第4章黑电平校正（BLC）

第4章：黑电平校正（BLC）

黑电平校正，英文叫Black Level Correction，简称BLC。这玩意儿在ISP流水线里排得挺靠前，通常是在坏点校正之后、增益之前。说白了，它的任务就一个：把传感器在无光条件下本该是0的输出，拉回到真正的0。

你可能会问：「传感器输出0不就是0吗？有什么好拉的？」嗯，这里头还真有门道。我刚开始接触ISP时也这么想，直到被一个偏色的案子折腾了两周才明白——黑电平不准，整个画面的颜色都会跑偏。

4.1 黑电平是怎么产生的？

先说说为什么会有黑电平。理想情况下，你把镜头盖盖上，传感器啥光也收不到，输出的像素值应该是0。但现实不是这样的。

主要原因有这么几个：

暗电流：半导体器件本身有热噪声，温度越高，暗电流越大。哪怕没光，电荷也在慢慢积累。
ADC偏置：模数转换器为了避开噪声区，会人为加一个偏置电压。这个偏置量通常就是几十个DN（Digital Number）。
像素结构差异：不同像素的暗电流不一致，导致黑电平在空间上不是均匀的。

我记得有一次在调试一款安防用的CMOS传感器，夏天户外温度到了60多度，黑电平直接漂了30多个DN。如果不做校正，整张图就像蒙了一层灰雾，暗部细节全没了。

核心结论：黑电平不是0，而是一个非零的基底值。这个基底值会随温度、增益、曝光时间变化。BLC的任务就是把这个基底减掉。

4.2 校正原理与实现

校正原理其实很简单：测出黑电平值，然后从每个像素中减去它。但具体怎么测、怎么减，就有讲究了。

4.2.1 黑电平的测量方式

传感器厂商通常会在像素阵列的四周留一些光学黑像素（Optical Black, OB）。这些像素被金属层遮住了，收不到光，专门用来测黑电平。

常见的做法是：

取OB区域所有像素的平均值，作为全局黑电平
或者按行/列统计，做逐行校正
高端一点的，会做二维校正，因为黑电平在空间上不是均匀的

我个人的习惯是：先看OB区域的统计分布。如果标准差很小，用全局均值就够了。如果标准差大，说明像素间差异大，得做逐行甚至逐像素校正。

4.2.2 代码实现示例

下面是一个最简单的全局黑电平校正实现。假设图像数据是10bit的，黑电平值是64：

// 最简单的全局BLC实现
void blc_global(uint16_t *raw, int width, int height, uint16_t black_level) {
    for (int y = 0; y < height; y++) {
        for (int x = 0; x < width; x++) {
            int idx = y * width + x;
            // 减法，并做钳位防止下溢
            if (raw[idx] > black_level) {
                raw[idx] -= black_level;
            } else {
                raw[idx] = 0;
            }
        }
    }
}

嗯，这里有个细节要注意：减法后一定要做钳位。我曾经见过一个新手工程师没做钳位，结果暗部像素变成了65535，整张图花了一片。

4.2.3 更实用的逐行校正

实际项目中，我更推荐逐行校正。因为OB像素通常分布在每行的起始或末尾，可以实时更新黑电平值：

// 逐行BLC，OB像素在每行前16列
void blc_per_row(uint16_t *raw, int width, int height, int ob_cols) {
    for (int y = 0; y < height; y++) {
        // 计算当前行的OB均值
        uint32_t sum = 0;
        for (int x = 0; x < ob_cols; x++) {
            sum += raw[y * width + x];
        }
        uint16_t row_black = sum / ob_cols;

        // 对当前行所有像素做校正
        for (int x = 0; x < width; x++) {
            int idx = y * width + x;
            if (raw[idx] > row_black) {
                raw[idx] -= row_black;
            } else {
                raw[idx] = 0;
            }
        }
    }
}

这样做的好处是：能跟上黑电平的行间变化。比如卷帘快门模式下，不同行的曝光时间有差异，黑电平也会跟着变。

4.3 常见问题与调试

做BLC调试时，我踩过的坑不少。挑几个典型的说说：

4.3.1 黑电平测不准

OB区域本身也有噪声。如果只取几个像素的平均值，结果会抖动得很厉害。我建议：

OB像素数量至少要有32个以上
做中值滤波或均值滤波后再用
可以加一个IIR低通滤波，让黑电平值平滑变化

小技巧：调试时可以在暗室拍一张全黑图，然后看直方图。如果直方图的峰值不在0附近，说明BLC没调好。峰值位置就是残余的黑电平偏移量。

4.3.2 校正后出现条纹

有时候做完BLC，画面会出现水平或垂直的条纹。这通常是OB区域有缺陷像素导致的。比如某个OB像素坏了，输出值异常高，拉高了整行的黑电平估计值。

解决办法：

对OB区域做坏点检测，剔除异常值
或者用相邻行的黑电平做插值

4.3.3 暗部偏色

这是最隐蔽的问题。BLC如果没做好，暗部会偏色。因为RGB三个通道的黑电平可能不一样，减掉的量不同，暗部颜色就歪了。

我曾经调试一个手机摄像头，暗部总是偏绿。查了半天，发现是G通道的黑电平比R和B高了2个DN。校正后，暗部颜色就正常了。

注意：BLC一定要分通道做。不同通道的暗电流特性不同，黑电平值也不同。偷懒用同一个值，暗部偏色等着你。

4.4 知识体系总览

下面这张图总结了BLC的核心逻辑。我画得比较简洁，但关键点都在里面了：

这张图从左到右展示了BLC的完整链路：先搞清楚原因，再选校正方法，然后注意实现细节，最后用调试手段验证。我建议你把这个流程记在心里，以后遇到BLC相关的问题，按这个思路排查，基本不会跑偏。

4.5 调试经验总结

最后分享几个实战经验：

温度影响很大：黑电平随温度变化，量产时要在高低温下分别标定。我见过一个案子，常温下BLC调得好好的，到了低温偏色得一塌糊涂。
增益联动：模拟增益放大后，黑电平也会被放大。所以BLC通常放在增益之前做，或者根据增益值动态调整减去的量。
别过度校正：有些工程师为了追求暗部干净，把黑电平减得太多，结果暗部细节被削没了。记住，BLC的目标是让黑电平归零，不是让暗部变黑。

一句话总结：BLC是ISP流水线的基石。它做不好，后面的白平衡、色彩校正全都会歪。花时间把BLC调稳了，后面的工作会轻松很多。

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