镜头耀斑光测试

       相机的动态范围可以理解为是一个场景中的音调范围，可以用足够的对比度和良好的信噪比再现。相机动态范围通常受到光斑的限制，光斑是图像中的杂散光，主要由镜头元素之间的反射引起。闪光通过模糊图像降低动态范围；也就是说，在黑暗区域冲洗细节。这是相机（包括镜头）的动态范围低于图像传感器的主要原因，对于最近的hdr（高动态范围，现在的智能手机上有HDR开启按钮）传感器，图像传感器的动态范围可以高达150db（3000万：1）。

 

       理论上，测试图图像中的闪光可能会被设备误认为是测试图的图像，从而导致夸大的动态范围测量。在2019年我们发现了发生这种错误的实际图像。通过对这些图像的研究，开发了一些技术来防止由耀斑光引起的信噪比测量值的夸大。我们认识到一些客户可能实际上更喜欢夸张的测量，因为他们产生的HDR数字有时超过120分贝，接近HDR传感器的规格，在销售中非常的有利。当消除了耀斑光的影响时，减少（但实际）的dr测量可能会使其中一些客户感到不舒服。
 

 

 

XYLA
 

       耀斑光可以用xyla图的图像来说明，xyla图是一个准确的hdr测试图，具有线性结构，由21个灰度斑组成，光密度阶跃为0.3。这张图片来自一个低成本的“黑匣子”相机。上面的横截面图，由图像统计模块制作，是在xyla图像的中心。耀斑在图像中是最明显的，在最亮斑左侧的横截面图中是衰减的。xyla图像（来自同一图像；下部变亮）和相应的横截面图下面的横截面是在活动图表图像的外面（下面）拍摄的，上面显示的是变亮的，以使耀斑光更加可见。图表右侧像素级别的变化（x在800到1600之间）是由左侧最亮的斑点扩散的耀斑光引起的。

 

 

 

XYLA_results_showing   xyla图像（上图）显示强色调映射的结果

       这张图像有很强的局部色调映射，导致测量到的伽马值异常低（而且不是很有意义），为0.148。信噪比以一种不寻常的方式变化，因为它不像传统的线性图像传感器那样单调下降。这表明使用了具有多个工作区域的hdr图像传感器。由于图像存在明显的桶形失真，区域选择困难。对比度分辨率图表更易于使用，并且在存在色调映射的情况下提供了更好的系统性能指示。

       如果耀斑光再差一点，就很容易被误认为是图本身发出的信号，从而导致动态范围测量错误。闪光可能非常复杂。它可以增加图像的偏移量（通常称为“模糊眩光”），这很难与图像处理管道中的黑色水平偏移量区分开来。大部分时间它是最大的近亮斑，然后随着距离这些斑的距离而减小。下降率很少是一个表现良好的指数。

       透镜反射是产生中程耀斑光的主要原因。未镀膜玻璃表面（折射率1.5）反射入射光的R=4%=0.04。（一块玻璃或一个透镜组件有两个表面）对于表面和光源之间的每个玻璃表面，初级反射（原始入射光的r2）的一小部分r被反射回图像传感器。这称为二次反射。由于大多数透镜表面都是弯曲的，因此光线将不聚焦；也就是说，它将倾向于使图像的一部分起雾。根据edmund optics的研究，最佳的抗反射涂层在可见光谱（约400-700nm）上的r 0.4%=0.004。对于合理的入射角范围，r=0.005可能更为现实。从每个二次反射反射回传感器的光为r2=0.000025=2.5*10-5=-92db（20*log10（r2））。二次反射的数目nsec随着透镜中的组分m（组分粘合在一起，每个组分有两个空气-玻璃表面）的数目而迅速增加：1:1组分；6:2组分；15:3组分；28:4组分；45:5组分等等。

计算公式
 

       M=5组件是高质量照相手机的典型组件；M≥12组件是DSLR变焦镜头的常见组件。总的来说，由于杂散光不覆盖整个图像，透镜光斑的严重程度低于二次反射的次数；它随着与明亮区域的距离而减小。很容易理解为什么实际的相机dr测量限制在70-90db左右，即使传感器dr要高得多。

 

 

劣质相机的对比度分辨率图像的图像统计横截面，显示由红色箭头指示的空间变化光斑

 

       闪光的主要特征是图像中从明亮区域扩散的黑暗区域的光线。这种漫射光可能与实际的图表信号（特别是线性图表）混淆，从而导致夸大（过于乐观）的dr测量。此外，增加耀斑光（这可能是由较差的，即较便宜的透镜涂层造成的）通过使图像的阴影区域起雾来降低实际dr，但可能导致dr测量值的增加。因此，需要区分伪影信号、耀斑信号和真实信号。由于文章内容较多，所以分为两节来讲解。