什麼是雜散光？
雜散光的定義
雜散光是指任何不必要的電磁輻射，它會干擾光學系統預期功能的性能。不必要的雜散光可能發生在成像或投影系統中，儘管通常對前者進行控制更為關鍵。雜散光可能源於光學系統正在捕捉的物體、來自意外的外部發射器，或者，對於紅外敏感系統而言，它可能源於系統本身因自身熱量而發光的元件。
雜散光的例子包括：
- 光學系統內部機械安裝表面反射的光線
- 光線從系統外殼的縫隙中洩漏
- 光線在系統光學表面上的灰塵和其他缺陷處散射
- 天空輝光，由城市燈光在大氣層中的反射引起，並影響地面天文學
- 太陽、地球和月亮，它們會影響軌道望遠鏡
目錄
兩種雜散光類型
雜散光可分為兩種截然不同的類型：鬼影 (ghosts) 和眩光 (flare) 或薄霧眩光 (veiling glare)。
鬼影發生在成像系統中，當來自影像場中光源的光線經過兩次或更多次不必要的反射，然後落在成像設備上，產生不必要的鬼影影像。對於數位相機而言，最常見的鬼影影像來源之一是光線從成像設備反射回光學系統，然後再從鏡頭表面反射回來形成二次影像。
眩光或薄霧眩光通常發生在光線在光學系統內部散射時，可能是由於光學表面上的缺陷，或是系統中的機械元件。薄霧眩光也可能由大氣對光的反射引起，例如霧霾或天空輝光。
- 源於成像表面之間意外的反射
- 源於光柵產生的高階或未阻擋的繞射級次
- 透過明亮散射表面的二次成像形成
眩光或薄霧眩光：
- 從光學系統視野外部的光源進入影像
- 源於視野內的明亮光源或溫暖表面的熱輻射
- 當光線在光學系統內散射時發生
圖 1. 鬼影範例：使用手機相機拍攝的照片，清楚顯示三個清晰聚焦的燭火鬼影。另有一個第四個延伸鬼影，其中心位於中間的清晰鬼影上。
為何在設計中找出雜散光如此重要？
雜散光會透過向影像添加不必要的光線來降低影像對比度。例如，雜散光可能：
- 降低偵測系統的靈敏度。
- 在商用成像系統中產生不美觀的影像。
- 在光投射系統的光束圖案中產生不必要的亮點。
軟體如何協助找出雜散光？
雜散光會透過向影像添加不必要的光線來降低影像對比度。例如，雜散光可能：
- 降低偵測系統的靈敏度。
- 在商用成像系統中產生不美觀的影像。
- 在光投射系統的光束圖案中產生不必要的亮點。
圖 2. 鬼影範例：單一鬼影路徑的循序光線追蹤。視場中物體的光線穿過透鏡，並在右側的偵測器上形成影像。部分光線隨後被偵測器反射回透鏡。其中一個透鏡表面隨後將光線反射回偵測器上的不同位置。此鬼影之所以重要，是因為鬼影光線幾乎聚焦在偵測器上，這將導致比光線分散到更大區域時更亮的鬼影。
眩光可以透過許多且通常是意想不到的光學路徑進入光學系統。您可以使用蒙地卡羅軟體來調查其影響。蠻力法將隨機產生許多光線，並分析能量如何在模型中分佈。變異數縮減法可以有效率地找出包含低機率事件（例如高角度散射）的路徑所產生的影響。
圖 3. 意外光線範例：視場中物體的光線從鏡頭座散射，然後被透鏡表面反射到偵測器。
模擬雜散光的計算方法
雜散光（由鬼影和眩光組成）的分析和控制是成像系統設計中一項重要但複雜的任務。鬼影源於主光學路徑中表面的多次反射。在焦點處或附近撞擊影像平面的鬼影尤其令人關注 — 眩光可能源於光線從鏡頭座、透鏡的非光學表面（例如平面和邊緣）以及偵測器本身反射，然後重新成像到偵測器上。偵測器微結構的繞射也會使模擬從偵測器反射的光線的過程複雜化。
使用軟體模擬雜散光
建模並最佳化照明系統設計
針對一般照明、背光顯示器、LED 和車輛內部照明的設計，LightTools 照明設計軟體可對照明系統設計進行建模和最佳化。LightTools 提供雜散光分析增強功能，可提升該軟體業界領先的設計能力、可靠性和準確度。
圖 4. 光線歷史感測器範例：從表面感測器恢復邊緣光設計光線。
建模並模擬車用照明設計
針對車用前照燈、後照燈和訊號燈的設計建模和即時模擬，LucidShape 軟體提供一套完整的設計、模擬和分析工具。
建模、分析和最佳化光學系統
對於用於模擬成像或自由空間電信系統的軟體而言，CODE V 是一款電腦輔助設計軟體，用於光學系統開發的模型建立、分析、最佳化和製造支援。應用領域包括航空航太、相機、資訊顯示、微影和光子學。
模擬場景雜散光和附加雜散光源
ImSym 協助您了解系統中不必要光線的影響，並在進入製造階段之前，提供成像系統的端對端模型。該模型包括透鏡、感測器以及影像和訊號處理器 (ISP)，讓您能夠以精確的量化資料來視覺化影像。這些功能可簡化開發流程，讓您能夠更快地將下一代成像產品推向市場。
雜散光工作流程
以下是使用 Keysight 軟體分析相機系統中雜散光的典型流程：
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