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Sensor / Red Dot Flare（传感器/红点炫光）
引言
当来自强光源（如太阳或人造光）的光线直接到达相机镜头的时，它们会反射并反弹到不同的镜头元件、光圈甚至传感器上，可能会降低图像质量并在图像中产生不需要的物体。
这种效果被称为“镜头炫光(lens flare)”，它可以通过多种方式影响图像：通过引入不同颜色的薄雾，可以大幅降低图像对比度，可以添加圆形或半圆晕或“鬼影”，甚至可以添加各种颜色的奇怪的半透明形状。 然而，flare在摄影中并不总是不受欢迎的——有时它被创造性地用来为图像添加艺术元素。事实上，镜头炫光经常被故意添加到电影和电脑游戏中，以增加真实感并提升观众的视觉体验。
为了决定是否在图像中保留炫光，我首先了解它发生的原因。让我们详细回顾一下炫光的原因，然后讨论减少或避免炫光的方法。
什么是炫光
当一个光源点（如太阳）比场景的其余部分亮得多，它可能在图像中（在镜头视角范围内），或者不存在于图像中只是光打到镜头，就会发生镜头炫光。
根据该强光源的位置，它可能会导致大量的雾状/对比度不足、遍布图像的球形或多边形瑕疵、带有彩虹颜色的半圆形形状，或以上的组合。这是由于镜头内部，甚至传感器和镜头之间发生的内部反射造成的：
如图，常规光线（红色）沿着其常规路径，直接到达图像平面（绿色），而强光源的光线（蓝色）可以从镜头表面分裂和反射，并最终到达图像的不同部分（蓝色虚线）。当光线穿过透镜时，如果光线被挡住，也会从透镜光圈反射出去，从而产生更明显的炫光。
尽管上图显示了镜头炫光的一般情况，但制造商和摄影师通常会区分两种类型的镜头炫光：veiling flare 和 ghosting flare，虽然两者通常是相辅相成的。好镜头的镀膜可以显著减少图像中的炫光。
Veiling Flare（蒙纱炫光）
当强光源位于镜头视角之外时，即图像中没有光源，但其光线仍到达镜头时，通常会发生Veiling Flare。
这会导致非常明显的雾感/对比度不足，图像中的暗部区域会变得更亮，颜色也会变淡。采用多涂层高品质镜头有助于减少Veiling Flare。例如，尼康专有的Nano Crystal Coat技术用于专业级镜片，在很大程度上有助于控制光晕。下面是使用尼康58mm f/1.4G镜头拍摄的照片：
如图，太阳就在被摄对象的正上方，在图像区域之外，但它的光线仍然到达镜头，并在照片中的人周围形成了朦胧的光斑。veiling flare不仅影响了太阳周围的区域，而且对孩子的头发、脸甚至衣服都有严重影响，导致对比度降低。在这种情况下，实际上是允许出现veiling flare，这提供了一个活泼、光明的氛围。
不幸的是，veiling flare可能会因多种因素而加剧，例如镜头内的灰尘、肮脏的前镜片、脏/低质量的镜头滤光片、无抗反射多层涂层技术等。在某些情况下，在图像中效果可能非常差。请看一幅由非常旧的手动对焦尼康NIKKOR-S 50毫米f/1.4 Ai镜头拍摄的图像：
如图，这个镜头不适合在阳光下拍摄，它使整个图像看起来很模糊。一部分原因是没有多涂层技术，另一部分原因是多年来积累在镜头内部的微尘导致了额外的反射。
Ghosting Flare（鬼影炫光）
与使图像看起来模糊且对比度很低的veiling flare不同，ghosting flare代表图像中可见的所有artifacts，无论是强光源的反射还是类似于镜头光圈的形状。这些不同颜色和形状的球体通常与光源成一条直线，可以覆盖整个图像，有几十种不同的artifacts。请看以下4种70-200mm变焦镜头的对比：
除了图像中可见的veiling flare外，您还可以在每个图像中看到各种圆形artifacts，这些被称为“Ghosting Flare”。这些炫光的总数因每个镜头中的透镜数量而异。通常，透镜越多，图像中出现的炫光就越多。由于70-200mm变焦镜头的设计非常复杂，有十几种或更多的炫光，因此你可以看到几乎所有镜头都会受到veiling flare和Ghosting Flare的影响，尼康70-200mm镜头在这些镜头里炫光最少。
当镜头缩小到其最小光圈时，这种效果会放大，这就是为什么光圈重影在f/1.4这样的大光圈上通常不可见，但在f/16这样的大光圈上却非常明显。所以，如果你在镜头中看到多边形的鬼影，只需知道它们来自镜头光圈。
