3、镜头阴影校正（LSC）：从暗角到均匀

镜头阴影校正，说白了就是解决照片四周发暗的问题。你拿起手机拍一张白墙，如果发现中间亮、四周暗，那就是典型的镜头阴影现象。我刚开始做ISP时，觉得这问题不大，直到有一次给客户演示，样张的暗角被对方一眼看出来……嗯，从那以后我再也不敢小看LSC了。

3.1 镜头阴影现象：为什么会暗角？

镜头阴影也叫“暗角”或“亮度衰减”。它主要由两个原因造成：

• 光学原因：镜头本身是个凸透镜，光线从中心到边缘的路径不同。边缘光线入射角大，到达传感器的光量自然少。这就像手电筒直射和斜射的区别——斜射时能量分散了。
• 机械原因：镜头筒本身会遮挡一部分边缘光线，尤其是广角镜头。我做过一个项目，用了大光圈广角模组，暗角直接掉了30%以上，不校正根本没法看。

阴影的典型表现是：中心亮度正常，从中心到四周亮度逐渐下降。下降曲线通常可以用余弦四次方定律近似描述，但实际模组因为镜片设计和组装公差，往往不是完美的对称形状。

3.2 LSC校正原理：乘回去就对了

校正原理其实很简单——乘一个增益系数。既然边缘光线弱，那就在边缘像素上乘一个大于1的系数，把亮度补回来。

数学表达就是：

I_corrected(x, y) = I_raw(x, y) × Gain(x, y)

其中 Gain(x, y) 就是每个像素对应的增益值。中心区域增益接近1，边缘区域增益大于1。

但这里有个坑：增益不能无限大。我曾经遇到一个极端案例，边缘增益设到2.5倍，结果校正后边缘噪声被放大了，反而比不校正还难看。所以实际工程中，增益上限通常限制在2.0~2.5倍，超过这个范围就属于镜头设计问题了。

3.3 增益网格生成：从标定到网格

增益怎么来？不是算出来的，是标定出来的。

标定流程大致如下：

1. 用均匀光源照射一张白板（比如DNP灯箱），拍一张RAW图。
2. 理论上这张图应该是均匀的，但因为镜头阴影，实际是不均匀的。
3. 取中心区域的平均亮度作为参考值 L_ref。
4. 每个像素的理想增益 = L_ref / L_pixel。

但问题来了——传感器有几百万甚至上千万像素，每个像素存一个增益值，那存储量太大了。所以实际做法是：只存一个稀疏的网格，比如 16×16 或 32×32 的网格点，每个网格点对应一个增益值。使用时再通过插值算出每个像素的增益。

网格尺寸	存储量（单通道）	精度	适用场景
8×8	64个值	较低	低端摄像头、低分辨率
16×16	256个值	中等	主流手机、安防
32×32	1024个值	较高	高端相机、医疗影像
64×64	4096个值	极高	专业摄影、卫星遥感

我个人习惯用 16×16 网格，性价比最高。32×32 虽然精度更好，但标定和存储成本都翻倍，对大部分消费级产品来说没必要。

3.4 双线性插值实现：从网格到像素

有了网格，怎么算每个像素的增益？最常用的方法是双线性插值。

原理很简单：对于任意像素 (x, y)，找到它周围的四个网格点，按距离加权平均。

假设四个网格点的增益分别是 G00、G01、G10、G11，像素在网格内的相对位置是 (dx, dy)，那么：

// 先做水平方向插值
G0 = G00 × (1 - dx) + G01 × dx
G1 = G10 × (1 - dx) + G11 × dx

// 再做垂直方向插值
G = G0 × (1 - dy) + G1 × dy

这就是双线性插值的核心。实际代码实现时，要注意边界处理——图像边缘的像素可能只有两个或一个相邻网格点。

下面是一个简单的C语言实现片段：

// 假设网格尺寸为 grid_w × grid_h，图像尺寸为 img_w × img_h
// gain_grid 是二维数组，存储网格点的增益值

float get_gain(int x, int y) {
    // 计算网格坐标
    float grid_x = (float)x / img_w * (grid_w - 1);
    float grid_y = (float)y / img_h * (grid_h - 1);
    
    // 找到四个相邻网格点
    int gx0 = (int)grid_x;
    int gy0 = (int)grid_y;
    int gx1 = min(gx0 + 1, grid_w - 1);
    int gy1 = min(gy0 + 1, grid_h - 1);
    
    // 计算相对位置
    float dx = grid_x - gx0;
    float dy = grid_y - gy0;
    
    // 双线性插值
    float g00 = gain_grid[gy0][gx0];
    float g01 = gain_grid[gy0][gx1];
    float g10 = gain_grid[gy1][gx0];
    float g11 = gain_grid[gy1][gx1];
    
    float g0 = g00 * (1 - dx) + g01 * dx;
    float g1 = g10 * (1 - dx) + g11 * dx;
    
    return g0 * (1 - dy) + g1 * dy;
}

实际项目中，我不会对每个像素都调用这个函数——那样太慢了。我会逐行预计算：先算好当前行所有像素的增益，存到一个行缓冲区里，然后整行一起处理。这样内存访问更连续，cache命中率更高。

3.5 整体流程与避坑

把整个LSC流程串起来，大概是这样的：

最后说几个我踩过的坑：

• 网格对齐问题：增益网格的坐标原点必须和图像坐标原点严格对齐。我曾经因为一个像素的偏移，导致校正后出现条纹状伪影，查了两天才找到原因。
• 温度漂移：镜头阴影会随温度变化。我在一个户外项目中，白天和晚上的阴影曲线差了5%以上。后来加了温度补偿，才解决问题。
• 多通道独立校正：Bayer格式的R、G、B通道阴影曲线不同，必须分别标定、分别校正。如果共用一套增益，会出现颜色偏移——画面四周偏绿或偏红。