杂散光测试注意事项

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介绍： 杂散光测试和归一化杂散光简介|Imatest 杂散光分析输出|历史记录

背景： 杂散光示例|根本原因|测试概述|测试因素|测试注意事项|术语表

计算： 度量图像|归一化方法|光源掩膜方法|汇总指标|分析通道|饱和度

说明： Imatest 高级分析说明（主控和 IT） |使用 Imatest 计算归一化杂散光|电动云台说明

设置： 设置列表和 INI 键/值|标准和建议|配置文件输入

本页介绍了杂散光测试的技术注意事项。

测试假设

下表描述了在杂散光测试中可能做出的假设，以及相关的后果（如果假设不完全正确）和解决这些后果的可能改进措施。

假设结果可能的改进
房间是黑色的（反射率为0%，没有其他光源）。
  • 房间里的反射光看起来像是杂散的灯光。
  • 会给出比相机应有的更差的杂散光测量结果。
  • 更大的房间（1/r 2将改善光线的“散失”）
  • 较暗的房间（吸收更多光线）
  • 添加挡板（遮挡不良的测试卫生状况和其他光源）
光源亮度合适。
  • 如果光源太亮，由于饱和效应，较强的杂散光可能会被低估。
  • 如果光源太暗，则可能无法测量到较弱的杂散光。
  • 根据被测设备 (DUT) 及其将要经历的场景，在适当的测试级别下进行测试。
  • 这可能需要在多个源级别进行测试。
光的辐射亮度在空间上是恒定的。
  • 在计算旋转角度时，杠杆臂的作用至关重要。
  • 在光衰区域，测得的杂散光会比预期更好。
  • 使用更好的光源
  • 使用来源的其他部分
  • 对不均匀性进行补偿
光源通过一次反射照射到前镜片以及“看到”前镜片的机械表面。
  • 缺乏覆盖
  • 测得的杂散光比预期要好。
  • 使用更大直径的源
  • 添加二维步进以机械方式获得覆盖层
  • 使用发散源
光源没有杂散光。
  • 表现形式：光源周围出现光晕
    • 场景中会存在额外的光线，导致测得的杂散光性能比理想测试环境下相机应有的性能更差。
    • 如果这额外的光线与相机中的杂散光功能重叠，则可能会掩盖杂散光性能问题。
    • 如果使用过大的遮光罩，那么测得的杂散光效果将优于相机在理想测试设置下应有的效果。
  • 原因：光源上的污染物（灰尘、指纹、碎屑等）
    • 光源在空间上并非均匀分布。
  • 改变光源的光学设计以消除杂散光路
  • 改变光源与相机之间的距离（其中一些杂散光路径与距离有关）
  • 遮盖更多图像区域（不建议）
  • 仔细清理源头
源图像很小
  • 与较小的源图像相比，重复性问题较为突出
  • 改变光源的光学设计
数据呈线性关系
  • 结果可能与该系列中的其他拍摄对象或其他相机拍摄的结果不一致。
  • 测量结果可能比预期更好或更差（或在不同情况下两者兼有）。
  • 使用线性模式进行测试
  • 数据线性化（去复合、伽马校正、基座减法、应用线性化函数）
所有自动算法均已关闭
  • 结果可能与该系列中的其他拍摄对象或其他相机拍摄的结果不一致。
  • 测量结果可能比预期更好或更差（或在不同情况下两者兼有）。
  • 使用线性模式
  • 数据线性化（去复合、伽马校正、基座减法、应用线性化函数）
数据呈单调性。
  • 结果可能与该系列中的其他拍摄对象或其他相机拍摄的结果不一致。
  • 测量结果可能比预期更好或更差（或在不同情况下两者兼有）。
  • 使用响应单调的模式
当位于视场范围内时，光源会被遮蔽。
  • 如果掩模太小，部分光源会被视为杂散光（测量结果会比预期更差）。
  • 如果遮罩过大，部分杂散光将被视为光源（测量结果会比实际值更好）。
  • 标准化掩蔽方法以提高一致性（即使每个人都“错了”）
  • 更多测试（以了解不同掩蔽方式的后果）
  • 报告掩蔽方法，以便其他人可以使用相同的方法重新运行。
杂散光呈径向对称（单个方位角足以进行测试）
  • 杂散光效应中的不对称性将被忽略。
  • 在多个方位角下进行测试
测试设备不在被测设备（DUT）的视场（FOV）内。
  • 部分视野未被覆盖（指标比应有的要好）
  • 测试设备会产生新的杂散光路（指标比预期更差）
  • 旋转光源，而不是被测设备。
  • 仅照亮被测设备
  • 调整夹具，使旋转装置移至摄像机后方。
  • 将相机倒置，以便“清晰地”观察光源。
  • 降低测试设备的反射率
已知光源相对于被测器件的角度
  • 不同装置中，杂散光出现的报告角度可能并不一致。
  • 如果进行生产测试（抽样非常稀疏），则可能会使用错误的角度。
  • 使用准直光源
  • 报告旋转中心相对于被测设备 (DUT) 上基准点的位置
  • 选定一件事，然后坚持下去。
  • 绘制/报告汇总指标与捕获指数的对比
参考图像补偿可以表示为一个乘法因子。
  • 归一化因子将无法正确计算。
  • 参考图像和测试图像均使用固定的测试模式（增益、积分时间）。
所有信号（设计路径之外的）均来自杂散光
  • 房间内的灰尘可能会导致杂散光测量值出现“峰值”。
    • 实际结果比预期更糟。
  • 暗噪声和杂散光无法分离。
  • 在洁净室进行测试
  • 在每个位置取多个样本并计算“中位数”。
  • 减去暗噪声
光源是准直的。
  • 采集过程中将包含多个源-被测器件角度。
    • 这可能会改变杂散光特征出现/消失的强度和角度。
  • 报道角度将更具挑战性。
  • 使用准直光源
  • 报告测试设置相关信息

