当环境中存在强光源时（比如太阳或大功率灯光），强光源的光线到达镜头的时候，发生反射，反射光线到达不同的镜头部件、光圈或传感器上，会在图像中产生出光斑或光晕等非预期的图案，造成图像质量的降低，这些影响图像质量的东西被称为炫光（Flare，Glare）。
实际上杂散光在不同行业中有不同的描述术语，常见的有stray light, lens flare, veiling glare, ghost image(flare)等。这些术语大多数没有严格定义。
在摄影中，通常描述Veiling Flare和Ghost Flare的时候有一定区分，Veiling Flare是指强光源并没有在图像中，但强光源的光线进入了相机系统造成了炫光，这种情况会让图片看起来好像蒙上了一层纱（Veil的原意有面纱的意思），暗部变亮，对比度降低。如下图
摄影中 Veiling Flare例子
Ghost Flare，鬼影炫光也是一类在摄影中常见的炫光。它和图像看起来模糊并且对比度很低的Veiling Flare不同，代表了图像中所有瑕疵，无论是强光源的反射还是类似于镜头光圈的形状。这些不同颜色和形状的瑕疵通常与光源成一条直线分布。
摄影中Ghost Flare的例子
还有一种被称为红点炫光的问题，这个问题是因为强光源光线照射到传感器上经过反射到了镜头，又被镜头反射到了传感器被采集造成。具体的例子见下图。
红点炫光例子
从上图中可以看到，除了多边形的光圈状的鬼影，在太阳周围还能看到一些红点，这些红点是因为数码相机的传感器的微透镜被放大到了图像中显示造成的。
需要注意的是，本文中的Veiling Flare是指ISO 9358标准中的Veiling Glare（杂散光）。其定义为光学或电光学系统像平面上不希望收的多余辐射通过正常的入射孔径进入系统的辐射比引起的图像质量问题。这些辐射可能来自于视野的内部或外部。
从定义看，这里的Veiling Flare是一个统称，主要关注的是镜头相关的炫光。
Veiling Flare和Image Flare
ISO 9358从传统的相机镜头角度描述了Veiling Flare，标准定义了测量和分析Veiling flare的测试方法和流程。注意ISO 9358只测量镜头本身的炫光。
Image flare，描述了发生在相机（比如手机摄像头）最终处理后的图像结果的炫光。在很多情况下，分离相机镜头是无法做到的。无法确定图像中特定炫光是源于镜头、传感器还是相机的图像处理过程。因此,ISO 18844概括了一套系统的方法用来评估所有类型相机的图像炫光。
炫光产生原因
造成炫光的变量有很多，有来自自然环境的，也有相机系统硬件部件的：
- 物体和相机前镜头之间的所有东西（比如空气中的雾霾粉尘等）
- 镜头的光学部件和镜头上的灰尘污垢之间的互相反射
- 来自镜头、快门或相机机身等的边缘的反光
- 由光学系统自身造成的光线影响，比如球面相差，色差等
- 漏光
由于有如此多的变量，炫光通常是图像质量中较难测量的因子。
图中黑色区域由于炫光影响造成局部信号增加
世贸中心一号大楼的外立面上原本应该只有一个亮点，但由于镜头或传感器内的互相反射让图像中出现了灰尘颗粒
如何测量Veiling flare
ISO 9358是用来测量镜头炫光的基础标准，里面提到四种不同的用来测量veiling flare的方法：
- 点扩散函数（point spread function）
- 单积分球，用于无穷远距离测量
- 双积分半球，用于大焦距的镜头
- 基于测试卡的测量，用于非无穷远距离测量
点扩散函数
点扩散函数的测量是通过点亮一个很小的点光源到相机来实现的。相机会不停旋转，因此光能够从所有不同的角度到达相机。所有出的图片都会被用来评估炫光，但使用这种测量方法，目前还没有任何手段来获取一个单独的数值表示炫光的多寡。
使用积分球（单积分球，双积分半球）
ISO 9358所提到的第二种方法是在一个积分球里用一个光阱（light trap）来做测量。在光阱中测量的黑阶水平可以用来衡量炫光的量。ISO 9538标准定义的无穷远距离是大于焦距10倍的距离，这样的话，对于大焦距的镜头来说，所需要的积分球的直径就会很大（100mm的镜头，需要直径1M的积分球）。为了解决这个问题，标准提出了双积分半球组合的方式。
单积分球
双积分半球
基于测试卡测量
如果炫光不需要在无穷远距离上测量，则可以使用测试图卡的方式。
使用ISO 18844测量image flare
如果要分析一个手机相机系统的炫光，ISO 18844是最好的标准。和ISO 9358不同，ISO 9358有多种方法来测量炫光。ISO 18844使用专门设计的测试图卡来测量image flare，图卡和ISO 9358中的非无穷远方法的测试图卡类似。
这些测试图卡是均匀的白色对象，另外至少还有一个黑洞用于确定由相机引入到图像的炫光的量。这个黑洞相当于光阱，它吸收了很大比例的光，因此给出了最低可能的黑阶水平。黑阶水平在图像中存在炫光的时候会上升。测试图卡可以是反射式的或穿透式的。
使用反射式测试图卡
TE281测试图卡是按照ISO 18844的要求设计出的。它用了17个光阱尽最大可能捕获光线，同时也提供了多个分析点。对比度达到10.000:1以上时，对于使用ISO 18844所描述的简化方法C就已经足够了。从单幅图像中，我们能够获得用来表示炫光量的黑和白之间的比率。
ISO 18844里指出，目前这个方法没有考虑相机可视范围外的其它光源，即便这些光源通常和炫光相关。
参考资料
镜头杂散光测试方案（一）- 图像质量及色彩科技知识分享平台 图像质量与色彩管理 – Powered by HDWiki!
Original: https://blog.csdn.net/vivo01/article/details/125802947
Author: 亦枫Leonlew
Title: 图像质量评估(9) — 杂散光（炫光，Flare，Glare）
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