3、黑电平校正：把传感器的“底噪”先清掉

黑电平校正，英文叫 Black Level Correction，简称 BLC。说白了，就是要把传感器在“全黑”状态下还输出的那部分信号给减掉。你想想看，一个像素在完全没有光照时，理想输出应该是 0，对吧？但现实不是这样的。

我刚开始做 ISP 时，拿到一张暗部发灰的图，还以为是镜头脏了。后来才发现，是黑电平没校好。嗯，这节课我们就把它彻底讲透。

3.1 黑电平的来源：传感器暗电流

为什么全黑时传感器还有输出？主要有两个原因：

• 暗电流 (Dark Current)：硅基半导体在热激发下会产生电子-空穴对，即使没有光子入射，电荷也在积累。温度每升高 6-8°C，暗电流翻一倍。
• 像素电路偏移：读出电路、放大器、ADC 都有固定的直流偏置，这部分也会叠加到输出上。

我在项目中遇到过一款工业相机，夏天户外工作时暗电流飙到正常值的 3 倍。如果不做黑电平校正，整张图就像蒙了一层灰雾，暗部细节全没了。

3.2 黑电平校正原理

校正原理其实很简单：

校正后像素值 = 原始像素值 - 黑电平值

但这里有个坑——减完以后可能出现负值。所以实际工程中会做截断：

校正后像素值 = max(0, 原始像素值 - 黑电平值)

嗯，这里要注意：有些传感器还会在 RAW 数据中预留一个“黑电平偏移”，让你减完后还能保留一点暗部层次。我习惯把这个偏移量叫做“黑电平保留值”，一般设 8-16 个码值就够了。

3.3 全局 vs 局部黑电平校正

黑电平校正有两种主流方法：全局校正和局部校正。我整理了一个对比表，方便你理解：

全局校正适合快速验证。但如果你做的是高端相机，局部校正几乎是必须的。我记得有一次调试一款全局快门传感器，每行读出时间不同，暗电流积累也不一样，用全局校正怎么调都有竖条纹。换成逐行校正后，问题立刻解决。

3.4 黑电平校正的完整流程

下面这张 SVG 流程图，展示了从 RAW 输入到校正输出的完整链路：

3.5 代码实现：从全局到局部

下面我给出两段代码。第一段是全局校正，适合快速上手；第二段是逐行局部校正，适合工程落地。

3.5.1 全局黑电平校正

import numpy as np

def global_black_level_correction(raw_img, black_level, offset=8):
    """
    全局黑电平校正
    :param raw_img: 原始 RAW 图像 (H, W)，uint16
    :param black_level: 全局黑电平值，int
    :param offset: 保留的暗部偏移量，int
    :return: 校正后图像
    """
    corrected = raw_img.astype(np.int32)
    corrected -= black_level
    corrected += offset
    corrected = np.clip(corrected, 0, 65535)
    return corrected.astype(np.uint16)

3.5.2 逐行局部黑电平校正

def row_wise_black_level_correction(raw_img, ob_cols=16, offset=8):
    """
    逐行黑电平校正（利用每行左侧 OB 像素）
    :param raw_img: 原始 RAW 图像 (H, W)，uint16
    :param ob_cols: 每行左侧 OB 像素列数
    :param offset: 保留的暗部偏移量
    :return: 校正后图像
    """
    h, w = raw_img.shape
    corrected = np.zeros_like(raw_img, dtype=np.uint16)
    
    for row in range(h):
        # 提取该行左侧 OB 像素
        ob_pixels = raw_img[row, :ob_cols]
        # 计算该行黑电平（用中值更鲁棒）
        row_black = np.median(ob_pixels)
        # 校正该行
        row_corrected = raw_img[row, ob_cols:].astype(np.int32)
        row_corrected -= row_black
        row_corrected += offset
        row_corrected = np.clip(row_corrected, 0, 65535)
        corrected[row, ob_cols:] = row_corrected.astype(np.uint16)
    
    return corrected

3.6 工程中的几个关键参数

实际项目中，黑电平校正还涉及几个可调参数。我列了一个表，方便你调试时参考：