雜散光測試注意事項

雜散光（光暈）文件頁面

介紹： 雜散光測試與歸一化雜散光簡介|Imatest 雜散光分析輸出|歷史記錄

背景： 雜散光範例|根本原因|測試概述|測試因素|測試注意事項|術語表

計算： 度量影像|歸一化方法|光源遮罩方法|總結指標|分析通道|飽和度

說明： Imatest 進階分析說明（主控和 IT） |使用 Imatest 計算歸一化雜散光|電動雲台說明

設定： 設定清單和 INI 鍵/值|標準和建議|設定檔輸入

本頁介紹了雜散光測試的技術注意事項。

測試假設

下表描述了在雜散光測試中可能做出的假設，以及相關的後果（如果假設不完全正確）和解決這些後果的可能改進措施。

假設結果可能的改進
房間是黑色的（反射率為0%，沒有其他光源）。
  • 房間裡的反射光看起來像是雜散的光。
  • 會給出比相機應有的更差的雜散光測量結果。
  • 更大的房間（1/r 2將改善光線的「散失」）
  • 較暗的房間（吸收更多光線）
  • 添加擋板（遮蔽不良的測試衛生狀況和其他光源）
光源亮度合適。
  • 如果光源太亮，由於飽和效應，較強的雜散光可能會被低估。
  • 如果光源太暗，則可能無法測量到較弱的雜散光。
  • 根據被測設備 (DUT) 及其將要經歷的場景，在適當的測試等級下進行測試。
  • 這可能需要在多個來源層級進行測試。
光的輻射亮度在空間上是恆定的。
  • 在計算旋轉角度時，槓桿臂的作用至關重要。
  • 在光衰區域，測得的雜散光會比預期更好。
  • 使用更好的光源
  • 使用來源的其他部分
  • 對不均勻性進行補償
光源透過一次反射照射到前鏡片以及「看到」前鏡片的機械表面。
  • 缺乏覆蓋
  • 測得的雜散光比預期好。
  • 使用更大直徑的源
  • 添加二維步進以機械方式獲得覆蓋層
  • 使用發散源
光源沒有雜散光。
  • 表現：光源周圍出現光暈
    • 場景中會存在額外的光線，導致測得的雜散光性能比理想測試環境下相機應有的性能更差。
    • 如果這額外的光線與相機中的雜散光功能重疊，則可能會掩蓋雜散光性能問題。
    • 如果使用過大的遮光罩，那麼測得的雜散光效果將優於相機在理想測試設定下應有的效果。
  • 原因：光源上的污染物（灰塵、指紋、碎屑等）
    • 光源在空間上並非均勻分佈。
  • 改變光源的光學設計以消除雜散光路
  • 改變光源與相機之間的距離（其中一些雜散光路徑與距離有關）
  • 遮蓋更多影像區域（不建議）
  • 仔細清理源頭
來源影像很小
  • 與較小的來源影像相比，重複性問題較為突出
  • 改變光源的光學設計
數據呈線性關係
  • 結果可能與該系列中的其他拍攝對像或其他相機拍攝的結果不一致。
  • 測量結果可能比預期更好或更差（或在不同情況下兩者兼有）。
  • 使用線性模式進行測試
  • 資料線性化（去複合、伽瑪校正、基座減法、應用線性化函數）
所有自動演算法均已關閉
  • 結果可能與該系列中的其他拍攝對像或其他相機拍攝的結果不一致。
  • 測量結果可能比預期更好或更差（或在不同情況下兩者兼有）。
  • 使用線性模式
  • 資料線性化（去複合、伽瑪校正、基座減法、應用線性化函數）
數據呈單調性。
  • 結果可能與該系列中的其他拍攝對像或其他相機拍攝的結果不一致。
  • 測量結果可能比預期更好或更差（或在不同情況下兩者兼有）。
  • 使用響應單調的模式
當位於視場範圍內時，光源會被遮蔽。
  • 如果光罩太小，部分光源會被視為雜散光（測量結果會比預期更差）。
  • 如果遮罩過大，部分雜散光將被視為光源（測量結果會比實際值更好）。
  • 標準化遮蔽方法以提高一致性（即使每個人都「錯了」）
  • 更多測試（以了解不同掩蔽方式的後果）
  • 報告掩蔽方法，以便其他人可以使用相同的方法重新運行。
雜散光呈徑向對稱（單一方位角足以進行測試）
  • 雜散光效應中的不對稱性將被忽略。
  • 在多個方位角下進行測試
測試設備不在被測設備（DUT）的視野（FOV）內。
  • 部分視野未被覆蓋（指標比應有的要好）
  • 測試設備會產生新的雜散光路（指標比預期更差）
  • 旋轉光源，而不是被測設備。
  • 僅照亮被測設備
  • 調整夾具，使旋轉裝置移至攝影機後方。
  • 將相機倒置，以便「清晰地」觀察光源。
  • 降低測試設備的反射率
已知光源相對於被測器件的角度
  • 不同裝置中，雜散光出現的報告角度可能不一致。
  • 如果進行生產測試（抽樣非常稀疏），則可能會使用錯誤的角度。
  • 使用準直光源
  • 報告旋轉中心相對於被測設備 (DUT) 上基準點的位置
  • 選定一件事，然後堅持下去。
  • 繪製/報告總結指標與捕獲指數的對比
參考影像補償可以表示為一個乘法因子。
  • 歸一化因子將無法正確計算。
  • 參考影像和測試影像均使用固定的測試模式（增益、積分時間）。
所有訊號（設計路徑之外的）均來自雜散光
  • 房間內的灰塵可能會導致雜散光測量值出現「峰值」。
    • 實際結果比預期更糟。
  • 暗噪聲和雜散光無法分離。
  • 在無塵室進行測試
  • 在每個位置取多個樣本並計算「中位數」。
  • 減去暗噪聲
光源是準直的。
  • 採集過程中將包含多個源-被測器件角度。
    • 這可能會改變雜散光特徵出現/消失的強度和角度。
  • 報道角度將更具挑戰性。
  • 使用準直光源
  • 報告測試設定相關信息

