📚 课程目录第3章 RAW图数据格式

3. RAW图数据格式：RAW10/RAW12/RAW14、黑电平与坏点校正、RAW图存储与读取

各位做ISP调优的同行，咱们今天聊聊RAW图。这是整个图像处理管线的起点，也是决定画质上限的关键。我见过不少工程师一上来就调RGB或者YUV，结果发现怎么调都调不好——说白了，根儿上的RAW数据就没处理好。

RAW图是什么？就是Sensor直接输出的原始数据，没经过任何处理。它保留了最完整的场景信息，但也带着Sensor本身的瑕疵。咱们这一章就把RAW的格式、校正和存储讲透。

3.1 RAW数据格式：RAW10 / RAW12 / RAW14

Sensor输出的RAW数据，每个像素用多少比特来表示，这就是位深。常见的位深有10bit、12bit、14bit。你可能会问：为什么不用8bit？嗯，8bit只有256个灰阶，对于安防监控这种需要暗部细节的场景，根本不够用。

位深	灰阶数	动态范围	典型应用
RAW10	1024	约60dB	低端IPC、USB摄像头
RAW12	4096	约72dB	主流安防摄像机
RAW14	16384	约84dB	高端AI摄像机、车载

我个人习惯把位深理解为「精度」。RAW10就像一把毫米尺，RAW14就是一把游标卡尺。在暗光场景下，RAW14能分辨出更细微的亮度差异，后期提亮时不容易出现色阶断层。

经验之谈： 我在项目中遇到过，某款Sensor标称是RAW12输出，但实际有效位只有11bit。怎么发现的？拍一张均匀灰卡，看直方图——如果出现明显的梳状间隙，说明高位有噪声被截断了。这时候就得跟Sensor厂商沟通了。

3.2 黑电平校正

黑电平，英文叫Black Level，简称BL。Sensor在完全无光的情况下，理论上应该输出0，但实际上会有一个偏移值。这个偏移就是黑电平。

为什么会这样？Sensor的像素在暗电流和读出电路噪声的共同作用下，会有一个基础电压。如果不把这个偏移减掉，整个图像会偏灰，暗部细节被淹没。

黑电平校正的公式很简单：

校正后像素值 = 原始像素值 - 黑电平值

但实际做的时候有几个坑：

黑电平不是固定值——它会随温度、增益、曝光时间变化。我建议在每一帧的OB（Optical Black）区域实时采样，动态计算。
不同通道的黑电平可能不同——R、Gr、Gb、B四个通道的暗电流特性有差异，需要分别校正。
黑电平校正后要钳位——减完可能变成负数，必须钳位到0。

避坑指南： 我曾经在调试一款宽动态Sensor时，发现暗部偏紫。查了半天，原来是Gr和Gb通道的黑电平差了2个LSB。分别校正后，色偏问题立刻解决。所以，别偷懒，四个通道分开算。

3.3 坏点校正

Sensor的像素阵列里，总会有一些「坏」的像素。它们要么一直亮（白点），要么一直暗（黑点），要么响应异常。这些坏点如果不处理，在图像上就是固定位置的噪点，非常显眼。

坏点校正分两步：

坏点检测——找出哪些像素是坏的。
坏点替换——用周围像素的值把坏点补上。

检测方法我常用两种：

静态检测：在出厂前，用均匀光源拍一张图，找出偏离均值超过阈值的像素，生成坏点表。
动态检测：在运行中，比较当前像素和周围8邻域的差异，如果差异过大，判定为坏点。

替换方法也有讲究：

// 中值替换——对孤立坏点效果好
pixel_out = median(pixel_left, pixel_right, pixel_up, pixel_down)

// 均值替换——对坏点簇效果好
pixel_out = (pixel_left + pixel_right + pixel_up + pixel_down) / 4

    关键点： 动态检测的阈值要留余量。阈值设太严，会把正常像素误判为坏点；设太松，坏点漏检。我一般取3倍噪声标准差作为阈值，效果比较平衡。

3.4 RAW图存储与读取

RAW图怎么存？常见的有两种格式：

格式	存储方式	优点	缺点
Packed	连续比特流，无浪费	节省存储空间	读取时需要位操作，速度慢
Unpacked	每个像素对齐到字节	读取快，方便处理	浪费存储空间

举个例子，RAW12的Packed格式：每3个像素占36bit，正好4.5个字节。而Unpacked格式，每个像素占2字节（16bit），浪费了4bit。

我个人习惯在调试阶段用Unpacked格式，方便用文本工具查看。量产时再切到Packed，节省带宽和存储。

读取RAW图时，要注意Bayer Pattern的排列顺序。常见的Bayer格式有BGGR、RGGB、GRBG、GBRG四种。读错顺序，图像颜色就全乱了。

// 以BGGR为例，读取一个像素
uint16_t read_raw_pixel(uint8_t *raw_data, int x, int y, int width) {
    // 计算偏移：y * width + x
    int offset = y * width + x;
    // 如果是RAW12 Unpacked，每个像素占2字节
    return ((uint16_t *)raw_data)[offset];
}

小技巧： 我写了一个小工具，把RAW图转成16位PNG，方便在电脑上预览。转换时注意做线性映射，把RAW的数值范围映射到0-65535。这样能直观看到黑电平校正前后的差异。

好了，RAW图的基础知识就这些。下一节咱们开始讲ISP管线中的第一个处理模块——去噪。不过那是后话了，先把RAW数据吃透，后面的路才好走。