黑电平校正（BLC）：消除暗电流噪声，校准传感器的本底噪声

说实话，黑电平校正（Black Level Correction，BLC）是 ISP 流水线里最不起眼、但最容易翻车的一环。我见过不少团队，花大价钱调了 AWB、调了去噪，结果图像暗部发紫、偏绿，查来查去，最后发现是 BLC 没做对。

说白了，BLC 就是告诉芯片：「在没有光的时候，你应该输出 0。」但现实是，传感器在暗场下也会读出一些信号——这就是暗电流噪声。如果不把它减掉，整幅图像就像垫了一层灰雾，暗部细节全被淹没了。

暗电流噪声是怎么来的？

每个像素本质上是一个光电二极管加一个浮置扩散区。即使没有光子入射，热激发产生的电子也会被收集，形成暗电流。温度每升高 6-8°C，暗电流大约翻一倍。嗯，这就是为什么手机拍夜景久了，画面会越来越「脏」。

我在项目中遇到过一款 1/1.7 英寸的传感器，常温下暗电流只有 5-8 LSB，但到了 60°C 环境测试时，暗电流飙到了 40 LSB 以上。如果不做动态 BLC，整张图就像蒙了一层灰纱。

BLC 的两种主流实现方式

我个人习惯优先用 OB 校正。为什么？因为温度一变，暗电流就变，固定值根本扛不住。你想想看，手机在冬天户外和夏天口袋里的温度差个 20°C 很正常，固定 BLC 在这种场景下基本是摆设。

OB 校正的工程实现

大多数 CMOS 传感器会在像素阵列的顶部和底部预留几行被金属遮挡的像素，这些就是 OB 像素。ISP 会读取这些像素的平均值，作为当前帧的黑电平基准。

代码实现大致是这样的：

// 假设 sensor 输出 10-bit RAW，OB 像素位于前 4 行
uint16_t ob_sum = 0;
int ob_count = 0;

for (int row = 0; row < OB_ROWS; row++) {
    for (int col = 0; col < SENSOR_WIDTH; col++) {
        ob_sum += raw_buffer[row][col];
        ob_count++;
    }
}

uint16_t ob_avg = ob_sum / ob_count;

// 对每个像素做减法，并 clamp 到 [0, 1023]
for (int row = OB_ROWS; row < SENSOR_HEIGHT; row++) {
    for (int col = 0; col < SENSOR_WIDTH; col++) {
        int corrected = raw_buffer[row][col] - ob_avg;
        raw_buffer[row][col] = (corrected < 0) ? 0 : (corrected > 1023 ? 1023 : corrected);
    }
}

BLC 调优的三大坑

调 BLC 看起来简单，不就是减个值吗？但实际踩坑的人不少。我列几个常见的：

• OB 像素被污染：有些传感器的 OB 区域靠近边缘，镜头暗角或杂散光会照进去，导致 OB 值偏高，校正过度。我曾经遇到一款模组，贴膜后 OB 值涨了 10 个 LSB，暗部直接变黑死。
• BLC 与数字增益的顺序：如果先做 BLC 再做数字增益，暗电流噪声会被放大。正确的做法是：BLC → 去噪 → 数字增益。这个顺序我吃过亏，调了三天才发现是流水线顺序反了。
• BLC 后的负值处理：减法后可能出现负值，直接 clamp 到 0 会丢失暗部细节。我建议保留 1-2 bit 的负值余量，或者用线性映射把负值区域平滑过渡到 0。

BLC 在 ISP 流水线中的位置

下面这张图展示了 BLC 在整个 ISP 流程中的位置。你会发现，它几乎是 RAW 域的第一个处理模块——因为后面的所有模块都依赖一个「干净」的底噪基准。

实战中的 BLC 参数调优

调 BLC 时，我一般会准备三组测试条件：

1. 暗场（镜头盖全黑）：检查输出是否接近 0，R/G/B 通道是否平衡。如果偏色，说明 BLC 没校准到位。
2. 低照度灰卡（1-10 lux）：观察暗部是否有色偏或条纹。这个场景最容易暴露 BLC 与去噪的配合问题。
3. 高温暗场（60°C 恒温箱）：验证 OB 校正能否跟上暗电流的变化。如果不行，就得考虑温度补偿曲线。

我曾经在一个安防项目中，发现高温下图像暗部出现紫色条纹。排查了两天，最后发现是 OB 像素的读出路径和有效像素不一致，导致 OB 值偏低了 3 个 LSB。补上这个偏移后，问题就解决了。嗯，这种硬件差异，光看 datasheet 是看不出来的，必须实测。

BLC 的进阶：自适应与温度补偿

对于高端安防或车载应用，单纯的 OB 校正还不够。我建议引入温度传感器，建立暗电流-温度曲线，做自适应补偿。

大致思路是：

• 在产线标定阶段，记录不同温度下的 OB 值，拟合出一条二次曲线。
• 运行时，读取板载温度传感器，查表得到当前温度下的理论暗电流。
• 用理论值对 OB 统计值做加权修正，提高稳定性。

这样做的好处是，即使 OB 像素被污染或损坏，系统仍然能给出合理的黑电平基准。

总结一下 BLC 的调优要点

BLC 调好了，后面的 AWB、CCM 才能站得稳。别小看这一步，它是整个 ISP 流水线的地基。地基歪了，上面盖多漂亮的楼都没用。