光源

準直源與發散源

從計算角度來看，雜散光可以用發散光源或準直光源測量。但是，為了確保測試裝置之間的可重複性，建議使用準直光源。

左圖：使用發散光源進行採樣；右圖：使用準直光源進行採樣。兩種情況下，黑色光束均採樣相同的角度/位置組合。

測量雜散光的兩個方面是光線的角度及其相對於相機的交點（平移）。發散光源和準直光源分別照射該空間中的每個樣本（旋轉相機/光源可擴大覆蓋範圍）。

猜想：對於一個設定中的一小束光線，在另一個設定中存在等效的光線束。在足夠（未定義）的採樣下，一個設定中的所有光束都會被另一個設定中的一個或多個捕捉影像覆蓋。然而，該捕捉影像中的其他光線束可能並非同一束光線。這導致在一個設定中出現的所有雜散光特徵都會出現在另一個設定中，但其強度和位置（角度）可能不同。

準直光源並非適用於所有情況（例如，透過汽車擋風玻璃進行測試需要哈伯太空望遠鏡大小的光學系統），因此在某些情況下，建議使用發散光進行測試（但會降低測量的重複性）。

準直分歧
優勢
  • 距離不變（僅考慮空氣傳輸損耗）
  • 平移不變性（在光束空間均勻性的範圍內）
  • 光源內的所有射線束都沿著同一方向傳播。
  • 輻射特性表現為恆定輻照度
  • 更容易獲得大型攝影機（或透過擋風玻璃）的拍攝範圍
  • 價格相對便宜
缺點
  • 相機尺寸有限，可供測試。
  • 光學上更難製造
  • 價格相對較高
  • 角度並非恆定不變。
  • 測量結果取決於測量範圍
  • 輻射度特徵由輻射亮度決定

光源亮度（亮度）

從初步來看，雜散光測試與測試所使用的光照強度無關（這是由於進行了歸一化處理）。然而，在實際應用中，由於相機動態範圍有限，當雜散光飽和或低於雜訊基底時，光照強度就會產生影響。

積分時間範例影像筆記
800 [毫秒]
  • 能夠輕鬆測量更微弱的雜散光特徵
  • 光源附近的雜散光已飽和（無法定量測量）。
200 [毫秒]
  • 能夠測量更微弱的雜散光特徵
  • 提高了測量更亮雜散光特徵的能力
  • 來源影像仍然飽和。
25 [毫秒]
  • 能夠測量更亮的雜散光特徵
  • 測量較弱雜散光特徵的能力有限
1 [毫秒]
  • 來源影像的大致尺寸應為
  • 無法測量更微弱的雜散光訊號

