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什么是杂散光？
杂散光是指光学系统中干扰传感器的非预期、不必要的光。试想一下户外照片中闪耀的太阳光斑，或者生日蛋糕视频中出现的额外的蜡烛影像。任何到达最终图像的非预期光都被认为是杂散光，它可以影响各种行业应用的光学系统，如增强现实（AR）、高级驾驶辅助系统（ADAS）、显微研究和空间成像等。
杂散光的类型
杂散光是外部光源进入系统并与内部组件进行相互作用引起的。根据光在光学系统中的表现方式，杂散光可被分为几种不同类型。
镜头眩光：由于系统内部反射，镜头眩光可能会在图像上显示为线条或明亮的圆形光斑。这种情况常见于镜头对着强光的场景。镜头眩光会给驾驶辅助系统带来问题，因为在这种系统中，准确的物体探测取决于同时对多个摄像头进行分析。
漏光：光学系统中的间隙和开口会让光线进入预期之外的地方。这种光可能来自外部光源或系统内部，其会降低对比度，造成图像伪影。当机架无法紧密贴合时，LCD显示器和设备显示屏中通常就会出现漏光现象。
散射：当光线与颗粒、不规则表面或机械组件相互作用时，其可能会在多个方向上进行散射，从而导致最终的图像非常模糊。对于光学系统包含有多个反射镜的设备（如望远镜和卫星），反射面上的任何瑕疵都会产生散射效应，从而导致最终图像出现伪影和噪点。
重影：重影/鬼影图像是散射的一种特殊结果，光线在光学元件之间反弹时会发生反射，从而形成主图像的模糊复制图像。在X射线等医疗应用中，重影图像会影响测量准确性和诊断可靠性。
眩光效应：眩光也被称为耀斑，是指光源扩大时图像的对比度减弱，从而掩蔽了细节。其显示为圆圈或条纹，并且经常与图像中的明亮对象重叠。在工业环境中，机器人系统根据自己的“看见”的情况执行任务，而眩光会影响其感知功能。
杂散光的来源和形式
杂散光行业示例
杂散光会降低图像质量，从而影响光学系统的性能和准确性 。它可能会产生伪影、颜色失真、影响测量结果并掩蔽环境细节。在各行各业中，杂散光分析和管理对于避免可能影响安全性、准确性和效率的问题至关重要。
汽车安全性：高级驾驶辅助系统（ADAS）依靠多个摄像头持续监控车辆周围的环境。杂散光会妨碍这些摄像头观察和分析视觉信息，从而导致系统无法正常进行物体探测。
航空航天感知：来自太阳和其他恒星的杂散光可以进入望远镜和卫星，降低其数据收集的准确度，影响任务目标的实现。此外，使用抬头显示器（HUD）进行导航的飞行员也可能会受到影响，因为杂散光引起的眩光会降低其视线范围内重要信息的可读性。
医疗准确性：在诸如核磁共振成像扫描仪、X射线机、皮肤镜和激光眼科手术系统等的医疗成像设备中，杂散光会产生伪影、低图像对比度和失真，从而影响准确诊断和成功治疗。
AR/VR体验：无缝的沉浸式体验，是数字现实大放异彩的原因。当杂散光进入增强现实（AR）或虚拟现实（VR）光学系统时，会破坏虚拟环境，并对用户体验产生负面影响。
为了避免出现这些问题，工程师必须能够：1）识别杂散光的来源，2）分析杂散光产生的原因，以及，3）找到正确的设计选项来修复问题。管理杂散光的可行方案包括，使用挡板或光陷阱来阻挡或吸收无用光，在光学表面上应用抗反射涂层和材料，以及在镜头上添加遮光板和遮光罩，以防止光线进入。
如何分析杂散光？
此前，进行杂散光分析需要借助物理原型。这意味着杂散光只有在相关流程结束时才能进行测量，但此时对产品设计进行修改为时已晚。单色仪和光谱辐射仪等工具可帮助工程师了解杂散光，但代价是增加构建整个设备的时间和成本。如今，工程师依靠Ansys Optics仿真软件对光学系统进行建模，并早在构建物理原型之前就主动解决杂散光的影响。
杂散光分析和仿真软件
光学和光机设计软件：用于对整个光学系统进行建模，包括反射镜加装、外壳支架、孔径和镜筒等机械组件。它使工程师能够在不同的场景和条件下对系统进行评估。
光线追迹软件：用于对光线穿过光学系统的过程进行仿真。光线追迹软件可帮助工程师分析光线对图像质量的影响，尤其是在复杂的远程系统中。
图像分析软件：用于分析光学系统生成的图像。该软件有助于识别杂散光造成的伪影，并评估图像质量和真实性。
仿真软件可帮助工程师最大限度地减少系统设计中的杂散光污染。通过了解杂散光的来源、行为和影响，工程师能够优化性能并有效预防潜在问题的发生。这些对光如何变换方式的积极探索将继续提供新的洞察信息，并加速光学技术、系统和应用领域的创新。
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