生活中，你是否遇到过这样的情况：逆光拍摄时，整个画面像蒙上了一层 “薄纱”，画面对比度降低且出现圆形光斑（见下图）。这些现象均是杂光造成的！杂光会降低图像对比度、掩盖细节，并可能引入干扰信息，对成像质量与分析结果产生负面影响。因此，对杂光的测试是数字相机成像质量测试的关键一环。本文将为大家介绍数字相机杂光现象的原理！

一、什么是杂光？

杂光是指在成像系统中到达像平面的非成像光线。

如图，成像光线（蓝色实线）在镜头内部发生非预期反射产生非成像光线（蓝色虚线），这种不按预设的光路传播的非成像光线统称为杂光，当杂光传播至像面，便会对正常成像形成干扰。

二、杂光常见形态

杂光对成像的影响以不同形态呈现：

例如：图 3 中太阳强光下，建筑仿佛被 “薄纱罩住”，出现画面对比度大面积降低的雾化现象（Veiling glare）和多个模糊的圆形光斑；图 4 中太阳周围绽放出花瓣状的红色光斑（Petal flare）；图 5 中太阳下方拖着的一串彩色光斑（Ghost reflections）；以及图 6 中太阳发出的像星芒一样的放射状线条（Diffraction spikes）。

三、杂光是如何产生的？
在宏观层面上，杂光现象的产生是光线在成像系统内部发生的非预期的反射、散射或衍射造成的。具体可归结于以下几类：

• 由镜头内的镜片之间、镜片与结构件（如镜筒、孔径光阑边缘等）之间，以及镜片与相机的结构件（如镜座、支架、暗室等）之间、镜片与图像传感器之间的单次、多次反射导致的杂光现象；
  
• 由散射（镜片表面划痕、脏污及镜片材料的不一致等）导致的杂光；
  
• 由固态图像传感器上像元对光的衍射导致的杂光。
  

例如:图 3 的雾化现象缘于非成像光线在镜头内部发生的散射；图 4 的花瓣状光斑是由传感器的微透镜阵列产生的衍射光斑经滤光片反射形成的；图 5 的一串圆形光斑也就是我们常说的鬼影，是由光在镜片之间的多次反射造成的；而图 6 中太阳呈现出的芒刺效果，常常是由镜头的孔径光阑所形成的衍射导致的。

四、杂光测试标准
相机杂光测试的三个常见标准：
1. ISO 18844:2017杂光测试方法
摄影领域的相机杂光测量标准为 ISO 18844:2017。其核心是在均匀照明或均匀发光的白色背景上，设置多个低反射/低透射的圆形黑色区域（即高密度光阱（黑点）的对角线阵列，见图7）。通过计算图像中黑色区域与白色背景的亮度比值，即杂光指数F，来定量评估杂光的严重程度，F值越小，杂光对像质的影响越小。

图7 高密度光阱（黑点）的对角线阵列

杂光指数F计算公式：
$$F = \frac{S_{black}}{S_{white}} \times 100\%$$

图8 F值的ROI区域

2.QC/T 1128-2019测试方法
QC/T 1128-2019 规定了车载摄像头杂光性能的测试方法和评估指标。在 QC/T 1128 中，须在暗环境中，使用被测设备对点光源进行拍摄。根据标准中定义的炫光及鬼影在图像总面积中的占比来评估摄像头对杂光的抑制能力。
眩光指标：
镜头在试验光照射下所产生的光斑面积应不大于显示面积的 25%。
眩光测试方法：
a）未加光源时，全黑测试图卡的亮度应小于$2\text{cd/m}^2$；
b）光源为（5～10）$\text{Mcd/m}^2$，在视场中占（30～34）$\text{arcmin}$；
c）保证光源在DUT视场内，调整光源的入射角度，使图像中光斑的面积最大；
d）通过视频分析设备，计算信号强度大于图像中最大强度50%的区域所占面积，并计算该区域与整个图像面积的比值。

鬼影指标：
a) 若鬼像与原像的峰值亮度比值大于50%，鬼像与视场的面积占比应小于1%；
b) 若鬼像与原像的峰值亮度比值大于30%且不大于50%,鬼像与视场的面积占比应不大于8%；
c) 若鬼像与原像的峰值亮度比值不大于30%，鬼像与视场的面积占比不作要求。
鬼影测试方法：
a) 点光源功率为 1W、色温为6000K、发光角度为(110+10)°(半光强)，照度为(220+22)lx，DUT以工作模式B1在暗箱(室)中进行测试。
b) DUT镜头到光源的距离为( 400±10)mm,镜头正对光源在转动台架上固定并确认图像正常；
c) 将 DUT在水平方向顺时针旋转，旋转中心为镜头的几何中心，每次旋转后的图像之间相隔10%的水平视场，直到光源超出水平视场40%区域为止，并保存各视场图像；
d) 重新安置 DUT正对光源，在水平方向按逆时针方向旋转，图像之间相隔10%的水平视场直到光源超出水平视场 40%区域为止，并保存各视场图像；
e) 统计分析和计算各视场图像中的鬼像的面积占比和亮度比值。

3.IEEE 2020-2024测试方法
IEEE 2020-2024 标准是车载图像质量评估的重要规范，其定义的杂光（Flare）测试包含 Flare A 和 Flare B 两种测试方法：
（1）Flare A 测试：
基于 ISO 18844:2017 标准点阵图，在水平、垂直轴增设额外测试点以覆盖更大视场并捕捉特定方向杂光，通过计算杂光指数 F 值来定量评估杂光的严重程度；

IEEE 2020-2024标准Flare A测试图卡

（2）Flare B 测试：
通过旋转点光源或被测设备（DUT），模拟强光源从水平、垂直、对角线等多角度入射镜头，采集一系列图像后分析图像的炫光衰减（Flare Attenuation），计算平均炫光衰减（Average Flare Attenuation）、最差炫光衰减（Worst Flare Attenuation）等指标，来量化相机的杂光性能。

固定DUT，旋转光源	固定光源，旋转DUT

测试样张示例

平均眩光衰减(Average Flare Attenuation)
对整个图像中所有像素的$FlareAverage_{dB \theta，\phi}$值（即每个像素的眩光衰减值）取算术平均值。计算公式如下：
$$FlareAverage_{dB \theta，\phi}=avg(Flare_{dB \theta，\phi}(x,y))$$ $FlareAverage_{dB }$ 为平均眩光强度，单位为分贝（dB）； $\theta$光源的方位角；${\phi}$光源的视场角；x为图像坐标x；y为图像坐标y；$Flare_{dB }$眩光衰减，单位为分贝（dB）。

最差眩光衰减 (Worst FlareAttenuation)
取图像眩光强度最大的数据，计算公式：
$$FlareWorst_{dB \theta，\phi}=\max_{x,y}(Flare_{dB\theta,\phi}(x, y))$$ 式中： $FlareWorst_{dB}$ 为最差眩光衰减，单位为分贝（dB）； $\theta$光源的方位角；${\phi}$光源的视场角；x为图像坐标x；y为图像坐标y；$Flare_{dB }$眩光衰减，单位为分贝（dB）。