Sensor / Red Dot Flare（传感器/红点炫光）
成像传感器和镜头之间的光反弹引起的炫光称为“Red Dot Flare”，但也可以称为“senor flare”。与镜头炫光不同，红点炫光不仅是被镜头和光圈反射的光，而且是从传感器反射到镜头，然后再反射回传感器的光。
除了多边形光圈Ghosting Flare之外，还可以看到太阳周围的一束红点——这些是sensor上的微透镜，在图像中被放大。
炫光（Flare）和鬼影（Ghost）是在摄影过程中极易出现的一种光学现象，形成炫光和鬼影最重要的原因即“杂散光”。所谓杂散光，即在成像光学系统中，由于光学系统中的一些反射和折射，而带来的本不应该参与成像的光线。
业内普遍的研究认为，炫光和鬼影主要由以下四种成因：
镜头表面和最外层保护玻璃之间的反射；
镜头中多片不同镜片之间的反射；
红外截止滤光片与镜头最后一面之间的反射；
CMOS Image Sensor表面的Micro Lens与红外截止滤光片之间的反射；
炫光和鬼影的示意图如下图：
上述炫光和鬼影的成因中，1和2是现有手机无法避免的，只能通过各种方式降低。第一种即为鬼影，由于镜头表面和最外层的保护玻璃之间的反射在光学系统焦面附近产生的附加像（图2中间灯下面的青色物体），第2种炫光可以通过镜头设计中提升每一片镜片的透过率来实现，一个有关透过率和反射率的简单公式如下：
透过率(T)+反射率(R)=1
也就是说，光的总能量不变的情况下，透过率越高，反射率就越低，整体光的能量是守恒的。反射率越低则代表成像系统中的杂散光越少，这样对最终的成像质量影响的也就越小，即炫光现象更为轻微。
而第3种和第4种炫光的成因则主要是因为目前我们正常场景拍照不可或缺的一个器件，即红外截止滤光片（IR-Cut），其作用是过滤掉自然界中的红外光，使可见光通过，仅允许可见光部分在CMOS Image Sensor上面成像。毕竟拍照的目的是为了留下精彩的瞬间，而且这个瞬间最终是由人眼来感受的，但是人眼无法感受红外光，而CMOS Image Sensor的物理特性则使其可以感受大于700nm波长的红外光，所以在手机/数码相机等成像过程中，红外截止滤光片都是必不可少的。
那么既然是过滤红外光，总有两种方式，一种是直接把红外光反射掉，只允许可见光通过，这种称为反射式红外截止滤光片，另一种就是把红外光吸收掉，只允许可见光通过，这种称为吸收式红外截止滤光片。两种不同的滤光片的材料不同，滤光机理不同，当然价格也不同。但无论哪一种滤光片，无法做到100%截止红外光，总有千分之几甚至万分之几的红外光还是会透过滤光片到达CMOS Image Sensor成像。
而拿反射式的红外截止滤光片来说，由于其反射红外光，那么这部分红外光就必然称为了前面所述的“杂散光”，经过在成像系统里面的多次反射，最终总有可能在CMOS Image Sensor成像，当光源亮度很高的时候，光的整体能量很强，所以无论是红外截止滤光片反射的红外光，还是投射过去的红外光，都会有很强的能量，前者会在光学系统中来回的反射，而后者则直接成像，如下图中所示。
上图顶端的红色光晕，可以认为是原因3产生的炫光现象。而上上一张图中圆形光源四周花瓣状的红色光晕，则可以认为是原因4带来的炫光现象。
原因3和原因4带来的炫光孰重孰轻，可以通过简单的结构来判断，如果反射式红外截止滤光片的位置更靠近镜头的最后一面光学面，则原因3带来的炫光会更为严重，若滤光片的位置更靠近CMOS Image Sensor的表面，则原因4带来的炫光会更为严重。
好了，简述了炫光和鬼影的成因，那么如何尽量避免呢？对于第1、2种，增加镜头镜片镀膜，降低其反射率可以改善。而第3、4中，则可以通过更换吸收式红外截止滤光片达到一个质的提升，如何进一步的优化，业界有不少人在努力的想办法，让我们拭目以待~
炫光形成的大致原理
在图中，我们将实际成像的光线分为三类：
第一类光线是外界光在被摄物体上反射后，经过透镜组折射后在传感器上成像的光线；第二类光线是外界光在外界经多次反射后，经过透镜组折射，在传感器上成像的光线。这两类光线都是外界输入的光线，和我们实际拍摄成像强相关。
