📚 课程目录第3章黑电平校正（BLC）

3. 黑电平校正（BLC）

黑电平校正，圈内人常叫 BLC。这名字听着挺唬人，其实说白了就一件事：把传感器在「全黑」环境下不该有的那点底噪信号给抠掉。

我刚开始调 ISP 时，觉得这步最简单——不就是减个固定值嘛。后来被一块 sensor 的暗部偏色问题折腾了三天，才发现黑电平远没我想的那么单纯。

3.1 黑电平是怎么冒出来的？

先搞清楚一个问题：为什么全黑环境下，sensor 输出的像素值不是 0？

理想情况下，没有光子打到像素上，ADC 应该输出 0。但现实是，sensor 内部有暗电流、有电路噪声、有 ADC 的偏移量。这些因素叠加起来，让全黑像素也输出一个非零值。这个值，就是黑电平。

我遇到过一块 sensor，黑电平高达 64（12bit 数据）。如果不做校正，暗部全是灰蒙蒙一片，根本没法看。

黑电平的主要来源，我整理了一下：

来源	说明	典型影响
暗电流	热激发产生的电子，温度越高越严重	随温度漂移，长曝光时明显
ADC 偏移	模数转换器的固定偏置	固定值，每颗 sensor 略有差异
像素复位噪声	复位操作残留的电荷	随机性较大，帧间不稳定
电路串扰	电源/时钟耦合到像素输出	与 sensor 布局相关

我的经验：暗电流是黑电平里最头疼的变量。夏天和冬天，同一块 sensor 的黑电平能差 10-15 个 DN。所以做 BLC 时，温度补偿一定要考虑进去。

3.2 校正原理：到底减多少？

校正原理其实就一句话：从每个像素值里减去黑电平值。

但问题来了——黑电平值是多少？怎么测？

大多数 sensor 会预留一些「光学黑像素」（Optical Black, OB）。这些像素被金属遮挡，永远接收不到光。它们的输出，就是当前帧的黑电平参考值。

校正公式很简单：

// 12bit 数据，黑电平目标值 64
// 实际黑电平从 OB 区域统计得到
uint16_t blc_value = get_ob_mean();  // 比如 68
uint16_t target_blc = 64;            // 目标黑电平

for (int i = 0; i < frame_size; i++) {
    int16_t corrected = raw_data[i] - (blc_value - target_blc);
    if (corrected < 0) corrected = 0;
    raw_data[i] = (uint16_t)corrected;
}

这里有个细节：为什么要减到目标值而不是直接减到 0？

嗯，因为后续的 ISP 模块（比如去噪、Gamma）需要一点底数来正常工作。直接砍到 0，暗部细节就全丢了。一般 12bit 数据，目标黑电平设在 64 左右比较常见。

核心要点：BLC 不是简单减到 0，而是减到一个稳定的目标值。这个目标值要保证暗部有足够的动态范围，又不能让黑电平残留太多。

3.3 参数调试方法

调试 BLC 参数，我一般分三步走。每一步都有坑，我一个个说。

第一步：确定 OB 区域

先看 sensor datasheet，找到 OB 像素的位置和数量。有的 sensor 在左边，有的在上下两边。我见过最离谱的，OB 区域分布在四个角落，统计起来特别麻烦。

确定 OB 区域后，要算它的均值和中位数。我个人习惯用中位数——均值容易被异常像素带偏。

// 从 OB 区域统计黑电平
uint32_t sum = 0;
uint16_t min_val = 4095, max_val = 0;

for (int i = 0; i < ob_pixel_count; i++) {
    uint16_t val = ob_buffer[i];
    sum += val;
    if (val < min_val) min_val = val;
    if (val > max_val) max_val = val;
}

uint16_t mean = sum / ob_pixel_count;
// 去掉最大最小各 5% 后算均值，更鲁棒
uint16_t robust_mean = get_robust_mean(ob_buffer, ob_pixel_count, 0.05);

避坑：OB 区域可能有坏像素。我曾经遇到一块 sensor，OB 区域里有几个像素一直输出 0，把均值拉低了一大截。后来加了坏像素检测，才把问题揪出来。

第二步：逐行/逐列校正

有些 sensor 的黑电平不是全图一致的。行与行之间、列与列之间，可能有差异。这时候就要做逐行或逐列的 BLC。

我调过一块卷帘快门的 sensor，每行的黑电平都不一样，从第 1 行到第 1080 行，黑电平慢慢往上漂。如果不做逐行校正，图像从上到下会有一条渐变亮带。

逐行校正的做法：

// 逐行统计 OB 区域
for (int row = 0; row < height; row++) {
    uint16_t row_blc = get_row_ob_mean(row);
    for (int col = 0; col < width; col++) {
        int idx = row * width + col;
        int16_t corrected = raw_data[idx] - (row_blc - target_blc);
        if (corrected < 0) corrected = 0;
        raw_data[idx] = (uint16_t)corrected;
    }
}

第三步：温度补偿

这是最容易被忽略的一步。sensor 温度升高，暗电流增大，黑电平跟着涨。如果不做补偿，白天调好的参数，晚上就偏了。

我一般会在 sensor 附近放一个温度传感器，每隔几秒读一次温度，然后查表补偿黑电平目标值。

温度范围	黑电平偏移量（12bit）	补偿策略
-20°C ~ 0°C	-8 ~ -4	降低目标值
0°C ~ 40°C	0	不补偿
40°C ~ 60°C	+4 ~ +12	提高目标值
60°C ~ 85°C	+12 ~ +30	大幅提高，同时检查暗部噪声

我的习惯：温度补偿曲线最好在实验室里实测出来。拿热风枪吹 sensor，从常温吹到 80°C，记录每个温度点的黑电平值。拟合出一条曲线，写到 sensor 的校准参数里。

3.4 BLC 调优的常见问题

调了这么多年 BLC，踩过的坑不少。挑几个典型的说说。

暗部偏色：BLC 没做对，暗部会偏绿或偏紫。检查一下 R、G、B 三个通道的黑电平是不是分别校正的。有些 sensor 每个通道的黑电平不一样。
暗部闪烁：帧与帧之间黑电平波动太大。可以加一个 IIR 滤波器，让黑电平值平滑变化。
过校正：减太多，暗部变成纯黑，细节全没了。检查一下目标值是不是设得太低。
OB 区域污染：OB 像素被光漏进来了。我遇到过镜头安装偏位，光线从侧面漏进 OB 区域，导致黑电平统计偏高。

我曾经踩过的坑：有一款工业相机，客户反馈暗部有竖条纹。查了两天，发现是 BLC 的逐列校正参数写反了——把列偏移量加到了像素值上，而不是减掉。校正变成了加噪，画面反而更差了。从那以后，我每次改 BLC 参数都会先拍一张全黑图验证。

3.5 BLC 在 ISP 流程中的位置

BLC 是 ISP 流水线的第一道工序。它处理的是 raw 域的数据，在去噪、去马赛克、白平衡之前就要做完。

为什么？因为后面的模块都假设黑电平已经被校正到标准值了。如果 BLC 没做好，后面的白平衡会算错，Gamma 会拉偏，整个图像质量都受影响。

下面这张图，是我自己画的 BLC 在 ISP 流程中的位置和内部逻辑：

你看，BLC 虽然只是 ISP 流水线里的一小步，但它直接影响后面所有模块的输入质量。我见过太多项目，图像调不好，最后追根溯源，都是 BLC 没做扎实。

所以我的建议是：别急着调后面的参数，先把 BLC 搞稳了。拍一张全黑图，看看暗部是不是均匀的、稳定的。这一步做好了，后面的调优才能站得住脚。