==== 主光线角(CRA) ==== **一、定义**\\ **主光线角(Chief Ray Angle,CRA)**指主光线与像面法线之间的夹角。\\ * **主光线(Chief Ray):**物点发出的,指向孔径光阑中心的光线,称为主光线。与主光线相对应,经过孔径光阑边缘的光线,称为**边缘光线(Marginal Ray)**。\\ * **光轴(Optical Axis):**光学系统的几何对称轴。对于轴上视场点,主光线通常与光轴重合;对于离轴视场点,主光线偏离光轴。\\ * **注意区分:**入射角(Incident Angle)适用于描述任意光线与对应表面法线之间的夹角;而主光线角(CRA)特指主光线在像面界面处的入射角。 {{ :yanding:成像基础知识:光学:几何光学:cra4.png?900 |}} **二、CRA匹配**\\ **镜头主光线角(Lens CRA):**\\ 由镜头结构决定的主光线出射角,随像高增大呈连续递增曲线;规格单值标注一般为靶面最大像高处的极限出射角度。\\ **传感器主光线角(Sensor CRA):**\\ 图像传感器规格标定的、随像高连续变化的最优入射角基准曲线,用于确定微透镜偏移量,使对应倾角入射光精准落在光电二极管中心。\\ {{ :yanding:成像基础知识:光学:几何光学:定义对比.png?700 |}} **匹配关系与成像影响**\\ **(1)理想匹配(镜头 CRA ≈ 传感器 CRA)**\\ 镜头投射到传感器表面的光线倾角,恰好契合微透镜的预设偏角。光线经折射后能精准汇聚于光电二极管(PD)中心,各像素感光效率(QE)达到最优,画面亮度与色彩在全视场均匀一致,信噪比最佳。 **(2)镜头 CRA < 传感器 CRA(镜头出射光线倾角偏小)**\\ 由于微透镜预设偏移量未能适配实际光线,部分入射光线经折射后会落于光电二极管有效区之外,导致边缘受光量不足,引发画面四角发暗的暗角现象(如下图所示)。 {{ yanding:shading-luma.png?300 |}} **(3)镜头 CRA > 传感器 CRA(镜头出射光线倾角偏大)**\\ 光线倾斜程度超出微透镜补偿能力,光束被像素金属布线遮挡或发生光学串扰,不仅集光效率降低,还会引发色彩串扰(如下图所示)、色彩渐晕(Color Shading),该缺陷难以通过后端 ISP 算法完全校正。 {{ :yanding:成像基础知识:成像系统:成像质量问题:均匀性成因2.png?500 |}} **三、CRA与微透镜偏移(Microlens Shift)**\\ 本节说明对象为**前照式(FSI)CMOS 传感器**。\\ 现代 CMOS 图像传感器像素上方集成微透镜阵列(Microlens Array),用于汇聚入射光子、提升光电二极管(PD)的感光利用率。传感器边缘位置的入射光线主光线角(CRA)更大。若全部像素的微透镜都居中对准光电二极管,大倾斜角度的光线会被像素内部金属走线遮挡,无法正常到达感光区,引发严重边缘亮度渐晕。为解决此问题,**可通过将边缘像素的微透镜向主光线入射方向进行物理偏移(Shift)**,偏移量随 CRA 同步增加,引导倾斜光线汇聚至光电二极管,提升像素集光效率,优化画面亮度均匀性。\\ {{ :yanding:成像基础知识:光学:几何光学:cra对比.png?500 |}} **查看更多**\\ [[yanding:成像基础知识:光学:几何光学:入瞳]]、[[yanding:成像基础知识:成像系统:成像质量问题:均匀性_shading]]