4. 镜头阴影校正（LSC）
镜头阴影，说白了就是拍出来的照片四角发暗、中间亮。你拿手机对着白墙拍一张，如果四角明显比中心暗，那就是镜头阴影。这问题在广角镜头上尤其明显，我见过不少项目，前期没处理好阴影，后期算法怎么调都救不回来。
4.1 镜头阴影现象
镜头阴影分两种：一种是亮度阴影（Luminance Shading），另一种是颜色阴影（Color Shading）。
- 亮度阴影：画面从中心到边缘，亮度逐渐下降。原因是镜头的光学设计——边缘光线到达传感器的角度更大，光通量自然就少了。
- 颜色阴影：不同颜色通道的衰减不一致。比如红色通道在边缘掉得比蓝色快，结果就是四角偏色。
为什么会这样？我简单解释一下。镜头相当于一个凸透镜，中心区域光线几乎是垂直入射，边缘光线则是斜着进来的。斜入射的光线在传感器像素上有效面积变小，响应就弱了。再加上镜头本身的渐晕效应（Vignetting），边缘亮度可能只有中心的40%-60%。
关键指标：阴影程度通常用中心亮度与边缘亮度的比值表示。比如中心亮度100，边缘只有60，那阴影比就是1.67:1。一般要求校正后边缘亮度达到中心的95%以上。
我在项目中遇到过一款手机摄像头，边缘亮度只有中心的35%。当时硬件工程师说镜头模组已经定了，改不了。没办法，只能靠LSC硬扛。嗯，那次确实费了不少功夫。
4.2 LSC校正原理
LSC校正的原理其实很直接：给每个像素乘一个增益系数。边缘暗，就多乘一点；中心亮，就少乘一点。说白了就是做一张增益图，按像素位置查表乘上去。
数学表达很简单：
I_corrected(x, y) = I_raw(x, y) × Gain(x, y)其中 Gain(x, y) 就是每个像素对应的增益值。但实际实现时，不会给每个像素都存一个增益——那样太占内存了。通常的做法是存一个稀疏的增益网格，然后插值。
我习惯用 双线性插值 来做。比如网格是 16×16 的，每个格子覆盖 100×100 个像素。计算某个像素的增益时，找到它所在的网格单元，用四个角点的增益值做双线性插值。
我的经验：网格密度不是越密越好。太密了，校准数据量大，存储也大；太疏了，插值误差大。一般 16×16 到 32×32 的网格，配合双线性插值，效果就很好了。
颜色阴影的校正要单独处理。因为不同通道的衰减曲线不一样，需要为 R、Gr、Gb、B 四个通道分别生成增益网格。有些传感器 Gr 和 Gb 通道的阴影还不一样，那就得分开校。
4.3 增益网格校准方法
增益网格怎么来的？不是算出来的，是拍出来的。校准流程大概是这样：
- 准备均匀光源：用积分球或者均匀面光源，保证整个画面亮度一致。
- 拍摄灰卡：在标准色温下（比如 D65），拍一张灰卡图像。
- 计算增益：以图像中心区域的平均值为基准，计算每个网格点的增益值。
- 平滑处理：增益网格可能有噪声，需要做平滑滤波。
- 存储：把增益网格写入传感器驱动或ISP的寄存器。
具体计算增益的公式：
Gain(i, j) = Center_Mean / Block_Mean(i, j)其中 Center_Mean 是中心区域的平均像素值，Block_Mean(i, j) 是第 (i, j) 个网格块的平均像素值。
我曾经踩过一个坑：积分球的光源不均匀。当时校准出来的增益网格，用在实拍场景里反而出现了条纹。排查了两天才发现，是积分球本身有暗区。从那以后，我每次校准前都会先拍一张白场图，检查光源均匀性。
注意：校准时的色温要和实际使用场景一致。不同色温下，镜头阴影曲线会变。如果只校了D65，在A光源下用，颜色阴影可能会反弹。建议至少校三个色温：D65、A光源、TL84。
4.4 LSC校正的工程实现
在ISP pipeline里，LSC通常放在黑电平校正之后、去马赛克之前。因为LSC是乘性校正，放在前面可以避免放大噪声。
硬件实现上，LSC模块一般包含：
- 增益网格存储：通常用SRAM或寄存器存储网格数据
- 地址生成器：根据像素坐标计算网格索引
- 插值器：做双线性或双三次插值
- 乘法器：将增益与像素值相乘
下面是一个简化的LSC校正流程图：
4.5 增益网格的存储与加载
增益网格怎么存？不同平台不一样。我见过几种常见格式：
| 格式 | 精度 | 存储大小（16×16网格） | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 8位定点 | 1/256 | 256字节 | 低端摄像头 |
| 10位定点 | 1/1024 | 320字节 | 中端手机 |
| 12位定点 | 1/4096 | 384字节 | 高端相机 |
| 16位浮点 | 高精度 | 512字节 | 专业设备 |
我个人习惯用12位定点。精度够用，存储也不大。16位浮点虽然精度高，但硬件乘法器成本高，一般不用在消费级产品里。
小技巧：增益网格可以压缩存储。比如只存对角线上的值，或者用多项式拟合。我做过一个项目，用二阶多项式拟合增益曲线，存储从512字节降到了32字节，效果还能接受。
4.6 常见问题与避坑
做LSC校正这么多年，踩过的坑不少。挑几个典型的说说：
- 光源不均匀：校准用的光源本身不均匀，导致增益网格不准。解决办法：用积分球，或者拍多张图取平均。
- 色温漂移：只校了一个色温，换场景就偏色。解决办法：至少校三个色温，运行时根据色温插值切换增益网格。
- 噪声放大：边缘增益太大，把噪声也放大了。解决办法：限制最大增益值，或者配合降噪算法一起用。
- 网格边界不连续：相邻网格块的增益跳变太大，出现块状效应。解决办法：做平滑处理，或者用更高阶的插值算法。
我曾经遇到一个特别头疼的问题：校准完的增益网格，在低温环境下失效了。后来发现是传感器温度特性导致的——低温下暗电流变化，影响了阴影曲线。从那以后，我建议在多个温度点下做校准，至少覆盖-10°C到50°C的范围。
重要提醒：LSC校正不是万能的。如果镜头本身的阴影超过2:1，强行校正会带来严重的噪声和动态范围损失。这时候应该先找硬件原因，而不是全靠算法补。
嗯，关于镜头阴影校正，核心就是这些。记住三点：增益网格要准、插值要平滑、多色温多温度校准。做到这三点，LSC基本不会出大问题。