3. RAW图采集：Sensor驱动配置、RAW图抓取命令与格式解析

RAW图采集是ISP调试流程的起点，其质量直接决定后续所有参数调试的有效性。本节将系统讲解Sensor驱动配置要点、RAW图抓取工具与ioctl命令机制，以及Bayer/Raw10/Raw12等RAW格式的存储与解析原理。

3.1 Sensor驱动配置要点

在RK平台上，Sensor驱动通常基于V4L2（Video for Linux 2）框架实现。驱动配置的核心目标是确保Sensor输出正确的RAW数据流，包括分辨率、帧率、曝光模式、增益范围以及MIPI/LVDS接口时序。

3.2 RAW图抓取命令与ioctl机制

RAW图抓取通常通过用户空间工具调用V4L2 ioctl接口完成。RK平台常用的抓图工具包括v4l2-ctl、media-ctl以及自研的rkisp_demo或rk_aiq_tool。

3.2.1 常用抓图命令示例

# 设置Sensor输出格式为RAW10，分辨率1920x1080
v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-fmt-video=width=1920,height=1080,pixelformat=RG10

# 抓取单帧RAW图并保存为文件
v4l2-ctl -d /dev/video0 --stream-mmap --stream-count=1 --stream-to=raw_frame.raw

# 通过media-ctl配置pipeline
media-ctl -d /dev/media0 -l '"m00_b_sensor 0-0036":0->"rkisp-isp-subdev":0[1]'
media-ctl -d /dev/media0 -V '"m00_b_sensor 0-0036":0 [fmt:SRGGB10/1920x1080]'

3.2.2 ioctl调用流程

抓图工具底层通过以下ioctl命令序列完成RAW帧采集：

1. VIDIOC_QUERYCAP：查询设备能力
2. VIDIOC_S_FMT：设置输出格式（包括像素格式、分辨率）
3. VIDIOC_REQBUFS：申请帧缓冲区（通常使用mmap模式）
4. VIDIOC_QBUF：将缓冲区加入队列
5. VIDIOC_STREAMON：启动数据流
6. VIDIOC_DQBUF：从队列取出已填充数据的缓冲区
7. VIDIOC_STREAMOFF：停止数据流

3.3 RAW图格式解析

RAW图是Sensor直接输出的未经插值处理的像素数据。理解其格式是后续ISP调试的基础。

3.3.1 Bayer模式

大多数彩色Sensor使用Bayer滤色阵列，每个像素只采集红、绿、蓝中的一个颜色分量。常见的Bayer模式包括：

• RGGB：第一行RGRG…，第二行GBGB…
• BGGR：第一行BGBG…，第二行GRGR…
• GRBG：第一行GRGR…，第二行BGBG…
• GBRG：第一行GBGB…，第二行RGRG…

Bayer模式信息通常存储在驱动或Sensor配置中，ISP的demosaic模块需要根据该模式正确重建全彩色图像。

3.3.2 RAW10与RAW12位深格式

RAW10和RAW12分别表示每个像素占用10位或12位数据。由于存储对齐要求，实际存储方式有所不同：

3.3.3 RAW10打包格式详解

以RAW10为例，4个像素（P0~P3）打包在5字节中的排列规则如下：

Byte 0: P0[9:2]  (高8位)
Byte 1: P1[9:2]  (高8位)
Byte 2: P2[9:2]  (高8位)
Byte 3: P3[9:2]  (高8位)
Byte 4: P3[1:0] | P2[1:0] << 2 | P1[1:0] << 4 | P0[1:0] << 6
        (低2位拼接，P0在最低位)

解析时需将每个像素的高8位与低2位组合：pixel = (high_byte << 2) | low_bits。

3.4 RAW图采集流程总览

3.5 RAW图验证与常见问题

抓取RAW图后，建议立即进行以下验证：

• 文件大小检查：根据分辨率、位深和打包格式计算理论大小，与实际文件对比。例如1920x1080 RAW10的理论大小为 1920 * 1080 * 10 / 8 = 2,592,000 字节。
• Bayer模式验证：使用RAW查看工具（如RawTherapee、dcraw）打开，检查颜色分布是否与预期Bayer模式一致。
• 黑电平检查：读取全黑帧的像素均值，确认与Sensor寄存器配置的黑电平值一致。
• 坏点检查：观察是否存在固定亮点或暗点，这些需要在ISP中做坏点校正。