何謂雜散光？
雜散光是一種非預期、不必要的光線，會干擾光學系統中的感應器。您可以想像戶外照片上出現的太陽光斑點，或是生日蛋糕影片中多出了一組額外的漂浮燭光。到達最終影像的任何意外光線都被視為雜散光，而且可能會影響許多應用中的系統，例如擴增實境 (AR)、先進駕駛輔助系統 (ADAS)、微觀研究和太空成像。
雜散光類型
雜散光是由進入系統並與內部元件相互作用的外部光源所造成。雜散光有幾種類型，根據光線在光學系統中入侵的方式來定義。
鏡頭光暈：由於系統內部反射，鏡頭光暈可能在影像上出現條紋或明亮的球體。這種狀況常見於用鏡頭對著向強光源的情況。鏡頭光暈可能會為駕駛輔助系統帶來問題，因為這種系統是根據同時對多台攝影機進行分析來準確偵測物體。
漏光：光學系統的縫隙與開口可能會讓光線進入其設計之外的地方。此光線可能來自外部光源或系統內部，並會降低對比度並產生影像假影。當框架並未緊密貼合時，LCD 顯示器和裝置螢幕時常會出現漏光現象。
散射：當光線與粒子、不規則表面或機械元件相互作用時，光線會向多個方向散開，導致最終影像模糊。在有著多個反射鏡的光學系統裝置中，例如望遠鏡和衛星，反射表面的任何缺陷都可能造成散射效應，從而致使最終影像上產生假影和雜訊。
鬼影：鬼影是一種特定的散射結果，當光線在光學元素之間來回反射時即會發生，導致主要影像產生模糊的重影。在 X 光等醫療應用中，鬼影可能會影響測量的準確度和診斷的可靠度。
雜光：也稱為「耀光」，雜光是指當光源擴展時，影像出現對比損失，進而掩蓋住細節。它可能以圓圈或條紋樣式出現，且通常會與影像中的明亮物體重疊。在工業環境中，機器人系統會根據「所見」的內容來執行任務，而雜光可能會使感知模糊。
光源和雜散光的形式
產業中的雜散光範例
雜散光線會藉由降低影像品質來影響光學系統的效能和準確度。這可能會造成假影、扭曲顏色、影響測量結果，並模糊環境細節。在各行各業中，雜散光分析和管理對於避免可能影響安全性、準確度和效率的問題至關重要。
汽車安全：先進駕駛輔助系統 (ADAS) 仰賴多台攝影機持續監控車輛周圍的環境。雜散光會阻礙這些攝影機查看和分析視覺資訊的方式，這可能會妨礙物體偵測正常運作。
航太感知：若來自太陽和其他恆星的雜散光進入望遠鏡及衛星，則會降低資料收集的準確度，進而損害任務目標。使用抬頭顯示器 (HUD) 進行導航的飛行員也會受到影響，因為雜散光所造成的昡光可能會降低其視線中重要資訊的可讀性。
醫療準確度：在 MRI 掃描儀、X 光機、皮膚鏡和雷射眼科手術系統等醫療造影裝置中，雜散光可能會產生假影、影像對比度不佳、扭曲失真，進而影響準確診斷和成功治療。
AR/VR 體驗：無縫的沉浸式體驗是數位實境如此引人入勝的原因。當雜散光進入擴增實境 (AR) 或虛擬實境 (VR) 光學系統時，它會破壞虛擬環境，並對使用者體驗造成負面影響。
為避免這些問題，工程師必須有能力 1) 識別雜散光的來源、2) 分析其發生的原因，以及 3) 選擇正確的設計選項來矯正問題。管理雜散光的可能選擇包含使用擋光板或光阱來阻絕或吸收不必要的光線、在光學表面上使用抗反射塗層與材料，以及在鏡頭上增加防護罩與遮光罩來防止光線進入。
如何分析雜散光？
從歷史上來看，雜散光的分析需要一個實體原型。這表示雜散光只能在流程最後進行測量，而此時修改產品設計早為時已晚。諸如單色儀與分光輻射計等工具有助於工程師瞭解雜散光，但建置整個裝置的代價是高額的成本與長久的時間。如今，早在建構實體原型之前，工程師就仰賴光學模擬軟體來建立光學系統模型，並主動解決雜散光的影響。
雜散光分析和模擬軟體
光學與光機械設計軟體：用於對整個光學系統進行建模，包含反射鏡固定座、外殼托架、光圈和鏡筒等機械元件。它讓工程師能夠在不同的情境和條件下評估系統。
光線追蹤軟體：用於模擬光線穿過光學系統時的情況。光線追蹤軟體可協助工程師分析光線對影像品質的影響，特別是在複雜的遠端系統中。
影像分析軟體：用於分析由光學系統產生的影像。此軟體可協助識別雜散光所產生的假影，並評估影像品質與真實性。
模擬軟體可協助工程師將系統設計中的雜散光污染降至最低。透過瞭解雜散光的來源、行為和影響，工程師就能最佳化效能，並避免潛在問題。這些對於光線運動方式的積極探索將持續提供新的洞見，並加速光學技術、系統與應用領域的創新。
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