3. 黑电平校正（BLC）——让黑色回归纯粹

黑电平校正，圈里人常叫 BLC（Black Level Correction）。

说白了，就是让传感器在完全无光的时候，输出的像素值应该是 0。但现实世界哪有那么完美？传感器本身有暗电流，读出电路有偏置，你盖上镜头盖拍一张，出来的 raw 图大概率不是全黑，而是带个底数——比如 64、128，甚至更高。

这个底数如果不干掉，后面做自动曝光、白平衡、色彩校正，全都会偏。我见过一个项目，BLC 没调好，暗部发紫，怎么调 AWB 都拉不回来。后来发现是黑电平没扣干净，暗电流补偿系数设错了。

3.1 BLC 原理与必要性

先看一张图，理解 BLC 在整个 ISP 流水线中的位置：

BLC 的必要性，我总结为三点：

• 消除暗电流偏置——传感器像元在无光照时，由于热激发产生的电子累积，形成底数。
• 统一黑电平参考——不同增益、不同温度下，暗电流不同。BLC 让黑色参考点归一化。
• 防止暗部细节丢失——如果黑电平偏高，暗部被抬升，对比度下降，画面发灰。

3.2 暗电流补偿算法

暗电流补偿，核心就是算一个“扣减值”。但这个值不是固定的，它随温度、增益、曝光时间变化。我见过有人直接写死一个常数，结果夏天和冬天拍出来的黑电平差 10 个码值。

常用的补偿方法有几种：

方法	原理	适用场景	精度
固定值扣除	从校准数据中取一个固定偏移量	低端 sensor，温度稳定	低
OB 行/列统计	利用 sensor 的光学黑区（OB）像素均值	中高端 sensor，实时性好	中
温度查表补偿	预标定不同温度下的暗电流曲线	工业相机，宽温范围	高
自适应滤波	对 OB 像素做低通滤波，动态更新	高动态场景，抗噪性强	高

我个人最常用的是 OB 行统计 + 温度补偿 的组合方案。为什么？因为 OB 行能实时反映当前帧的暗电流状态，而温度补偿能处理 OB 行本身被噪声污染的情况。

算法流程大致如下：

1. 提取 sensor 输出的 OB 行（通常是前几行或后几行，被金属遮挡的像素）。
2. 计算 OB 行像素的均值或中位数（中位数抗噪性更好）。
3. 减去目标黑电平（比如 64），得到当前帧的补偿值 Δ。
4. 对 Δ 做时间域低通滤波，防止单帧噪声导致闪烁。
5. 用滤波后的 Δ 对有效像素做减法。

3.3 FPGA 实现 BLC 的流水线设计

FPGA 上做 BLC，核心是流水线。因为 raw 数据是逐像素流进来的，你不能等一帧收完再算 OB 均值——那样延迟太大了。我们要做的是 帧级统计 + 像素级处理 分离。

看这个流水线结构：

Verilog 代码片段（核心减法与钳位逻辑）：

// BLC 核心模块
module blc_correction (
    input  wire        clk,
    input  wire        rst_n,
    input  wire [9:0]  raw_data,      // 10-bit RAW 输入
    input  wire        data_valid,
    input  wire [7:0]  blc_offset,    // 来自 OB 统计模块的补偿值
    output reg  [9:0]  corrected_data,
    output reg         data_ready
);

    always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if (!rst_n) begin
            corrected_data <= 10'd0;
            data_ready     <= 1'b0;
        end else if (data_valid) begin
            // 减法 + 饱和钳位
            if (raw_data >= blc_offset)
                corrected_data <= raw_data - blc_offset;
            else
                corrected_data <= 10'd0;  // 钳位到 0
            data_ready <= 1'b1;
        end else begin
            data_ready <= 1'b0;
        end
    end

endmodule

3.4 调试案例：暗部偏紫问题

讲一个我实际遇到的案例。

某款 2MP 传感器，在低照度下（< 10 lux），暗部区域明显偏紫。一开始团队怀疑是 AWB 没调好，折腾了两周无果。后来我让测试组抓了 raw 图，用工具分析暗部 R、G、B 通道的均值。

结果发现：

通道	暗部均值（10-bit）	目标黑电平	偏差
R	72	64	+8
Gr	66	64	+2
Gb	65	64	+1
B	68	64	+4

R 通道的黑电平比其他通道高了 4-7 个码值。这意味着暗部 R 通道没有被充分扣除，导致偏紫。

根因是什么？

• 该 sensor 的 R 通道暗电流温度系数与其他通道不同。
• OB 行统计用的是全通道均值，没有分通道处理。
• 温度升高后，R 通道暗电流增长更快，但补偿值没跟上。

解决方案：

1. 将 BLC 改为 分通道补偿——R、Gr、Gb、B 各自统计 OB 值。
2. 增加温度传感器，查表修正各通道的补偿系数。
3. 在 FPGA 中为每个通道独立设置减法器。

改完后，暗部偏紫问题彻底解决。R 通道黑电平偏差从 +8 降到 +1 以内。

嗯，BLC 这部分就讲到这里。记住一句话：黑色都搞不定，后面全是白搭。