度单位（每单位面积的瓦特）表示的点光源透射度（PST）度量图像（参考《散光分析与控制》、《光学手册第二卷散光控制》第三版）。

12 | 归一化方法：综合因素

归一化方法可以利用多个因素来计算度量值。例如，一种方法可以结合基于图像水平的归一化和基于辐射度水平的归一化，以提供类似于PSRR和PST的以归一化辐照度为单位的度量值。

IEEE P2020预发布中描述的Flare Attenuation耀斑衰减度量就是一种利用多个因素对数据进行归一化的方法的结果。Flare Attenuation度量实际上使用了公式1的倒数，并以分贝dB为单位。

13 | 线性化和校准

杂散光测试的一个基本假设为数据是线性的。如果数据是非线性的（例如，伽马编码或压缩编码），则图像数据可能需要进行线性化处理。如果没有线性性，测试方法可能无法提供客观或可比较的度量值。例如，如果对饱和级别为255的8位图像进行基于图像水平的归一化，归一化可能涉及将数据除以一个大于255的理论值。为了使该理论值成立，数据必须是线性的。

某些归一化方法要求数据以辐射度/光度单位表示。对于这些方法，可以使用辐射度/光度校准来将图像数据转换为适合分析的正确单位（例如辐照度）。

14 | 参考图像衰减和补偿

在对测试图像进行归一化的过程中，可以使用单独的参考图像。在使用参考图像计算归一化因子时，假设数据处于相机的饱和级别以下。一旦达到饱和，数据就无法用于确定光源是否仅略高于饱和级别或远高于饱和级别。如果使用饱和级别进行归一化，归一化和得到的度量值将失去部分意义。

根据相机的可用控制选项，可以使用不同的技术来计算源的非饱和图像和“分析图像等效”的归一化因子，例如：

· 调整曝光时间（T）

· 调整系统增益（ρ）

· 调整光源亮度（L），例如使用ND滤光片和/或直接控制光源功率

这些技术可以单独使用或组合使用，形成一个补偿因子（C），作为前面章节中描述的归一化方法的乘数。

公式2：

需要注意的是，这些技术假设相机数据是线性的或可线性化的，并且满足互易定律。

15 | 光源遮罩的考虑因素

无论使用的归一化方法是什么，都可能需要在度量图像中遮挡或忽略光源的直接图像。再次强调，我们遮挡光源的直接图像部分是因为它不被视为杂散光。然而，在某些情况下，由于测试图像中光源的几何形状存在一定的歧义，准确地进行遮罩可能会很困难。例如，光源的直接图像不一定总是圆形的。图6显示了两个示例，其中由于镜头畸变、彗差模糊、开花和杂散光等多种因素的组合，光源的直接图像的位置、形状和大小可能被认为是不确定的。

图6.两个剪裁的小亮光源图像示例，显示了由于镜头畸变、开花、彗差和杂散光等因素的影响，光源的直接图像的位置、形状和大小可能存在不确定性。红色椭球形显示了实际的光源直接图像的位置和形状（以及杂散光的整体问题）。

应该特别关注任何遮罩方法的逻辑和稳健性。为了在测量中获得控制和重复性的好处，我们希望准确地跟踪图像中光源相对于被测物的位置/角度。遮罩的准确性可能会影响最终度量图像或任何衍生的摘要统计数据的准确性，以及直接光源周围杂散光的外观。我们考虑三种潜在的遮罩方法。

第一种遮罩方法涉及使用级别阈值，其中任何超过该级别的图像值被视为遮罩（参考IEEE P2020汽车成像标准）。可以应用其他图像处理步骤以提高准确性，例如通过重心定位、图像闭合形态学、连通分量分析等进行定位。在存在高水平的杂散光（即饱和）、噪声、传感器开花或光源位于相机视场之外的情况下，级别阈值方法可能会失败。

第二种遮罩方法可以利用光源和相机的几何属性在图像中投影光源的大小和位置（参考IEEE P2020汽车成像标准）。这可能涉及使用DUT的几何相机模型（包括畸变的内部参数）与设置的姿态（外部参数）相结合。如果几何模型不准确或存在影响光源在图像中呈现的非几何因素，如不规则的镜头点扩散函数（PSF）表现为彗差模糊，则该方法可能会失败。

