1. RAW图像基础：从传感器到数字信号的起点
做图像质量调试这些年，我越来越觉得——RAW图像是所有画质的根基。你想想看，如果RAW阶段的数据就出了问题，后面再怎么调ISP pipeline，效果都是打折扣的。这一章，我们就从RAW的底层逻辑讲起。
1.1 RAW格式到底是什么？
说白了，RAW就是图像传感器最原始的“电子读数”。它没经过任何ISP处理——没有去噪、没有色彩校正、没有伽马矫正。你可以把它理解成传感器的“日记本”，每个像素点记录的是它感受到的光子数量。
核心要点：RAW ≠ 图片。RAW是原始数据，需要经过ISP pipeline才能变成我们看到的图像。
我在项目中遇到过不少刚入行的同事，直接把RAW当成普通图片打开，结果看到一片灰蒙蒙的东西，以为传感器坏了。其实不是，RAW天生就是这样的——它保留了最完整的动态范围和信息量。
1.2 Bayer阵列模式：彩色世界的“马赛克”
单个像素只能感知亮度，那颜色从哪来？答案是——Bayer阵列。传感器表面覆盖了一层彩色滤光片（CFA），每个像素只允许特定波长的光通过。
最常见的Bayer模式是RGGB，也就是一个像素感红（R），两个像素感绿（G），一个像素感蓝（B）。为什么绿色有两个？因为人眼对绿色最敏感，这样设计更符合视觉特性。
| Bayer模式 | 排列方式（2x2单元） | 常见应用 |
|---|---|---|
| RGGB | R G / G B | 最主流，索尼、三星大部分传感器 |
| GRBG | G R / B G | 部分OmniVision传感器 |
| BGGR | B G / G R | 部分安森美传感器 |
| GBRG | G B / R G | 较少见，某些老款传感器 |
我的习惯：拿到一个新传感器，第一件事就是确认Bayer模式。我曾经因为搞错了RGGB和GRBG，调试了整整两天才发现是排列问题——嗯，从那以后我再也不敢跳过这一步了。
1.3 RAW数据的存储结构：bit深度决定了什么？
RAW数据存储的是每个像素的量化值。常见的bit深度有10bit、12bit、14bit。这个数字越大，能记录的亮度层级就越多。
- 10bit：1024个灰度级，早期手机传感器常用
- 12bit：4096个灰度级，目前主流
- 14bit：16384个灰度级，高端相机和专业设备
为什么会这样？因为bit深度直接决定了动态范围和暗部细节。举个例子，12bit比10bit多了4倍的信息量，在暗光场景下，你能从噪点中提取出更多有效信号。
注意：bit深度越高，数据量越大。14bit RAW的文件大小是10bit的1.4倍。在带宽和存储受限的嵌入式系统里，这是个需要权衡的问题。
我记得有一次调试一款安防摄像头，客户要求用10bit RAW来节省带宽。结果在夜景测试时，暗部出现了明显的banding（条带噪声）。后来我们改成了12bit，问题就解决了——说白了，bit深度不够，量化误差就会暴露出来。
1.4 黑电平：找到“零光”的基准
黑电平（Black Level）是传感器在完全无光情况下的输出值。理论上应该是0，但实际上因为暗电流、电路噪声等因素，传感器会有一个偏移量。
比如一个12bit的传感器，黑电平可能是64。这意味着：
- 实际信号 = RAW值 - 黑电平
- 如果RAW值是100，实际有效信号只有36
黑电平校准如果不准，会导致：
- 偏色（尤其是暗部）
- 动态范围损失
- 白平衡计算偏差
避坑指南：我曾经遇到过一批传感器，黑电平在不同温度下漂移了十几个LSB。如果不做温度补偿，图像在高温下会整体偏绿。所以，黑电平不是固定值——它跟温度、增益都有关系。
1.5 白平衡：让白色回归白色
白平衡（AWB）的目标很简单：让图像中白色的物体，在任何光源下都呈现为白色。但实现起来并不简单。
不同光源的色温不同：
| 光源类型 | 色温（K） | R/G通道比例变化 |
|---|---|---|
| 白炽灯 | 2800-3200 | R通道偏强 |
| 日光 | 5000-6500 | R/G/B相对均衡 |
| 阴天/阴影 | 7000-9000 | B通道偏强 |
在RAW域做白平衡，本质上就是给R和B通道乘上增益系数，让它们和G通道对齐。这个操作必须在黑电平校正之后进行——顺序搞反了，结果会一塌糊涂。
我的经验：调试AWB时，我习惯先用手动白平衡确认传感器本身的色彩响应是否正常。如果手动都调不准，那自动白平衡算法再牛也没用。你想想看，基础数据不准，上层算法就是空中楼阁。
1.6 本章知识体系总览
下面这张图，把RAW图像基础的核心概念串起来了。我建议你把它存下来，后面每学一章都可以回来对照一下。
1.7 小结：这一章你该记住什么？
- RAW是原始数据，不是图片，不要直接用看图软件打开
- Bayer阵列决定了色彩采样方式，搞错模式会出大问题
- bit深度影响动态范围和暗部细节，选型时要权衡
- 黑电平是零光基准，必须校准，且要考虑温度漂移
- 白平衡在RAW域做增益调整，顺序在黑电平之后
嗯，这一章的内容就到这里。基础打牢了，后面讲去噪、demosaic、色彩校正的时候，你才能理解每一步到底在解决什么问题。