紫边/紫晕与图像传感器的关系

最近有朋友提出Purple Fringe的成因问题 ——主要是Lens的原因，还是主要是sensor的原因？

在大话成像技术论坛上有一些网友贡献了他们的经验。

光学工程师Dming999的观点是Purple Fringe与镜头色差强相关，与sensor弱相关。镜头656-430nm的色差如果控制的好，会比较大概率减小紫边。

boost1995提供了Imatest的说法，imatest认为Purple Finge与镜头无关，是因为sensor的高饱和像素溢出到周围未饱和的像素位置导致的。

我个人不完全同意Imatest的观点。首先紫边肯定是sensor高亮区域G像素饱和，而红蓝像素未饱和，所以才呈现出紫色，这个观点没错；但是同一个sensor搭配不同的镜头会呈现出‘有无紫边’或者‘紫边大小的不同’，所以不能说紫边跟镜头没有关系。最终图像的紫边也跟ISP的图像处理算法有关，当然我们现在讨论的是原生图像，所以跟ISP的关系先不做讨论。

除了紫边，我们常遇到的还有紫晕（Purple Flare)。

关于Purple Flare的成因比较确定，包括镜头/模组内部的光线反射，杂波散射，光圈边缘的散射，镜头的roughness以及模组内的灰尘都是产生Purple Flare的因素。各种因素导致高角度入射光不仅激发了正确位置的PhotoDiode，也激发了其周围PD，最终形成彩色光晕，如下图所示。

这也就是所谓的Optical Crosstalk。为什么大多Chromatic Flare都呈现为紫色呢？这是因为对RGGB CFA而言，G通道的color filter比R，B通道的color filter透明度更高，因此高角入射光线可以相对更多穿过G filter被R，B对应像素吸收。这样就会导致这些位置的R/G,B/G ratio比那些正常位置的数值更高，经过白平衡，CCM之后在最终图像上呈现出紫色/粉色的光晕。

对于在车载或者机器视觉领域，采用RCCB，RYYCy之类CFA的sensor的应用，由于C或者Y filter的透明度比G更高，发生这种Chromatic Flare的机会更大。

改善Chromatic Flare的方法既会从光学角度出发：改善镜头和模组，也会从sensor pixel设计的角度尽量隔绝光线的Crosstalk。

比如加入金属隔离墙（Separation Gird），隔离高角度光的Crosstalk，如下图。

或者采用 deep trench isolation（DTI)，也就是在像素更深的位置装金属以隔绝光线Crosstalk，下图为backside deep trench isolation。

那么在sensor选型阶段，如何判断哪一个sensor抗crosstalk的能力更好呢？

通过sensor的Spectral Characterizaiton可以看到在某入射角度下各个颜色通道像素的QE响应曲线，如下图所示：

可以看出，在30°入射光条件下，RGGB sensor，加入CG（Composite Grid）技术，与再加入BDTI技术的RGB QE曲线。

很明显后者的R G B QE响应分离度更高，Crosstalk得到了改善。