3. 黑电平校正（BLC）：从暗电流到硬件流水线

黑电平校正，圈内人常叫 BLC。这步处理看着简单，但坑特别多。我最早做 sensor 驱动时，觉得 BLC 不就是减个固定值嘛，后来被暗角偏色问题折腾了两周，才老老实实把这块吃透。

说白了，BLC 要解决一个根本问题：传感器在没有光照时，输出值不是零。这个非零的底数，就是黑电平。如果不扣掉它，后面做白平衡、Gamma 都会出偏差，暗部尤其明显。

3.1 黑电平是怎么来的？

原因主要有三个，我列个表方便对照：

你想想看，暗电流是温度的函数。手机在冬天拍和夏天拍，黑电平能差出 3-4 倍。我遇到过一款安防相机，白天户外 60°C 时黑电平飙到 180 DN，用固定值减 64 直接废了暗部细节。

3.2 全局 BLC vs 局部 BLC

先讲最简单的方案——全局 BLC。整帧图像减同一个值，或者乘同一个增益。实现简单，硬件一个减法器搞定。但问题也很明显：

• 传感器边缘像素暗电流通常比中心高（因为温度分布不均）
• 列读出电路偏移是逐列不同的
• Bayer 模式中 R/Gr/Gb/B 四个通道的暗电流特性不一样

所以实际项目中，局部 BLC 才是主流。我把它分成三个层级：

我个人习惯，消费级产品用通道级就够了，工业相机或天文摄影才上像素级。别一上来就堆硬件，先看看 sensor 数据手册里黑电平的 row-wise 分布曲线，再决定。

3.3 动态黑电平校正算法

固定值 BLC 在温度变化时就是灾难。动态校正的核心思路：从图像中实时估算当前黑电平。

主流做法是利用 光屏蔽像素（Optical Black, OB）。传感器边缘有一圈被金属遮挡的像素，它们永远收不到光，输出就是纯黑电平。算法流程如下：

1. 从 RAW 数据中提取 OB 区域（通常是每行的前 4-16 列）
2. 对 OB 像素做中值滤波，剔除坏点和随机噪声
3. 按通道分别计算 OB 均值（R/Gr/Gb/B 分开）
4. 用滑动窗口对帧间结果做平滑，防止跳变
5. 将估算值应用到有效像素区域

我曾经在一个项目中遇到 OB 区域被镜头渐晕污染的情况——镜头边缘遮光不够，OB 像素漏光了。结果动态 BLC 把黑电平估得越来越低，画面整体偏亮。后来加了 OB 有效性检测，如果 OB 均值高于预期阈值，就回退到上一帧的值。

3.4 硬件实现方案

讲真，BLC 的硬件实现是 ISP 流水线里最直观的模块之一。我画个架构图帮你理解：

硬件实现时，有几个细节值得注意：

• OB 行缓存：至少缓存 4 行 OB 数据，才能做中值滤波。用 line buffer 实现，面积不大
• 减法器位宽：输入 12bit，黑电平最大 256，输出保持 12bit。注意处理下溢——减成负数要钳位到 0
• 流水线级数：OB 统计和像素校正可以并行。统计模块提前 4 行算出当前帧的黑电平，校正模块跟上
• 寄存器配置：平滑系数、更新阈值、OB 起始位置都做成可配，方便调试

3.5 避坑指南

最后分享几个我踩过的坑：

• OB 区域被污染：镜头遮光不好、sensor 封装漏光，OB 值不准。解决方案是加 OB 有效性检测，或者用暗场校准帧替代实时 OB
• 温度突变：手机从空调房拿到室外，黑电平在几秒内漂移 20-30 DN。平滑系数要自适应，温度变化大时加快更新速度
• Bayer 通道不平衡：Gr 和 Gb 通道的黑电平可能差 4-8 DN，如果不分开处理，绿色通道会出现网格噪声。一定要四通道独立统计
• 高增益下的噪声放大：BLC 减掉的底数被后续增益放大，暗部噪声会变明显。可以考虑在 BLC 之后做一级降噪，或者用分段校正