第三种遮罩方法可能涉及为每个待测图像/角度捕获单独的曝光良好的参考图像，在这些图像中，光源的直接图像未饱和或开花程度不足以影响其在图像中的几何外观（参考IEEE P2020汽车成像标准）。这些单独的曝光良好的图像中光源的位置和形状可能更容易识别，而在过度曝光的杂散光图像中可能较难识别。基于级别阈值的遮罩方法可能在这些曝光良好的图像上更成功，然后将得到的二值化遮罩应用于待测的过度曝光图像上。

在度量图像中确定何为杂散光和何不是杂散光是测试的基本问题。开花是由传感器中的电信号串扰引起的，根据测试的目的或被问询者，可能会被视为杂散光或非杂散光。总体而言，测试的一个关键挑战是量化杂散光路径，同时不对直接路径造成影响。

16 | 杂散光测试影响因素

基于准直点光源的测试方法原理相对简单，但由于问题的固有高维性，实际应用中这种方法可能具有挑战性。杂散光是一个高维问题，因为许多因素可以影响相机中杂散光的大小和形式，包括：

1.光源与相机的角度

2.光源的亮度/强度

3.光谱特性

4.光的偏振

5.光源的距离和聚焦（即，平行光或发散光）

6.光源与相机瞬时视场（FOV）的角度大小

7.光与相机镜头的束束交叉（填充因子）

8.任何添加的滤光片、介质（例如挡风玻璃）或污染物

9.环境因素（例如温度和雾霾）

10.相机的曝光时间和灵敏度（与#2相关）

11.相机的焦点和景深（与#5相关）

12.相机镜头的光圈设置

综合性的测试方案将涵盖所有因素。然而，在实践中，无法对每个维度进行全面采样，因此通常使用有限的采样（例如，使用宽带光源而不是单色光进行测试）。

我们建议考虑所关注的光源的特性以及相机应用的场景。例如，对于具有汽车应用的相机，关注的光源可能包括太阳、汽车车头灯、环境的反射（例如其他车辆）以及其他环境光源，如建筑物或街灯。

太阳和其他类型的准直点光源可能是相机的常见关注光源。因此，测试方法可能涉及试图模拟它们的特性。在下文中，我们描述了一些要考虑的其他因素，特别是在实验室环境中物理模拟这些特性。有关杂散光测试因素的更多细节，可以参考（如何测量杂散光Stray Light？）。

17 | 光照水平和互易性

考虑到太阳光是应用中关注光源的情况，我们可能希望尝试使用与太阳光相同的光强级别（或亮度/强度）进行测试。然而，在实践中（在实验室环境中）这可能很困难，而且实际上可能并非必要。

假设存在互易性，即光强度和光照持续时间之间的反向关系，我们可以简单地使用比应用中使用的曝光时间更长的相机曝光时间进行测试，或者在关注的光源存在时进行测试。这个假设要求测试时相机曝光时间是固定的或可固定的，并且图像数据是线性的或可线性化的。

例如，考虑一个相机的曝光时间为T，而太阳在相机上的平均辐照度为E。如果我们测试的目的是模拟应用中的杂散光性能，但测试光源的亮度测得为E/10，那么我们可以简单地将相机曝光时间设置为T×10（假设存在互易性）。

图7. 使用不同积分时间捕获的三个图像，展示了不同水平的杂散光。在使用最长积分时间捕获的最右侧图像中，可以看到较弱的杂散光，但由于饱和和明显的漏光，测量接近直接光源图像的杂散光的能力有限。

尽管如此，测试时可能希望使用多个光照水平或相机曝光时间来识别不同强度的杂散光或不同的杂散光场景。图7显示了使用不同相机曝光时间捕获的三个图像。如果图像饱和和/或光源图像明显漏光（如图7中的第三个图像），可能会失去测量强烈的杂散光或接近直接光源图像的杂散光的能力。因此，相机传感器的动态范围决定了测试的动态范围。

