手机逆光拍照鬼影原理详解

相信很多人用手机逆光拍照的时候会见到这样的小绿点。

很多摄影类的科普文会解释这个事情，说这是眩光Flare，是镜头内部光线多次反射造成的，云云。但是我至今没有看到哪篇文章把这个事情彻底说清楚。在这里我想做一番尝试。

先来提出几个观察：

• 红圈中的鬼影的原像是太阳。鬼影和原像的位置根据照片中心对称。
• 鬼影明显偏绿色
• 如果对着具有特定形状的灯具拍照，那么鬼影也会是灯具的形状。

其中第一点“鬼影和原像的位置根据照片中心对称。”是一个极其重要的观察，至今没有看到对于这一点令我满意的解释。

关于鬼像光路的解释，欢迎参看我这篇回答：为什么拍摄日食时照片上会出现月牙形光斑？ - 李恒的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/64277854/answer/218655174

但这篇回答里也没有解决这个中心对称的问题。

出现鬼影的条件很简单，光线在光学界面上存在两次反射（而非透射），那么就能抵达像面形成鬼影。

但如果要中心对称的话，光路走向必然受到严格的限定！很难想象透镜上的鬼像光路是如何做到和原像中心对称。

那怎么样才能达到中心对称呢？最有可能的光路是：光线原路返回，且被平面镜反射。

镜头镜片表面既不可能造成原路返回也不能造成平面镜反射。那是什么元件造成的呢？

经过我的长期思考和多方询证，最有可能的答案是：CMOS传感器造成了光线原路返回，镜头前的保护平板玻璃造成了镜面反射。

平板玻璃造成平面镜反射好理解，但是为什么CMOS会令光路原路返回呢？

这是由于CMOS并不是一个简单的平面，而是有其复杂结构的，包含了微透镜、滤光片、金属电路、光电二极管等。

其中滤光片会筛选透过光线的波长，那么被拒绝未能透过的光线会多数发生散射，并有部分光刚好在散射后沿原路返回。（color filter大体分两类，coating filter被拒绝的光线大体会反射走，dye filter被拒绝的光线大体会散射走。CMOS使用的filter应该是dye filter。由于微透镜的作用，斜入射的光线也会以较为接近准直的方向打到滤光片上，那么散射的多数能量分布会在法线方向附近，故而原路返回的能量不会十分小。此处猜测较多还未全部验证，如有错误请指正。）

到这里这个故事就大体上讲完了。手机镜头最严重的鬼像光路来自于CMOS上散射后原路返回的光线被镜头前保护盖板平面镜反射，并到达像面形成鬼像。

但依旧有一些小坑没填满。譬如说如果镜头前玻璃盖板离开镜头位置较远的话，那么会使得鬼像光路根本进不了镜头从而达不到像面。如此的话，只有很小入射角的视场才能有部分鬼像光线到达像面，大视场根本看不到鬼像。然而如我第一张图所示，手机鬼像在很大的视场角下依旧成立。

刚巧的是，手机镜头的光学设计中孔径光阑往往在第一片镜片之前，且由于体积严格限制盖板离开第一片镜片距离几乎为0，所以刚好大视场角的鬼像光路也能通过。

另外还有个小问题，为什么鬼像光点都是偏绿的？

这是因为镜片表面都有镀增透膜，增透膜是有中心的工作波长的，一般都是对可见光中间段也就是绿色效果最好，所以鬼像光路重复多走了两遍光学系统之后颜色就偏绿了。

还有，单反相机镜头由于默认没有保护盖板的，所以即便拍到鬼像也不太会与原像呈中心对称。如果用户加装了保护平板保护片，倒是容易引起鬼像了。

综合以上几点，这也就是为什么逆光时候绿色中心对称鬼像光点在手机摄影中格外常见的原因了。