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你有沒(méi)有體驗(yàn)過(guò)吃飯十分鐘，拍照半小時(shí)？拍出一張美美的照片似乎已經(jīng)成為生活必備。
下圖是一張?jiān)S愿時(shí)拍下的生日蛋糕的照片，如此重要的時(shí)刻，怎么少得了拍幾張美美的照片發(fā)票圈，照片怎么能有瑕疵呢。但是很明顯，我們可以看到蛋糕上出現(xiàn)了三個(gè)類似燭光的亮點(diǎn)，而且中間的火焰還存在散開(kāi)的光暈，在專業(yè)上，這叫鬼像。
這種出現(xiàn)不明原因的亮點(diǎn)和光線的照片，從拍照角度，不能忍。從專業(yè)的光學(xué)角度，更不能忍。為什么拍出來(lái)的照片會(huì)這樣？這些不明原因的光究竟是什么？怎么造成的？又該如何改善？
這一切都要從光學(xué)噪聲“雜散光”講起。
什么是雜散光
雜散光是一種有害的光，是光學(xué)系統(tǒng)中非預(yù)期的光線，也稱作光學(xué)“噪聲”。
雜散光會(huì)導(dǎo)致圖像中存在多余的光，從而降低成像的品質(zhì)。對(duì)于探測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，雜散光會(huì)降低系統(tǒng)的靈敏度。對(duì)于成像系統(tǒng)，可能會(huì)降低照片質(zhì)量。對(duì)于投影系統(tǒng)，雜散光會(huì)在光束中產(chǎn)生不必要的亮斑。這些都會(huì)影響光學(xué)系統(tǒng)的性能。
雜散光可能由透鏡表面間的多次反射、機(jī)構(gòu)反射、CIS（CMOS圖像傳感器）造成，也可能是由于紅外光學(xué)系統(tǒng)自身熱輻射所產(chǎn)生。這些雜散光都有可能對(duì)正常的成像造成影響。隨著光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)要求越來(lái)越高，雜散光會(huì)影響光學(xué)系統(tǒng)的性能，降低成像對(duì)比度和畫(huà)面質(zhì)量，甚至影響信號(hào)，因此對(duì)雜散光進(jìn)行分析和抑制的要求也逐步受到關(guān)注，也成為是光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)檢測(cè)的必要環(huán)節(jié)之一。雜散光的示例包括:
光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)構(gòu)件表面的反射光
穿過(guò)封閉系統(tǒng)間隙的漏光
從系統(tǒng)光學(xué)表面的灰塵或其他缺陷處反射出來(lái)的散射光
對(duì)于地面天文學(xué)來(lái)說(shuō)，由城市上空大氣的光反射引起的天空輝光是雜散光的主要來(lái)源
太陽(yáng)、地球和月球是軌道望遠(yuǎn)鏡常見(jiàn)的不需要的外部光源
鬼像和眩光
雜散光主要表現(xiàn)形式有兩種：鬼像和眩光
在成像系統(tǒng)中，光線經(jīng)過(guò)二次或多次不必要的反射，再次聚集到成像傳感器上，就會(huì)形成鬼像。對(duì)于數(shù)碼相機(jī)來(lái)說(shuō)，最常見(jiàn)的鬼像形成原因是光線從鏡頭或傳感器表面反射回光學(xué)系統(tǒng)，然后再?gòu)溺R頭表面反射回來(lái)，形成二次圖像。主要成因還包括：
通常是由成像表面之間的意外反射引起的
光柵的二階或更高階次的衍射
明亮散射表面造成的二次成像
眩光，通常是由于光在鏡頭內(nèi)部反射和擴(kuò)散造成的。這種雜光也可能由大氣散射光引起，如霧霾或天空輝光。主要成因還包括：
光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)之外的光線入射到像面上
視場(chǎng)內(nèi)的明亮光源，溫度較高表面的熱輻射
光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的光線散射
尋找雜散光不可或缺的光學(xué)軟件
得益于現(xiàn)代科技的發(fā)展，光線追跡軟件已經(jīng)可以對(duì)鬼像進(jìn)行分析。光線追跡可以清晰地追蹤系統(tǒng)中光線的所有路徑，并且能夠?qū)γ總€(gè)可能的鬼像光路單獨(dú)檢查及評(píng)估潛在的影響。
鬼像示例: 對(duì)單個(gè)鬼像路徑進(jìn)行光線追跡。從視場(chǎng)中的物體發(fā)出的光通過(guò)透鏡并在右邊的探測(cè)器上成像。其中，一些光線被探測(cè)器反射回鏡頭。而其中一個(gè)透鏡表面又將光線反射到探測(cè)器的其他位置。這個(gè)鬼像反射的光幾乎都集中在探測(cè)器的同一個(gè)位置上，如果它所反射的光覆蓋更大的面積，那么這個(gè)鬼像會(huì)形成一個(gè)更亮的光斑。
眩光會(huì)通過(guò)許多意想不到的光路進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)。利用基于蒙特卡羅算法的光學(xué)模擬軟件能找到這些光。蒙特卡羅方法將隨機(jī)產(chǎn)生許多光線，并通過(guò)模型分析能量如何分布。采用方差約減方法來(lái)提高發(fā)現(xiàn)這類小概率事件光路的效率，如大角度散射等。
非預(yù)期光線示例:來(lái)自視場(chǎng)中物體的光被透鏡支架散射，然后又被透鏡表面反射回到探測(cè)器。
新思科技光學(xué)解決方案改善雜散光問(wèn)題必用
雜散光的分析與抑制是成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要而復(fù)雜的課題。新思科技光學(xué)軟件能對(duì)雜散光的問(wèn)題進(jìn)行建模和分析，起到抑制/消除雜散光并改善成像質(zhì)量的作用。在最新發(fā)布的2022.03版本中，CODE V和LightTools之間提升了互操作性的功能，可以使設(shè)計(jì)者易于模 擬包含成像和非成像元件的光學(xué)系統(tǒng)，并節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間。CODE V的模型能夠在LightTools中導(dǎo)入并隨時(shí)更新與修改，用于光學(xué)產(chǎn)品仿真。這一點(diǎn)使您在使用新思光學(xué)軟件的雜散光分析時(shí)變得更為得心應(yīng)手。
除了軟件分析，光散射測(cè)量的方法也是減少雜散光對(duì)設(shè)計(jì)性能的一種方式。新思科技REFLET/MiniDiff系列的表面散射儀器的BSDF測(cè)量數(shù)據(jù)提供了一種快速、準(zhǔn)確的方法來(lái)模擬光散射量，從而在制造之前評(píng)估材料對(duì)光學(xué)產(chǎn)品性能的影響。
您可以通過(guò)以下流程了解我們的雜散光分析過(guò)程：
總的來(lái)說(shuō)，雜散光是無(wú)法完全消除，但能在一定程度上進(jìn)行抑制，只要不影響成像質(zhì)量或在可接受范圍內(nèi)，雜散光是允許存在的。因此，選擇正確的雜散光分析軟件，能有效提升您的光學(xué)設(shè)計(jì)品質(zhì)與效率。