18 | 光源光机械设计考虑

我们提出了几个与用于测试的光源的光机械设计和功能相关的考虑因素。首先，我们提供了一些关于光源和设置的基本建议。

我们建议使用一束光，可以超出整个DUT的前部，包括任何可以“看到”前部透镜的表面，因为这些表面可以作为杂散光路径的起点。超出DUT前部的填充避免了在填充因子维度内进行采样的需要（来自“杂散光测试影响因素”部分的因素#7）。

我们还建议将DUT前部作为测试的旋转中心。首先，这样做可以最小化所需的投影光束面积，以便超出DUT前部的填充。围绕其他点旋转可能会引入杠杆臂，导致需要更大的光束来在所有光源角度下超出DUT的前部。第二个原因是，DUT的前部通常是光照水平的测量基准（例如，测量DUT前部的辐照度）。

最后，我们建议在DUT位置的光束具有空间均匀性，以便DUT的整个前部暴露于相同或相似强度的光线。这有助于控制和重复性。

19 | 聚焦和发散

理想情况下，照亮DUT的光的焦点应与关注的光源类似。这与光源的距离和光的发散性有关（光线是在所有方向上发散、聚焦还是“准直”）。一般而言，建议在此测试中使用准直光，但也有一些例外情况。

使用准直光的第一个原因是为了控制和重复性的好处。如果在准直光束中平移DUT，理论上，所有光线仍然来自同一个方向，并与DUT成相同的角度。此外，准直光的强度不会像发散光那样显著衰减（在真空中完全准直时根本不衰减），这对于光水平测量和重复定位DUT更加宽容。使用准直光的第二个原因是如果关注的光源处于“无限远”的位置。

然而，发散光仍然可以有用。如果DUT的前部非常大，使用准直光来填充可能很困难。例如，如果通过汽车挡风玻璃进行测试，使用聚焦的发散光来填充挡风玻璃可能更为实际（例如，使用真实的汽车大灯作为光源）。使用发散光的第二个原因是如果关注的光源不处于“无限远”的位置。

应将相机的焦距和景深与光源的焦点同时考虑。在所有情况下，该测试无法区分模糊或背景虚化和杂散光。总的来说，光源和相机的焦点可能是需要考虑的重要测试维度，因为它们会影响图像中杂散光的外观，以及产生的杂散光是聚焦还是散焦的。

20 | 外部反射

我们建议测试环境完全黑暗，并且测试环境中的表面应为黑色或在DUT的光谱通带中具有最小的反射率。任何被DUT检测到的外部反射或光线都将显示为测量图像中的杂散光。这包括DUT本身的反射。测试假设只有直接从光源发出的光照亮了DUT。

图8.显示了一个例子，展示了来自折射准直器内部的外部反射如何出现在测试图像中的杂散光。在后者的图像（被显著剪裁），在光源的直接图像周围出现了一个光晕——这是由准直器内部的外部反射造成的结果。此外，准直透镜表面上的灰尘和污迹可能出现在光源的直接图像周围。

对于某些准直器设计，准直器内部的外部反射可能会影响测量。这是光源或设置内部的杂散光，它会显示为测试图像中的相机杂散光。这可能是由于光源或准直透镜（CL）表面的内部反射和散射引起的。

常见的问题是在光源的临界光阑（临界限制）的反射下出现的杂散光的光晕/光环。临界光阑可以是实际的光阑/挡板，也可以是CL的边缘或其所在的镜头桶。

此外，准直透镜表面上的任何灰尘和污迹可能会引起在测试图像中出现的外部反射。我们建议在洁净室或无尘环境中进行测试。图8显示了从折射准直器内部出现的外部反射如何出现在测试图像中的示例。

这些外部反射不是准直的，因此它们在图像中的大小和位置可能对DUT的平移非常敏感。因此，外部反射可能会影响杂散光测量的重复性。例如，将DUT垂直于光束的方向移动会改变光晕相对于光源直接图像的位置。将DUT远离光源将减小光晕的大小，直到光源的直接图像包围光晕。

