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最近在大话成像QQ技术群有群友讨论flare（眩光）的话题，这一期我们就聊聊影响flare的几个因素以及改善flare的新技术。
以前大家都主要把Flare作为一个镜头的光学指标进行评价，认为flare是杂光在镜头内的镜片表面间的反射造成的，如下图所示。
现在光线在镜头与图像传感器保护玻璃之间的反射是大家关注的一个要点。
图像传感器的构成如下图所示：
在CIS封装的最上层是一块玻璃。这块玻璃以前大家都没有特别在意。
甚至在很多年前在学图像传感器构造的时候就有人问过这个问题，为什么要有这块玻璃，把它去掉不省钱了吗？
我记得那时候给我们讲课的前辈说这块玻璃是为了保护image sensor，防止灰尘进入到sensor表面，或者在组装镜头的过程中伤到sensor。
由于光线会在镜头与这块玻璃之间反射，所以它会一定程度上贡献flare，镜头的镜片之间的反射是flare另外的一个来源。还有光线的入射角度，光线在镜筒的反射，以及光线光圈上的反射等等都会对flare有所影响。
所以这么多年来，在数码相机上使用遮光罩避免杂光入射。
除此之外就是镜片上镀膜，包括在cover glass 上镀膜来减少光线反射。反射既损失了入射的光量，也增加了flare.
从下图可以看到经过镀膜以后，玻璃表面的光线的反射率从4.5% ~ 5.5%下降了差不多4个百分点@550nm。
镀膜消除反射的原理是利用了相位差180°的光线会产生干涉抵消的原理。
控制镀膜的厚度使得入射光在膜的上边界和下边界反射的光束之间的相对相移为 180°。两个反射光束之间发生相消干涉，在两个光束离开表面之前抵消它们。镀膜的光学厚度必须是奇数个四分之一波长，λ/4， λ 是设计波长或针对峰值性。
所以不论是镜头镜片还是cover glass 都会镀膜，不过这也只能在一定程度减少flare，不可能完全消除，这也是业内所公认的痛点，摄影相机也默认这个问题无解，主要靠摄影者调整拍摄角度来避免明显的flare的产生。
直到最近这几年车载相机的兴起，汽车的使用场景决定了flare是车载相机一个绕不开的问题。各种自然强光或者车上的大灯灯光都无可避免地会进入相机，在镜头的镜片之间，在镜头与cover glass之间产生反射。这些反射都会造成flare。在摄影相机上可以调整拍摄角度，而在汽车上这是不可能的。所以车载图像质量标准P2020把flare 放到标准的第一章，足见对这个问题的重视。
车载相机flare的问题不像摄影相机应用那样可以一定程度被忽略，车载相机的flare对ADAS这些机器视觉应用来说有的时候是致命的，所以减小flare就成了一个重要的卖点。靠isp的图像处理或者靠控制sensor的曝光和动态范围都很难改善这种没有明显规律的光学缺陷，所以还是得从模组设计，以及元件的技术创新的角度来入手，最近就有家加拿大玻璃公司采用纳米技术设计cover glass用以改善flare问题。
这家公司叫Edgehog，他把图像传感器的cover glass 表面设计成下面的锯齿状。
他们做了个对比实验，把一个图像传感器的cover glass（灰色的）去掉，换成他们的edgehog glass（蓝色的）。
可以看到实验的效果非常显著：
下图上边的是用了edgehog glass的图像，下边是原来传统glass的图像
不仅从人类视觉的角度看效果好很多，从机器视觉object dection的角度，它也有显著的提高，从上图右边的数字就可以看到。
这种新的锯齿结构改善flare的原理是什么呢？
我们前边提到过传统的镀膜方法改善flare，是用一个固定厚度的膜，对光线产生180°相移，然后让反射光线叠加相消，如下图所示，在介质表面的折射变化是个step transition，也就是n1n2n3是个陡变的变化。
这种方案的优点是设计简单，但是它的缺点是只对某个波长的光线比较有效，因为膜的厚度是固定的，它是针对特定的某个波长设计的。
Edgehog glass的锯齿设计防反射从原理上就和传统镀膜方案不同，它是在锯齿上形成n1到n2的渐变曲线，如下图所示。它的防反光原理是减小n1和n2的差异，直接防止反射的发生。
同时由于在锯齿的头，中间，底部的反射率都会不同，如下图所示。也就是入射角度非常大的杂光会有更好的防反射效果。
这种设计对于入射光的波长关联响应比镀膜设计要好很多，如下图所示
在可见光波段，可以看到它的反射率曲线比较平稳，传统镀膜的方式可以认为是一种窄带的防反射，而这种纳米构造的设计是宽带防反射。
对大角度入射光与传统镀膜方式的反射率对比如下图，改善的效果也是很明显。
