简介
Flare(也称为 glare 或 veiling flare/glare)根据定义是图像中并非源自相关场景物体的杂散光。Flare 可以来自多个来源,当其出现时,会显著影响图像质量。
veiling flare 与 image flare
veiling flare 和 image flare 都会损害最终图像。例如,根据 ISO 93581,veiling flare 描述了传统相机镜头产生的 Flare。它仅针对从相机上取下的镜头进行测量。ISO 9358 概述了分析 veiling flare 的测试方法和程序。
而 image flare 描述的是移动设备等相机最终处理后的图像中出现的 Flare。在许多情况下,无法分离相机镜头。目前尚不清楚一定量的 Flare 是来自镜头、相机,还是相机本身的图像处理。因此,ISO 188442 的制定旨在为评估所有类型相机的 image flare 提供系统的方法。
Flare 如何产生?
Flare 可能由多种不同的变量引起,包括自然原因和相机系统硬件组件导致的原因。
Flare 的来源包括:
物体与相机前置镜头之间的一切,例如空气中的雾霾或灰尘。
镜头光学部件之间的内部反射以及镜头元件上的灰尘和污垢。
镜头边缘和框架或快门、光圈、相机机身等反射的光线。
来自光学系统本身的光线,带有球差和色差等。
漏光
由于变量范围如此广泛,Flare 往往是更难测量的图像质量因素之一。

图 1:由于 Flare,图像中的暗区信号局部增加。

图 2:世贸中心一号楼的立面本应只有一个亮点,但由于镜头或传感器内部的多次反射,图像中出现了多个灰尘颗粒。
如何测量 veiling flare?
ISO 9358 是测量镜头 Flare 的基本标准。使用 ISO 9358 测量 veiling flare 有四种不同的方法,它们是:
点扩散函数
使用积分球进行无限远测量
对于焦距较大的镜头使用两个积分球
基于 Test Chart 的非无限远测量
点扩散函数
点扩散函数是通过将一个小点光源照射到相机上来测量的。然后,相机重复旋转,使光线从所有不同角度照射到相机。对所得图像进行 Flare 评估,但目前没有方法可以使用这种测量方法获得一个单一的数字来指示这些图像中存在的 Flare 量。

图 1:使用点光源测定 Flare 的原理。
使用积分球进行无限远测量
ISO 9358 中提到的第二种方法是在积分球中使用光阱。在光阱区域测量的黑电平是 Flare 量的一个指示。如果焦距很大,应结合使用两个积分球。ISO 9358 将无限远距离定义为焦距的十倍以上。因此,积分球的直径(镜头与光阱之间的距离)需要至少是焦距的十倍。

图 2:桶形(负)像高 Distortion

图 3:结合两个积分球用于长焦距。
基于 Test Chart 的非无限远测量方法
如果不需要在无限远距离测量 Flare,可以使用 Test Chart。ISO 9358 在其测试设置中使用透明 Test Chart,如图 4 所示。

图 4:ISO 9358 中描述的非无限远方法使用透明 Test Chart。
如何使用 ISO 18844 测量 image flare?
ISO 18844 是分析手机(或类似)相机系统 Flare 的最佳标准。与 ISO 9358 具有多种测量 Flare 的方法不同,ISO 18844 使用专门设计的 Test Charts 测量 image flare,这些 Test Charts 类似于 ISO 9358 非无限远方法中的 Test Charts。
这些 Test Charts 是均匀的白色目标,带有一个或多个黑洞,用于确定相机添加到图像中的 Flare 量。黑洞充当光阱,吸收大部分光线,从而产生尽可能低的黑电平。如果图像中存在 Flare,这个黑电平就会升高。这种 Test Chart 可以是反射式的,也可以是透射式的。

图 5:根据 ISO 18844 使用反射式 Test Chart。

图 6:根据 ISO 18844 使用透射式 Test Chart 测量 Flare。

图 3:Test Chart TE281 是我们根据 ISO 18844 测量 Flare 时首选使用的 Flare Test Chart。
下方所示的 Test Chart 是根据 ISO 18844 中给出的描述专门设计的。它使用 17 个光阱来捕捉尽可能多的光线,同时还提供了多个分析点。当使用 ISO 18844 中描述的简化方法 C 时,对比度达到 10.000:1 以上就足够了。通过一张图像,我们可以获得黑白电平之间的比率,以指示 Flare 量。

图 7:使用 Canon 镜头配合数码单反相机拍摄的样本结果。
正如 ISO 18844 中所述,该方法目前不考虑位于相机 FOV 之外的其他光线和光源,即使这些光源通常与 Flare 相关。
目前,负责的 ISO 工作组和 Image Engineering 正在研究解决此问题的各种方案。
结论
可以使用 ISO 9358 或 18844 中描述的方法充分分析 Flare。然而,ISO 18844 针对所有相机系统类型,包括那些无法分离镜头(ISO 9358 的要求)的系统。
在我们的测试实验室中分析 Flare 时,我们几乎总是遵循 ISO 18844,因为它是最新版本,涵盖了许多相机系统,其中最重要的是手机相机。
当分析如何在 Flare 方面改进相机系统时,使用专门为 Flare 设计的 Test Chart(如上所述)并结合适当的 Illumination,已被证明能持续提供最佳结果。
