3、RAW域基础：Bayer格式、黑电平校正（BLC）、线性化处理

好，我们进入RAW域。这是ISP流水线的起点，也是很多问题的根源。说白了，Sensor送出来的原始数据长什么样，我们怎么把它“洗干净”，就是这一章要聊的事。

3.1 Bayer格式：Sensor的“马赛克”世界

大部分单颗CMOS sensor，每个像素只能感知光的强度，分不清颜色。那彩色照片怎么来的？靠滤光片阵列——Bayer pattern。每个像素头顶盖一个红、绿或蓝的滤光片，只让对应颜色的光通过。

最常见的排列是RGGB，也就是一个2x2单元里，1个红、2个绿、1个蓝。为什么绿点多？因为人眼对绿色最敏感，sensor也这么设计，能模拟人眼的亮度感知。

我在项目中遇到过一种情况：调试时发现画面边缘有彩色条纹，查了半天，结果是sensor输出的Bayer排列顺序跟ISP配置的不一致。sensor是BGGR，我配成了RGGB，整个颜色通道全乱了。嗯，这个坑踩过一次就记住了。

常见Bayer排列

排列名称	2x2单元顺序	常见场景
RGGB	R G / G B	最主流，Sony、OmniVision常用
BGGR	B G / G R	部分Samsung、安森美sensor
GRBG	G R / B G	少数老款sensor
GBRG	G B / R G	极少数特殊sensor

你想想看，如果sensor输出的是10bit数据，那每个像素的值范围就是0~1023。但别急着用，这数据里藏着两个问题：暗电流和响应非线性。

3.2 黑电平校正（BLC）：把“假黑”拉回真黑

sensor在完全无光的情况下，像素依然会输出一个非零值。这叫黑电平，也叫暗电流。原因嘛，主要是sensor本身的电子噪声和热噪声。如果不校正，画面看起来会发灰，暗部细节被抬升，对比度也受影响。

BLC的做法很简单：从每个像素值里减去一个固定的黑电平值。但这个值怎么定？

• OB（Optical Black）行/列：sensor边缘有被遮挡的像素，它们不感光，输出值就是黑电平参考。我习惯取这些像素的平均值作为减去的offset。
• 寄存器配置：有些sensor允许直接读黑电平寄存器，或者通过I2C写死一个值。
• 动态BLC：环境温度变化时，暗电流会漂。我见过一些方案会实时监测OB区域，动态调整offset。

BLC的数学表达很简单：

// 伪代码示例
uint16_t raw_pixel = sensor_read(x, y);
uint16_t black_level = get_ob_average(); // 从OB区域取平均
uint16_t corrected = (raw_pixel > black_level) ? (raw_pixel - black_level) : 0;

注意，减完后的值不能为负，所以要做clamp到0。另外，有些sensor的BLC是在硬件层面做的，raw数据出来已经是校正过的。但我不建议完全信任硬件，最好自己验证一下。

3.3 线性化处理：让响应曲线变直

理想情况下，sensor的响应应该是线性的：光强翻倍，输出值也翻倍。但现实不是这样。尤其是高光区域，sensor会逐渐饱和，响应曲线开始弯曲。如果不做线性化，后续的AWB、CCM、Gamma都会算错。

线性化处理的目的，就是把sensor的非线性响应映射回线性空间。怎么做？

• 查表法（LUT）：sensor厂商会提供一条响应曲线，我们建一个映射表，把非线性值映射到线性值。这是最常用的方法。
• 分段线性拟合：把曲线分成几段，每段用一条直线近似。计算量小，但精度取决于分段数。
• 多项式拟合：用高次多项式拟合整条曲线。精度高，但计算量大，嵌入式平台慎用。

我个人习惯的做法是：先拍一组不同曝光时间的灰阶卡图像，提取每个灰阶的raw值，跟标准光强做对比，拟合出一条校正曲线。然后生成一个12bit到12bit的LUT，直接查表。

举个例子，假设sensor的响应在高端有压缩：

// 线性化LUT示例（12bit输入，12bit输出）
uint16_t linearization_lut[4096];

// 假设sensor响应：输入2000时，实际光强对应线性值应为1800
// 那么 LUT[2000] = 1800
// 其他点类似，通过插值或拟合得到

uint16_t linearized = linearization_lut[blc_corrected_pixel];

3.4 本章知识结构

我把这三步的关系画了张图，方便你理解整个流程：

3.5 常见问题与避坑

做RAW域调试时，有几个问题我反复遇到，列出来给你参考：

• BLC后出现负值：如果OB区域的像素有坏点，平均值会偏高，导致正常像素减完变负。我建议先对OB区域做坏点剔除，再算平均值。
• 线性化后出现条纹：LUT的精度不够，或者分段线性拟合的分段点选得不好。可以试试增加LUT的bit深度，或者用平滑样条拟合。
• Bayer排列搞错：画面整体偏色，或者出现彩色摩尔纹。用一张纯色图（比如白墙）拍一下，看raw数据的2x2单元顺序，跟sensor datasheet对一下。
• 温度变化导致BLC漂移：sensor刚上电和运行半小时后的黑电平可能差好几个LSB。我习惯在sensor稳定后再做一次BLC校准，或者用动态BLC方案。