在图9中，我们展示了一个简单的折射准直器设计，包括一个LED光源、一个针孔（充当透镜）和一个CL。在这种情况下，造成光晕的临界光阑是镜头桶或CL的边缘。增加LED和针孔之间的距离会导致更窄的投影，不会过度填充CL。这样就消除了结果图像中的光晕，因为临界光阑被移除了。然而，通过不过度填充CL，输出光束的直径将变窄，并且形状类似于LED的图像而不是圆形。因此，很重要的是光源本身（LED）具有空间均匀性，以使输出光束也具有空间均匀性。

图9.显示了一个简单的折射准直器设计的例子，由LED光源、针孔（作为透镜）和准直透镜组成。顶部图示显示了在结果图像中可能出现“光晕”伪影的准直透镜桶或准直透镜边缘上的外部反射（显示在图示右侧被剪裁的图像中）。增加LED和针孔之间的距离会提供更窄的投射，消除临界反射和产生的光晕（底部图示）。

这种设计的固有缺点是，使用较大的针孔会导致准直度降低，从而在针孔大小、角度大小、准直度和亮度之间产生折中。此外，由于LED光源和针孔的聚焦距离不同，准直和空间均匀性可能会受到影响，从而导致光束内部的不均匀性或不完全准直。另一种有效的设计可能是根本不使用针孔，但是如果LED具有宽视角而不是窄焦距，则可能更容易产生内部反射。

解决光晕问题的方法是在测量杂散光时屏蔽（忽略）图像的较大部分，包括来自光源或CL的任何外部反射。然而，这会导致低估图像中的整体杂散光数量，并阻止测量源直接图像附近的杂散光。

总的来说，对于光源、测试设置和测试方案的光学机械设计的归一化可能有助于测试的重复性和整个社区，因为它们可能对度量图像产生影响。

21 | 光源角直径

与光源设计和图像中光源的大小相关的因素是光源的角直径（或角直径/范围）。这是光源相对于相机的观测距离和瞬时视场的视觉大小。该因素与光束直径是独立的。对于发散的光源，当从远处观察时，角直径会缩小。对于准直的光源，角直径与距离保持不变。

例如，太阳是一个位于“无穷远”处的扩展光源，其角直径约为0.53°。对于折射准直器设计，角直径与针孔或LED光源的大小成比例。具有小角直径的明亮光源可能会产生不同形式的杂散光，而具有大角直径的光源可能会产生更类似于遮光的低频杂散光。

图10展示了光源的角直径如何影响杂散光的外观，或者更具体地说，影响杂散光特征的“清晰度”。较小的角直径（即点源）可能会产生高频杂散光，而较大的角直径（即扩展源）可能会产生更类似于遮光的低频杂散光。

图10. 示例显示光源角直径对杂散光外观的影响。顶部的剪裁图像经过适当曝光，以显示图像中光源的实际大小而不出现任何溢光。底部的剪裁图像是使用较长曝光时间拍摄的，以显示杂散光。围绕光源的直接图像的光晕是由光源准直器内部的反射引起的。

实质上，扩展光源的杂散光是来自点源的杂散光特征在扩展光源所涵盖的区域上的卷积。我们可以推断，基于补丁的方法会产生低频杂散光（例如，遮光），而不是高频杂散光（例如，鬼影），因为测试图表的光区域是一个扩展光源。请注意，这并不意味着较小的光源不能引起遮光。

通过了解光源的相对“大小”可能会导致不同形式的杂散光，我们可以看到进行小型、明亮光源的测试方法的根本原因。然而，我们也可以看到测试本身可能对使用的确切类型的光源或设置很敏感。

22 | 结论

在本文中，我们对数字相机系统的杂散光（光晕）测试提供了一个概述，并解释了在执行准直点光源测试方法时需要考虑的多种因素。我们描述了归一化杂散光的概念，并考虑了几种归一化方法相关的因素。我们建议考虑与光源设计和设置相关的属性，通过展示其中一些因素如何影响杂散光的外观或测量的重复性来支持这一观点。

相机系统杂散光测试对于某些行业和领域来说是一个相对较新的关注点。因此，进一步发展归一化方法和测量可能是必要的。

未来的工作包括确定具有特定应用重点的有意义的总结指标，例如识别、分类和量化不同类型鬼影的方法。此外，由于它对测量的影响，归一化光源和测试设置的设计可能会带来益处。