上表展示如何在不同光照強度下測量雜散光特徵。注意：可能需要多種曝光強度才能涵蓋較大的雜散光響應範圍。

源範圍

光源範圍是指光束在相機位置的尺寸。理想的光源範圍略大於相機的關鍵表面。注意：對於每台測試的相機，範圍都會有所不同。

關鍵表面是指任何滿足以下條件的表面：

關鍵表面範例包括：

下面顯示了鍵面的範例（非光學鍵面以紅色顯示）。

在系統級測試中，汽車引擎蓋是一個關鍵表面。

關鍵表麵包括前光學元件和擋板。關鍵表麵包括前光學元件和用於將其固定到位的機械部件。主要表麵包括前光學元件和遮光罩。

注意：如果光源範圍遠大於關鍵表面，則可能會出現測試衛生問題，因為光束中的“額外”光線可能會從攝影機、輔助設備和/或房間反射回來，進入“場景”，從而產生比攝影機應該獲得的更差的雜散光測量結果。

注意：在進行雜散光測試時，所有關鍵表面都應被覆蓋（各個角度）。這可以透過單束光或將較小的光束移動到各個關鍵表面來實現。

注意：如果進行「系統級」測試，則相機外部的表面（例如，汽車引擎蓋和擋風玻璃是系統級的關鍵表面）也應被視為關鍵表面。

旋轉

旋轉相機與旋轉光源

從表面上看，旋轉相機和旋轉光源在功能上是等效的。然而，如下所述，兩者各有優缺點。

相機旋轉的測試裝置示意圖。
光源旋轉的測試裝置示意圖。
旋轉攝影機旋轉來源
優勢
  • 可透過擋板將光源與相機隔離（提高測試衛生條件）
  • 通常更容易安裝/拆卸相機
  • 更容易支援更長的相機-光源距離（對於發散光源尤其有用）
  • 攝影機始終對準同一背景（提高了測試衛生水平）
  • 讓攝影機裝置不在視野角內會更容易（特別是對於廣角攝影機而言）。
缺點
  • 每個拍攝位置都朝向房間的不同部分。
  • 攝影機的控制線、電源線和散熱線需要旋轉安裝。
  • 電源的控制線、電源線和冷卻線需要旋轉安裝。

請注意，旋轉點通常是相對於被測設備 (DUT) 定義的，即使旋轉的是訊號源。

旋轉點

假設光源是準直的、足夠大的、空間均勻的，並且周圍環境無限黑暗，那麼旋轉點就無關緊要了。旋轉點是指攝影機（或光源）繞其旋轉的點。

原因如下：

請注意，在實際操作中，許多假設在真正的測試環境中是無法完美實現的。

以下是一些可以考慮的旋轉點：

如果旋轉點（對於準直光源）無關緊要，則可以考慮最佳旋轉點。最優旋轉點是指使關鍵測試表面在垂直於光源k向量（傳播方向）的平面上的累積投影（所有測量角度的總投影）最小的旋轉點。如下方動畫所示，左上角的旋轉點產生的投影最小。累積投影是指在僅旋轉設定下，獲得對被測設備（DUT）的空間覆蓋所需的最小光源尺寸。

旋轉點範例。在所有情況下，光源均位於示意圖的左側。目前投影是關鍵表面在垂直於光束傳播方向的正交平面上的投影。

減小累積投影尺寸可實現使用較小的準直光束。與大型準直光源相比，小型準直光源更容易製造，並且由於光源產生的「額外」光線較少，從而減少了對測量結果的不利影響，因此能夠提高測試的衛生性。

其他

與其他IQF的關係

動態範圍

動態範圍較大的相機更容易受到雜散光的影響，因為它們需要對更廣泛的輸入光強度範圍保持敏感。同時，動態範圍較大的相機也更能有效地測量雜散光，因為它們能夠同時靈敏地檢測到強（通常接近光源的數位響應）和弱（遠離光源數位響應）的雜散光偽影。

（黑暗）噪音

目前的測試假設所有「訊號」均為雜散光。然而，暗噪聲嚴格來說並非雜散光。未來版本的 Imatest 將允許透過減去暗幀來區分暗噪聲和雜散光。

變形量測試圖卡

失真可能會扭曲光源的影像。這可能需要更複雜的光源遮罩方法，才能適當地遮罩掉光源的影像。

鏡頭衰減

鏡頭衰減可能會影響雜散光的測量值。 Imatest 的雜散光分析並未考慮鏡頭衰減的影響。

SFR/MTF

對於雜散光測試，模糊和雜散光無法區分（即，對測試而言，雜散光和光源的模糊影像看起來是一樣的）。如果目標是獲得正交的測試指標，那麼在測試雜散光時，光源的影像應該清晰對焦，以便更清晰地區分雜散光和散射螢光。

具有非對稱點擴散函數（PSF）的光學像差（例如彗差和像散）可能會導致光源影像拉長。這在遮蔽光源影像時可能會造成問題。

報告建議

除了計算所需的要素外，Imatest 還建議記錄並報告以下測試條件

光源
受測設備
測試條件