而第三类光线是在透镜折射过程中的反射光线，这种反射光线在其他透镜组上可能还会发生多次反射和折射，最后在传感器上成像；如果入射光比较强，相对的反射光和折射光也会增大，传感器上出现的反射光成像也会越清晰；下图用理想透镜的成像和实际透镜的成像的对比，提供了更清晰一些的解释。
被光学折磨过的朋友应该都知道，光线在射入介质时，会发生镜面反射和折射，如下图所示：
这样的反射现象，也会发生在光线从外界射入镜头中的透镜组，或光线在镜头内部的透镜组中传播时；而这些反射光，会在镜头内部的透镜组中出现多次的反射；如果这些反射到达了传感器，那么传感器上就会出现本不存在的虚影。
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经过多次反射造成的。
整个成像过程是：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：
- Lens 和 Cover 间的反射；
- Lens 之间的反射；
- IR filter 与 Lens 之间的反射；
- Sensor 与 IR filter 之间的反射；
我们就分别从上述 4 部分分别进行分析：
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：
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。
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。
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。
影响镜头炫光的因素
虽然大多数现代镜头都采用特殊的多层涂层技术来减少炫光，但即使是一些最好的专业级镜头也可以渲染出具有ghosting或者veiling flare的图像。另外好的镜头物理结构设计也可以避免部分炫光.
1.镜头的元素：镜头里面的透镜越多，炫光越容易出现。
2.焦距 ： 广角镜头的设计不仅可以很好地处理炫光，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，因为它们放大了一切，因此有巨大/长的镜头罩
3.镜头设计： 好的镜头设计肯定会影响镜头炫光。例如，尼康一直在设计具有凹进式前部元件的镜头，这可以大大减少炫光和重影，甚至不用使用昂贵的涂层技术。看看下面50mm镜头的对比，您可以看到，最新一代50mm镜头在处理炫光和重影方面明显优于AF-D镜头
4 Multi-Coatings ： 多层涂层（MRC）镜头元件无疑会对炫光性能产生巨大影响
5 Filters –低质量的Filters会在图像中产生更多炫光问题
6. 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veiling flare问题
7 镜头上的油腻指印和其他灰尘颗粒也会造成更多的炫光问题
如何避免炫光
要解决反射的问题，最简单的方法，就是改变镜头内部透镜的光学参数（增加透过率）；而要增加透过率，最常见的方式就是进行镜头镀膜。
1 使用镜头罩或者手挡
没错，镜头罩的存在是有原因的。要把手放在镜头上挡住阳光，就可以完全消除鬼影和炫光，这是一个非常简单的方法！
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
6 亚波长结构镀膜
这种镀膜技术可以抑制光线的反射，避免出现鬼影和眩光；镜头镀膜简单来说，就是在镜头玻璃上利用真空沉积技术在镜头上布置一层（或多层）很薄的透明膜，来增加光线的穿透率，降低镜头内部的反光；实际上镀膜不只是用来增加光线穿透率，还能实现一些其他的效果，例如某些材料的镀膜能够防止划痕和油污。
一般来说镀膜是根据光学的干涉原理，在镜头表面镀上一层厚度为四分之一波长的物质(通常为氟化物)，使镜头对这一波长的色光的反射降至最低；当然，不少镜头会使用多种材料进行多层镀膜，或者使用不同的镀膜工艺来避免镜头内部的反光；例如之前提到的佳能的亚波长结构镀膜，就是使用了特殊的镀膜技术来实现避免反光：
当然，这属于镜头设计领域，作为消费者的我们只要考虑钱包就好……
7 其他方式
除此之外还有别的方式可以减少眩光和鬼影；例如，改变拍摄角度避免逆光、调整拍照参数，根据不同的眩光类型增加滤光镜（Filter）等；实际上，眩光和鬼影会因为内反射类型的不同，有不同的表现形式。
