RAW域预处理：坏点校正、黑电平校正、镜头阴影校正、绿色平衡

各位好，欢迎来到第二章。上一章我们聊了RAW数据长什么样，这一章我们直接动手——把RAW数据里那些“脏东西”先清理掉。

RAW域预处理，说白了就是给传感器原始数据“洗脸”。传感器不是完美的，它会有坏点、有暗电流、有镜头带来的亮度不均、还有Bayer阵列本身的失衡。这四个问题不解决，后面的所有处理都是白搭。我个人的习惯是：先做BLC，再做DPC，然后LSC，最后GB。这个顺序不是随便定的，后面我会解释为什么。

2.1 黑电平校正（BLC）

先讲BLC，因为它最简单，也最基础。

传感器在没有光照的情况下，像素依然会输出一个非零值。这个值叫黑电平，来源是暗电流和电路噪声。如果不减掉它，整个图像的暗部会发灰，而且会影响后续所有增益计算的准确性。

BLC的做法通常有两种：

• OB（Optical Black）像素法：传感器边缘有一圈被遮挡的像素，它们永远不感光。取这些像素的平均值作为黑电平，然后从每个有效像素中减去这个值。
• 固定值法：有些传感器厂商会给出一个固定的黑电平值（比如64/1023），直接减掉就行。

我个人更推荐OB法，因为它能跟随温度变化。我记得有一次在户外测试，温度从25度升到50度，黑电平漂了将近10个DN（数字码值）。如果用固定值，暗部直接就偏色了。

代码实现很简单，但要注意数据类型溢出：

// 假设RAW数据是10bit，黑电平为64
for (int i = 0; i < width * height; i++) {
    raw[i] = (raw[i] > black_level) ? (raw[i] - black_level) : 0;
}

2.2 坏点校正（DPC）

坏点，就是传感器上那些“不听话”的像素。它们要么永远亮着（亮点），要么永远暗着（暗点），要么响应异常。如果不校正，最终图像上就会出现一个个刺眼的“星星”或“黑洞”。

坏点校正分两步：检测和替换。

2.2.1 坏点检测

检测方法有很多，我常用的是邻域比较法。原理很简单：如果一个像素的值和它周围8个邻居的差异超过某个阈值，那它大概率是坏点。

具体做法：

1. 取当前像素P，以及它周围8个同色通道的像素（因为Bayer阵列，同色通道间隔一个像素）。
2. 计算这9个像素的均值μ和标准差σ。
3. 如果|P - μ| > k * σ（k通常取3-5），则判定为坏点。

阈值k怎么选？我踩过坑。有一次为了追求“干净”，把k设成了2，结果正常像素被误判了一大片，图像变得模糊。后来我改成k=4，配合一个动态阈值——在暗区用大阈值，亮区用小阈值，效果就好多了。

2.2.2 坏点替换

检测到坏点后，不能直接扔掉，得用合理的值替换。常用方法：

• 中值替换：取周围同色像素的中值。抗噪性好，但会损失细节。
• 均值替换：取周围同色像素的均值。简单，但容易被其他坏点污染。
• 梯度导向替换：先判断边缘方向，然后沿边缘方向取均值。效果最好，计算量也最大。

我一般用中值替换，性价比最高。只有在高端项目中才会用梯度导向替换。

2.3 镜头阴影校正（LSC）

镜头阴影，也叫“暗角”。就是图像中心亮、四周暗的现象。原因是镜头的光学特性——边缘光线入射角大，到达传感器的光量少。

LSC的原理很简单：给每个像素乘一个增益系数，让四周的亮度补回来。但这个系数怎么来？

2.3.1 增益网格

通常的做法是：在实验室拍一张均匀的灰卡（或白墙），然后计算每个像素位置需要的增益。但像素太多，不可能存下每个像素的系数。所以实际用的是网格增益——把图像分成M×N个网格，每个网格存一个增益值，其他位置的增益通过插值得到。

我个人习惯用32×32网格，配合双线性插值。精度够用，存储也合理。

2.3.2 颜色通道独立校正

这里有个关键点：不同颜色的光，镜头阴影程度不一样。红光波长长，穿透力强，阴影轻；蓝光波长短，阴影重。所以R、G、B三个通道要分别计算增益网格。

如果不分开校正，会出现什么情况？我遇到过：校正完暗角，图像中心偏蓝、四周偏红。这就是因为用了同一套增益系数，没考虑色差。

2.4 绿色平衡（GB）

绿色平衡，是Bayer RAW特有的一个步骤。Bayer阵列里绿色像素有两组——Gr（跟R同行）和Gb（跟B同行）。理论上它们应该一样，但实际上因为工艺差异，Gr和Gb的响应会有偏差。

这个偏差会导致什么？在均匀灰色区域，会出现棋盘格状的纹理，俗称“格子噪声”。

2.4.1 校正方法

GB的做法是：在局部窗口内，计算Gr和Gb的均值，然后调整其中一个通道，使两者相等。

具体步骤：

1. 取一个N×N的窗口（通常16×16或32×32）。
2. 分别计算窗口内Gr像素的均值μ_gr和Gb像素的均值μ_gb。
3. 计算增益gain = μ_gb / μ_gr（或者反过来）。
4. 用gain调整Gr通道的值。

但要注意：不能在全图用一个增益。因为Gr和Gb的偏差可能随位置变化。我一般用滑动窗口，每个像素的增益由它周围的局部窗口决定。

2.5 本章知识体系

下面这张图总结了RAW域预处理的四个步骤及其关系：

2.6 总结与避坑清单

好了，四个步骤都讲完了。最后我列一个避坑清单，都是我在项目中真实遇到过的：