光源

准直源与发散源

从计算角度来看，杂散光可以用发散光源或准直光源测量。但是，为了保证测试装置之间的可重复性，建议使用准直光源。

左图：使用发散光源进行采样；右图：使用准直光源进行采样。两种情况下，黑色光束均采样相同的角度/位置组合。

测量杂散光的两个方面是光线的角度及其相对于相机的交点（平移）。发散光源和准直光源分别照射该空间中的每个样本（旋转相机/光源可以扩大覆盖范围）。

猜想：对于一个设置中的一小束光线，在另一个设置中存在等效的光线束。在足够（未定义）的采样下，一个设置中的所有光线束都会被另一个设置中的一个或多个捕获图像覆盖。然而，该捕获图像中的其他光线束可能并非同一束光线。这导致在一个设置中出现的所有杂散光特征都会出现在另一个设置中，但其强度和位置（角度）可能不同。

准直光源并非适用于所有情况（例如，通过汽车挡风玻璃进行测试需要哈勃太空望远镜大小的光学系统），因此在某些情况下，建议使用发散光进行测试（但会降低测量的重复性）。

准直分歧
优势
  • 距离不变（仅考虑空气传输损耗）
  • 平移不变性（在光束空间均匀性的范围内）
  • 光源内的所有射线束都沿同一方向传播。
  • 辐射特性表现为恒定辐照度
  • 更容易获得大型摄像头（或透过挡风玻璃）的拍摄范围
  • 价格相对便宜
缺点
  • 相机尺寸有限，可供测试。
  • 光学上更难制造
  • 价格相对较高
  • 角度并非恒定不变。
  • 测量结果取决于测量范围
  • 辐射度特征由辐射亮度决定

光源亮度（亮度）

从初步来看，杂散光测试与测试所用的光照强度无关（这是由于进行了归一化处理）。然而，在实际应用中，由于相机动态范围有限，当杂散光饱和或低于噪声基底时，光照强度就会产生影响。

积分时间示例图像笔记
800 [毫秒]
  • 能够轻松测量更微弱的杂散光特征
  • 光源附近的杂散光已饱和（无法定量测量）。
200 [毫秒]
  • 能够测量更微弱的杂散光特征
  • 提高了测量更亮杂散光特征的能力
  • 源图像仍然饱和。
25 [毫秒]
  • 能够测量更亮的杂散光特征
  • 测量较弱杂散光特征的能力有限
1 [毫秒]
  • 源图像的大致尺寸应为
  • 无法测量更微弱的杂散光信号

