Flare 与 ISO 18844

不管是胶片或是半导体成像，我们总是会遇到一些不需要的杂散光的影响。
Flare、Glare、Veiling Glare、Image Flare……这些词汇都来自于影像行业的专家们；他们从自己的专业领域出发，从各自的角度描绘这个现象。这些词汇大多都是形容同一种状况，但因为这种现象的产生与构成来自方方面面，所以在还没有一个标准之前，大家都使用自己喜欢的词汇，也造就了这么多专业名词。
ISO 18844 参考 IEC61146 视频标准，定义关于Flare参数。ISO 18844 主要提出了在可视范围内的Flare影响，并且针对不同控制能力的移动设备，它也提出了不同的算法。虽然之前已经有 ISO 9358 标准来定义镜头的Flare问题，但是对于一些无法分离镜头的设备来说 ，ISO18844 这个标准还是必要的。
通过拍摄样品的方式，搭配分析影像来评估移动设备的Flare性能是ISO 18844提出的测试方法。另外，它也对影像涉及的诸多方面（如系统环境、镜头、相机本身还有ISP）进行一个总体的评估，并且称呼这种非必要的杂散光为“Image Flare”。

Flare 是从哪里来的？

ISO 12231 把Flare定义为“light falling on an image, in an imaging system, which does not emanate from the subject point.”也就是指不是从拍摄物体自主反射、发射的光线。那么，到底Flare是从什么地方来的呢？

1.  来自任何介于你相机镜头与拍摄物之间的物体，它甚至可以来自大气层的雾。
2.  镜头的反射镜面也经常造成Flare；尽管已经有许多抗反射的镀层材料可以减少镜头的Flare影响，但是效果还是不是很理想。同时，这些镀层有时候可能会导致鬼影和偏色的现象。
3.  来自相机本身的物件：光圈、快门、任何会曝光到的原配件。甚至来自未完全遮挡的内置LED屏幕，又或者是来自取景镜的不良设计等等。

一旦影像被拍摄，Flare的影响是很难完全被去除的，这也是为什么我们要测试它。
值得注意的是，虽然我们称Flare为“unwanted”的光线，但是对于部分摄影爱好者来说，他们很喜欢Flare的光线感觉，并会使用它来拍摄一些照片。

下面是一些Flare的例子：

反射太阳光线的镜面高楼

镜头上的指纹导致了部分区域的模糊

稍微转换镜头角度就会导致对比失调

这些都是Flare对影像可能会造成的影像，所以我们要为了避免出现这些效果制定一些测试的方法。当然，第二张图的指纹我们可以不用制定一个方法，只要擦掉它就好了！
Flare 的影响具体跟光线与镜头的角度有很大的关系，有时候杂光来自于画面中，有时候杂光则是来自画面之外的光源。

测试Flare的方法？
第一种方法是使用点光源，在暗室里面从各个角度照射并拍摄大量的图片，从而来计算出 GSF (Glare spread function, ISO 9358)。然而这种方法是非常复杂而且困难的，因为后面要分析这么多张照片并提取有效的数值还要一一调整光线的方向，虽然ISO 9358中有提到可能可以使用GSF的算法来计算，但是目前并没有人有给出合理的建议。

第二种方法是使用单个积分球装置，这个方法来自ISO 9358，它是以测试镜头为目的的一个方法。

通过积分球内不停的改变光源位置与设备接收光源的角度，从而模拟画面内外杂散光的情形。
但是这个方法有提到，要表现出物体在极限位置的效果。可是，按照定义的极限位置等于10倍焦距的算法，一个100mm的镜头需要1M直径的积分球，于是他们又提出了一个双半球测试法：

从上面这张图就可以感觉到这个测试有多繁琐及复杂。故因此在IEC 61146 视频标准中，使用了另一个基于这个标准的方法：

而这个方法也被作为如今ISO 18844及 IEC 62676-5标准的基础。

ISO 18844方法
ISO 18844中提到的Flare测试方法是使用图卡搭配对应光源的方式：
可以使用补光光源搭配反射式图卡

也可以用透射式图卡搭配对应的光源

使用的图卡为窗口式或者是Dot图卡：


与ISO9358中定义比起来，图卡中的元件拍摄要求从5%的视场提高到了10%的视场。并且要求均匀的视场范围能够达到相机视场的1.41倍，这样希望一些从视场外的光线就可以被评估进去。
另外，在对比度上尽管ISO 18844有透射式、反射式两种方案，但是建议黑色与白色区域的对比度能够达到3000：1，以至于达到比较精确的测试结果。


计算方式:

ISO 18844有3种计算方法，分别针对不同曝光限制的设备：

A, 能够调整曝光:
1.  拍摄一张白底图卡Chart 1，白色区域的 Luma Level介于225±5数值之间； 曝光值E1。计算RGB值得出亮度信号Yw1。
2.  拍摄黑底图卡Chart 2，并使用相同的曝光值E1（亮度、F值、曝光时间与ISO感光度都相同）。计算RGB值得出亮度信号YB2。
3.  拍8 x(10%±E1)过度曝光值E3。（亮度、曝光时间变换；F值、ISO感光度不变）计算RGB值得到亮度信号YB3。

B, 调整曝光不方便的设备：（这种情况黑部与白部的对比应高于40：1）
1.  拍摄一张白底Chart 1；曝光值E1。白色区域的Luma level 介于225±5 之间。计算RGB得到亮度信号Yw1以及YB2。F=A1。
2.  拍摄一张黑底Chart 2，亮度不变，F=A2，曝光时间=E2。计算RGB得到亮度信号YB2。
注意：在A1=A2与A1不等于A2的情况会存在数值上的差异，测试精确度比较低。
 

C, 无法调整曝光的设备：(这种方法必须要达到黑色与白色区域对比度大于10000：1)
拍摄白底Chart 1，Luma level介于225±5之间。分别计算亮度信号Yw1以及YB1。
另外，遮光罩会帮助相机减少Flare的影响，在测试的时候，请不用把它拆下来。这样我们才能很好的测试相机的总体表现。
灰尘与手指印会影响测试的数值，所以在测试之前要把镜头擦干净。值得注意的是，暗电流也会对测试产生影响，这个在ISO标准里并未提及，所以最好还是拍摄一张黑色的照片作为参照，并减去暗电流。



IEC 62676-5 方法

IEC 62676-5 希望能够在ISO 18844的基础上增加更多的光线角度，所以他们使用了上面这种方法，意图营造来自视野外的光线影响。


計算結果：
通过计算发现，Flare在画面上不同位置的表现也都不大一样；通常在视场中间的部分会有比较的Flare值。我们可以通过image height作为坐标来表示Flare性能曲线。可是，如果我们嘗試减去过多的Flare信号，会对于阴影细节产生纹理丢失的情况。另外，光圈越小的时候，Flare会随着上升。


总结：
这三种方法都各有各的优缺点：ISO 9358使用双积分球或各种角度补光的方式来测试Flare，但是它需要很多的资源及空间。ISO 18844用了比较少的资源，测试整体较简单方便，但是主要是测试来自画面内的杂散光。而IEC 62676-5中提及的扩散板，需要制造商制造出来后再来对这个方法进行重审及评估。
因此，以现阶段来说，从材料、镜头角度与镀层、生产过程以及镜头其他配件来减小Flare会比较有效果。

如果要使用ISO 18844的方法来测试周围光线的Flare影响，也可以使用在图卡周围增加可调控的LED灯的形式来模拟：

本文參考自：
Wueller Dietmar, Image Engineering, Frechen, Germany
Image Flare measurement according to ISO 18844

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