杂光

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。