4、镜头阴影校正（LSC）：从物理成因到工程实现

镜头阴影校正，英文叫 Lens Shading Correction，简称 LSC。说白了，就是解决照片四周变暗、偏色的问题。你拿手机拍一张纯白墙壁，如果发现中间亮、四角暗，那就是镜头阴影在作怪。

我最早接触这个模块是在做一款安防摄像头的时候。当时 ISP 调完，画面中心亮度正常，但四个角明显发暗，客户直接打回。嗯，从那以后，我再也不敢小看 LSC 了。

4.1 镜头阴影的成因

镜头阴影不是单一原因造成的。它主要来自两个物理效应：

• 光晕衰减（Cos⁴ Law）：镜头中心到边缘的光程不同，边缘光线入射角大，到达传感器的光强按 cos⁴θ 衰减。说白了，边缘收到的光就是少。
• 微透镜效率下降：传感器每个像素上方都有微透镜，边缘像素的微透镜收集光线的效率比中心低。尤其是大光圈镜头，这个问题更明显。

这两个效应叠加，结果就是：中心亮、边缘暗，而且不同颜色通道的衰减程度还不一样——这就导致了边缘偏色。

4.2 LSC 校正原理

校正思路其实很简单：给每个像素乘一个增益系数。中心区域增益接近 1.0，边缘区域增益大于 1.0，把暗的地方补亮。

但这里有个坑——你不能只做亮度校正。不同通道的衰减曲线不同，R、G、B 通道需要独立的增益。否则亮度是均匀了，颜色却偏了。

我见过一个项目，工程师只做了亮度 LSC，结果画面四周发绿。为什么？因为绿色通道的衰减比红色慢，统一增益把绿通道补过了。所以，LSC 必须是多通道独立的。

4.3 增益矩阵的生成

实际工程中，我们不会为每个像素单独存一个增益值。那样太费内存了。常用的做法是：生成一个稀疏的增益网格，然后插值得到每个像素的增益。

增益矩阵的生成流程如下：

1. 采集均匀光源下的 RAW 图：拍一张纯灰卡或积分球图像。
2. 分块统计均值：把图像分成 M×N 个网格，统计每个网格内各通道的像素均值。
3. 计算增益系数：以中心网格为参考，每个网格的增益 = 中心均值 / 当前网格均值。
4. 存储增益网格：将 M×N 个增益值存入 LUT（查找表）。

网格尺寸	内存占用（单通道）	精度	适用场景
8×8	64 个 float	低	低端摄像头、快速调试
16×16	256 个 float	中	主流手机、安防
32×32	1024 个 float	高	专业相机、医疗影像

网格尺寸的选择是个权衡。网格太粗，校正后会有块状伪影；网格太细，内存和计算量都上去了。我个人习惯从 16×16 起步，看效果再调整。

4.4 增益插值方法

有了稀疏的增益网格，接下来就是插值。常用的插值方法有三种：

• 最近邻插值：直接取最近的网格增益。速度快，但会有明显的块状边界。
• 双线性插值：用周围 4 个网格点做线性加权。效果好，计算量适中，是工程中最常用的。
• 双三次插值：用周围 16 个点做三次曲线拟合。平滑度最好，但计算量大，一般用在高端方案。

下面是一个双线性插值的简化实现：

// 双线性插值计算像素增益
float interpolate_gain(float x, float y, float* grid, int grid_w, int grid_h) {
    int ix = (int)x;
    int iy = (int)y;
    float fx = x - ix;
    float fy = y - iy;
    
    float g00 = grid[iy * grid_w + ix];
    float g10 = grid[iy * grid_w + ix + 1];
    float g01 = grid[(iy + 1) * grid_w + ix];
    float g11 = grid[(iy + 1) * grid_w + ix + 1];
    
    float g0 = g00 * (1 - fx) + g10 * fx;
    float g1 = g01 * (1 - fx) + g11 * fx;
    
    return g0 * (1 - fy) + g1 * fy;
}

4.5 LSC 校正流程总览

我把整个 LSC 校正的流程画成了一张图，方便你理解各模块的关系：

4.6 工程实现中的几个关键点

理论讲完了，聊聊实际干活时要注意的事。

第一，增益上限要钳位。边缘增益不能无限大，否则会放大噪声。我一般把增益上限设在 2.0~3.0 之间，具体看 sensor 的噪声水平。

第二，温度漂移要补偿。镜头阴影会随温度变化，尤其是塑料镜头。高端方案会做温度查表，低端方案至少要在产线做多温度标定。

第三，不同色温要分开标定。D65 和 A 光源下的阴影曲线不一样。我见过一个项目只标了 D65，结果在室内暖光下边缘偏红。后来加了多色温 LUT，问题才解决。