镜头眩光和鬼影产生的原因分析

“ 之前调试的项目中，有客户反馈图像的眩光问题，自已在调试项目过程中，也经常有遇到。但关于它的成因，还是有些疑问的，比如什么是眩光、什么是鬼影、眩光和鬼影是如何产生的、以及有什么办法可以消除眩光和鬼影，这是本篇文章所讨论的内容。”

1、概念

眩光（Veiliing glare）：是指逆光拍摄的图片中，光源四周出现一圈光晕及雾化的现象。

鬼影（ghosting）：理想的成像效果，就是所见及所得，但在逆光拍摄的图片中，经常会出现一个或多个虚影，与光源成一条直线上，在摄影学上称为鬼影（也就是拍摄到人眼看不见，非真实存在的东西，称之为鬼影还是挺贴切的）。

2、眩光和鬼影产生的原因

眩光和鬼影是一样的原因造成的，只是表现出的效果有所不同，其实无论是眩光还是鬼影，一般都是入射光线进入摄像头模组后进行多次反射造成的。

整个成像过程一般是：光源发射光线 ---> 光线照在物体上 ---> 物体反射光线进入镜头 ---> 光线到达 sensor  --->在 sensor 上成像，整个成像系统是由镜头前的盖玻片（Cover glass）、多个镜片的镜头、IR-filer(红外截止滤光片)、sensor 组成。景物反射进入的光线，会在盖玻片与镜片之前、多个镜片之间、镜片与IR-filer之间、IR-filer 与 sensor 之间进行反射，如下模组示意图所示：

光线进入摄像模组内部，主要有以下 4 部位的反射：

①、 Lens 和 Cover 间的反射；

②、 Lens 之间的反射；

③、 IR filter 与 Lens 之间的反射；

④、 Sensor 与 IR filter 之间的反射；

下面我们就分别从上述 4 部分分别进行分析：

①、 Lens 和 Cover 间的反射，此种情况是目前手机上比较常见的一种鬼影形成原因。 Cover 反射形成的鬼影有如下特点：

颜色以白色或蓝绿色比较常见，并且形状与原物体相似（cover 造成的鬼影一般以可见光部分为主，IR-filter 过滤掉了不可见光），在点光源、强光灯环境比较容易出现：比如路灯、车灯等。目前常用的解决方法是镀AR增透膜，减少反射的发生；

Cover 反射形成的鬼影较典型的图片如下所示：

一般 Cover 增镀一层 AR 增透膜之后，这种鬼影现象会大大减轻，如下图：  

②、 Lens 之间的反射；

Lens 之间反射形成鬼影的较典型图片如下所示

这种现象在单反镜头中比较常见，利用的好有时会带来意想不到的艺术效果。比如下图：

单反镜头焦距比较长，镜片间间距比较大，比较容易在多组镜片反射后，在 sensor 上成一串的光斑形式的像。但是在手机镜头上却很少出现，其中的原因，主要是手机镜头一般焦距都比较短，镜片都比较小，镜片间的间距也比较短，所以不容易出现一整串的光斑图像。

针对此问题，一般通过 Lens 镀膜和光路设计两方面去解决。一方面， Lens 镀膜可以减少反射的发生，从而减轻 Flare 问题；另一方面，通过 lens 的光路设计使得反射光线不能在 sensor 上成像（或成虚像）。

像这种 lens 间的反射或者上面 cover 反射造成的眩光鬼影，一般都很难通过下面的 IR 滤光片去改善，因为形成上面眩光鬼影的反射光线都是可见光部分， IR 滤光片对此部分基本上无能为力。

③、 IR filter 与 Lens 之间的反射；

IR filter 与 Lens 之间的反射，比较典型的是角落红光，如下图所示

通常情况，我们使用的 IR filter 上一般会进行 IR 镀膜，而由于光学薄膜的物理特性，对于不同角度入射的光线，镀膜曲线会出现偏移现象，入射角度越大，偏移也就越大；而偏移这部分波长光线（如下图红色区域部分），就是上述角落红光形成的主要原因。

角落红光形成简单的示意图如下所示：当大角度入射的光线（我们假设为 30°），经过 IR filter和 lens 的反射后，有可能会以小角度（＜30°）重新经过 IR filter 入射到 sensor 上，此时就形成了鬼影。我们可以发现，形成鬼影的这部分光线波长大部分就是大角度与小角度偏移部分波长，这也是为什么这种鬼影通常呈红色的主要原因（偏移部分波长一般集中在 600~700nm 波段）。

通常这种角落红光鬼影，使用蓝玻璃 IR filter可以改善，因为形成鬼影这段波长正好是蓝玻璃的吸收区域，所以经过蓝玻璃 IRfilter 之后这部分反射光线将大大减弱甚至消除。

④、 Sensor 与 IR filter 之间的反射；

sensor 与 IR filter 之间的反射，比较典型的就是花瓣状的鬼影，如下图所示：

花瓣状鬼影一般都是 sensor 上的 microlens 与 IR filter 之间多次反射后形成的，这种现象在使用普通白玻璃 IR filter 的模组上面很常见，通常使用蓝玻璃也可以减轻此现象。同上述角落红光形成原因类似，造成花瓣状鬼影形成的简单示意图如下所示：入射光线经过microlens 反射之后，可能会以大角度反射回 IR filter，同样大角度入射的光线会反射偏移波段部分光线到 sensor 形成鬼影，多次反射后就形成了这种花瓣式的红色鬼影。

这种花瓣式的鬼影一般可以通过使用蓝玻璃并且 AR 面面向 sensor 来减弱甚至消除。

蓝玻璃可以解决这种花瓣式鬼影的原因就是因为蓝玻璃对在 IR 面发生反射的偏移部分光线有吸收特性，所以经过蓝玻璃吸收后再进入 sensor 的光线强度将会很微弱，从而鬼影现象得到缓减

3、影响镜头眩光和鬼影的因素

①、 镜头的因素：镜头里面的透镜越多，眩光、鬼影就越容易出现。

②、焦距：广角镜头的设计不仅可以很好地处理眩光，而且焦距越短，光源看起来就越小。另一方面，长焦镜头的表现要差得多，因为景物被放大了，眩光及鬼影会变明显。

③、镜头设计：好的镜头设计肯定会影响镜头眩光。例如，尼康一直在设计具有凹进式前部元件的镜头，这可以大大减少眩光和鬼影，甚至不用使用昂贵的涂层技术。

④、Filter：低质量的Filter会在图像中产生更多眩光问题。

⑤、镜头进灰：随着时间的推移，所有镜头都会积聚灰尘，内部灰尘可能会导致更多的眩光问题。

⑥、镜头上的油腻指印和其他灰尘颗粒也会造成更多的眩光问题。

4、如何避免眩光和鬼影

①、使用镜头罩或者手挡。

②、使用高质量镜头：高质量的专业级镜头价格昂贵，但它们通常都配有令人惊叹的镀膜技术和物理结构，有助于显著减少甚至消除炫光问题。

③、使用定焦镜头：一般来说，定焦镜头的光学公式比变焦镜头简单，光学元件肯定更少。需要处理的元素越少，图像中显示的炫光就越少。

④、更改光源或者拍摄位置

⑤、尽量避免对着太阳直摄

参考：https://photographylife.com/what-is-ghosting-and-flare

更多内容，微信搜索公众号名称：ISP Tuning ，欢迎关注；