上表展示了如何在不同光照强度下测量杂散光特征。注意：可能需要多种曝光强度才能涵盖较大的杂散光响应范围。

源范围

光源范围是指光束在相机位置处的尺寸。理想的光源范围略大于相机的关键表面。注意：对于每台测试的相机，该范围都会有所不同。

关键表面是指满足以下条件的任何表面：

关键表面示例包括：

下面显示了键面的示例（非光学键面以红色显示）。

在系统级测试中，汽车引擎盖是一个关键表面。

关键表面包括前光学元件和挡板。关键表面包括前光学元件和用于将其固定到位的机械部件。主要表面包括前光学元件和遮光罩。

注意：如果光源范围远大于关键表面，则可能会出现测试卫生问题，因为光束中的“额外”光线可能会从摄像机、辅助设备和/或房间反射回来，进入“场景”，从而产生比摄像机应该获得的更差的杂散光测量结果。

注意：在进行杂散光测试时，所有关键表面都应被覆盖（各个角度）。这可以通过单束光或将较小的光束移动到各个关键表面来实现。

注意：如果进行“系统级”测试，则应将相机外部的表面（例如，汽车引擎盖和挡风玻璃是系统级的关键表面）视为关键表面。

旋转

旋转相机与旋转光源

从表面上看，旋转相机和旋转光源在功能上是等效的。然而，如下所述，两者各有优缺点。

相机旋转的测试装置示意图。
光源旋转的测试装置示意图。
旋转摄像头旋转源
优势
  • 可以通过挡板将光源与相机隔离（提高测试卫生条件）
  • 通常更容易安装/拆卸相机
  • 更容易支持更长的相机-光源距离（对于发散光源尤其有用）
  • 摄像头始终对准同一背景（提高了测试卫生水平）
  • 让摄像机装置不在视场角内会更容易一些（特别是对于广角摄像机而言）。
缺点
  • 每个拍摄位置都朝向房间的不同部分。
  • 摄像机的控制线、电源线和散热线需要旋转安装。
  • 电源的控制线、电源线和冷却线需要旋转安装。

注意，旋转点通常是相对于被测设备 (DUT) 定义的，即使旋转的是信号源。

旋转点

假设光源是准直的、足够大的、空间均匀的，并且周围环境无限黑暗，那么旋转点就无关紧要了。旋转点是指摄像机（或光源）绕其旋转的点。

原因如下：

请注意，在实际操作中，许多假设在真正的测试环境中是无法完美实现的。

以下是一些可以考虑的旋转点：

如果旋转点（对于准直光源）无关紧要，则可以考虑最优旋转点。最优旋转点是指使关键测试表面在垂直于光源k矢量（传播方向）的平面上的累积投影（所有测量角度的总投影）最小的旋转点。如下方动画所示，左上角的旋转点产生的投影最小。累积投影是指在仅旋转设置下，获得对被测设备（DUT）的空间覆盖所需的最小光源尺寸。

旋转点示例。在所有情况下，光源均位于示意图的左侧。当前投影是关键表面在垂直于光束传播方向的正交平面上的投影。

减小累积投影尺寸可以实现使用更小的准直光束。与大型准直光源相比，小型准直光源更容易制造，并且由于光源产生的“额外”光线更少，从而减少了对测量结果的不利影响，因此能够提高测试的卫生性。

杂项

与其他IQF的关系

动态范围

动态范围更大的相机更容易受到杂散光的影响，因为它们需要对更广泛的输入光强范围保持敏感。同时，动态范围更大的相机也更能有效地测量杂散光，因为它们能够同时灵敏地检测到强（通常接近光源的数字响应）和弱（远离光源数字响应）的杂散光伪影。

（黑暗）噪音

目前的测试假设所有“信号”均为杂散光。然而，暗噪声严格来说并非杂散光。未来版本的 Imatest 将允许通过减去暗帧来区分暗噪声和杂散光。

畸变

失真可能会扭曲光源的图像。这可能需要更复杂的光源遮罩方法，才能恰当地遮罩掉光源的图像。

镜头衰减

镜头衰减可能会影响杂散光的测量值。Imatest 的杂散光分析并未考虑镜头衰减的影响。

SFR/MTF

对于杂散光测试，模糊和杂散光无法区分（即，对测试而言，杂散光和光源的模糊图像看起来是一样的）。如果目标是获得正交的测试指标，那么在测试杂散光时，光源的图像应该清晰对焦，以便更清晰地区分杂散光和散射荧光。

具有非对称点扩散函数（PSF）的光学像差（例如彗差和像散）可能导致光源图像拉长。这在遮蔽光源图像时可能会造成问题。

报告建议

除了计算所需的要素外，Imatest 还建议记录并报告以下测试条件

光源
受测设备
测试条件